Znajdź zawartość

Tysiące kilometrów pod naszymi stopami, wewnątrz płynnego jądra Ziemi, znajduje się nieznana dotychczas struktura, donoszą naukowcy z Australian National University (ANU). Struktura ma kształt torusa (oponki), znajduje się na niskich szerokościach geograficznych i jest równoległa do równika. Nikt wcześniej jej nie zauważył. Jądro Ziemi składa się z dwóch warstw, sztywnej wewnętrznej oraz płynnej zewnętrznej. Nowo odkryta struktura znajduje się w górnych partiach jądra zewnętrznego, gdzie jądro spotyka się z płaszczem ziemskim. Współautor badań, geofizyk Hrvoje Tkalčić mówi, że fale sejsmiczne wędrują wolniej w nowo odkrytym regionie, niż w reszcie jądra zewnętrznego. Region ten znajduje się na płaszczyźnie równikowej, na niskich szerokościach geograficznych i ma kształt donuta. Nie znamy jego dokładnej grubości, ale uważamy, że rozciąga się on na kilkaset kilometrów poniżej granicy jądra i płaszcza, wyjaśnia uczony. Uczeni z ANU podczas badań wykorzystali inną technikę niż tradycyjne obserwacje fal sejsmicznych w ciągu godziny po trzęsieniu. Badacze przeanalizowali podobieństwa pomiędzy kształtami fal, które docierały do nich przez wiele godzin od wstrząsów. Zrozumienie geometrii rozprzestrzeniania się fal oraz sposobu, w jaki przemieszczają się przez jądro zewnętrzne, pozwoliło nam zrekonstruować czasy przejścia przez planetę i wykazać, że ten nowo odkryty region sejsmiczny cechuje wolniejsze przemieszczanie się fal, stwierdza Tkalčić. Jądro zewnętrzne zbudowane jest głównie z żelaza i niklu. To w nim, dzięki ruchowi materiału, powstaje chroniące Ziemię pole magnetyczne, które umożliwiło powstanie złożonego życia. Naukowcy sądzą, że szczegółowe poznanie budowy zewnętrznego jądra, w tym jego składu chemicznego, jest kluczowe dla zrozumienia pola magnetycznego i przewidywania tego, kiedy może potencjalnie osłabnąć. Nasze odkrycie jest istotne, gdyż wolniejsze rozprzestrzenianie się fal sejsmicznych w tym regionie wskazuje, że znajduje się tam dużo lekkich pierwiastków. Te lżejsze pierwiastki, wraz z różnicami temperatur, pomagają w intensywnym mieszaniu się materii tworzącej jądro zewnętrzne. Pole magnetyczne to podstawowy element potrzebny do podtrzymania istnienia życia na powierzchni planety, zwraca uwagę profesor Tkalčić. « powrót do artykułu

Członkowie międzynarodowego zespołu badawczego STAR Collaboration, jednego z czterech projektów prowadzonych w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC) w Brookhaven National Laboratory – w którym odtwarzane są warunki, jakie panowały we wczesnym wszechświecie – ogłosili odkrycie najcięższego jądra antymaterii. Składa się ono z antyprotonu, dwóch antyneutronów oraz antyhiperonu i zostało nazwane antyhiperwodorem-4. Odkrycia dokonano analizując wyniki 6 miliardów zderzeń jąder atomowych. Antymateria ma, z wyjątkiem przeciwnego ładunku elektrycznego, te same właściwości co materia: tę samą masę, taki sam czas życia przed rozpadem, wchodzi w takie same interakcje, wyjaśnia Junlin Wu, świeżo upieczony magister ze Wspólnego Wydziału Fizyki Jądrowej Uniwersytetu w Lanzhou i Instytutu Współczesnej Fizyki Chińskiej Akademii Nauk. Wciąż za to nie wiemy, i jest to jedna z najważniejszych zagadek współczesnej fizyki, dlaczego wszechświat zbudowany jest głównie z materii, a nie antymaterii i dzieje się tak mimo tego, że podczas Wielkiego Wybuchu powstało tyle samo antymaterii co materii. RHIC to idealne miejsce do prób szukania odpowiedzi na to pytanie. To pierwszy i jeden z zaledwie dwóch – drugim jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) – akcelerator, w którym zderzane są ciężkie jony. W urządzeniu zderzane są ciężkie jony pędzące z prędkością bliską prędkości światła. Po zderzeniu powstaje mieszanina kwarków i gluonów, w której biorą początek nowe cząstki. I tak, jak we wczesnych wszechświecie, cząstki materii i antymaterii rodzą się tam w niemal równych proporcjach. Badacze mają nadzieję, że badając te cząstki znajdą przyczynę, dla której symetria została zachwiana na rzecz wszechświata zbudowanego z materii. U podstaw naszych eksperymentów leży proste przypuszczenie, że jeśli chcemy poznać przyczynę asymetrii materii i antymaterii, to musimy najpierw odkryć nowe cząstki antymaterii, mówi fizyk Hao Qiu, doradca naukowy Junlina Wu. Naukowcy ze STAR Collaboration już wcześniej znajdowali antymaterię w danych ze zderzeń w RHIC. W 2010 roku odkryli antyhipertryt, pierwsze jądro antymaterii zawierającą hiperon. Hiperony to cząstki, które zawierają co najmniej jeden kwark dziwny, ale nie zawierające kwarka górnego i dolnego. Wchodzą one w skład hiperjąder. Pierwsze hiperjądro odkryli w 1952 roku Marian Danysz i Jerzy Pniewski z Uniwersytetu Warszawskiego. Odkrycie antyhiperwodoru-4 oznacza nie tylko znalezienie najcięższego jądra antymaterii, ale również trafienie na igłę w stogu siana. Hiperjądra żyją bowiem tak długo, jak istnieje hiperon, a czas jego życia nie przekracza 10-10 sekundy. Ponadto, by powstał antyhiperwodór-4, z zupy kwarkowo-gluonowej powstałej po zderzeniu ciężkich jąder w RHIC muszą wyłonić się wszystkie cztery składowe nowego jądra, muszą one powstać w odpowiednim miejscu, przemieszczać się w tym samym kierunku, by w odpowiednim czasie się połączyć i na krótko utworzyć antyhiperwodór-4. Zidentyfikowanie nowej cząstki antymaterii było możliwe dzięki zidentyfikowaniu cząstek, na które się ona rozpadła. Jednym z produktów rozpadu był antyhel-4, drugim jest pion o ładunku dodatnim. Jako że już wcześniej odkryliśmy antyhel-4, użyliśmy tej samej metody do jego zidentyfikowania, a następnie dokonaliśmy rekonstrukcji cząstki macierzystej, wykorzystując w tym celu π+, wyjaśnia Wu. Rekonstrukcja taka polega na śledzeniu wstecz trasy przemieszczania się antyhelu-4 i π+, co pozwala stwierdzić, czy obie cząstki pojawiły się w tym samym punkcie. Nie było to łatwe zadanie. Naukowcy musieli przeanalizować miliardy zderzeń. Każdy zauważony antyhel-4 mógł mieć coś wspólnego nawet z 1000 pionów. Trzeba było więc sprawdzić każdą z możliwości. Kluczem do sukcesu było znalezienie takiej pary antyhel-4-π+, której trajektoria rozpoczynała się w tym samym punkcie. Znaleziono 22 takie pary, a analiza wykazała, że sześć takich wydarzeń to szum tła. Tym samym uczeni ze STAR Collaboration mogli poinformować o wykryciu 16 jąder antyhiperwodoru-4. Naukowcy porównali czas życia antyhiperwodoru-4 z hiperwodorem-4 oraz antyhipertrytu i hipertrytu. Nie znaleźli żadnych zasadniczych różnic. Ich badania potwierdziły istnienie symetrii, a zatem prawdziwość obecnych modeli fizycznych. Obecnie pracują nad porównaniem masy wspomnianych cząstek i antycząstek. « powrót do artykułu

Analiza danych z misji InSight wykazała, że jądro Marsa jest całkowicie płynne. Ma więc inną budowę niż jądro Ziemi, gdzie stałe jądro wewnętrzne otoczone jest przez płynne jądro zewnętrzne. Dotychczas nikt nie był w stanie stwierdzić, jaki jest stan skupienia jądra Czerwonej Planety. Udało się to dopiero uczonym z USA, Belgii, Niemiec i Francji, którzy podczas swoich badań wykorzystali dane z InSight. Zrozumienie struktury wewnętrznej oraz atmosfery Marsa jest niezbędne do opisania historii tworzenia się i ewolucji planety. Wysłana w 2018 roku InSight zebrała unikatowe dane na temat jej budowy zewnętrznej. Misja zakończyła się w grudniu ubiegłego roku, ale naukowcy z całego świata wciąż analizują przysłane przez nią dane. Na ich podstawie badacze stwierdzili, że pod płaszczem, które w całości jest ciałem stałym, znajduje się jądro o średnicy 1835 ± 55 km i średniej gęstości 5955–6290 kg/m3. Nasze analizy danych z InSight stanowią argument przeciwko istnieniu stałego jądra wewnętrznego i pokazują kształt jądra wskazując, że głęboko w płaszczu istnieją wewnętrzne anomalie masy. Znaleźliśmy też dowody na powolny wzrost tempa ruchu obrotowego Marsa, który może być powodowany długoterminowym trendem w wewnętrznej dynamice Marsa lub wpływem jego atmosfery i pokryw lodowych, czytamy w artykule opublikowanym na łamach Nature. « powrót do artykułu

Komety to jedna z najstarszych obiektów w Układzie Słonecznym. Te lodowe pozostałości po formowaniu się planet zostały wyrzucone przez grawitację na obrzeża Układu Słonecznego. Ich rezerwuarem jest Obłok Oorta, hipotetyczny obłok materiału znajdującego się w odległości od kilku tysięcy do 100 000 jednostek astronomicznych od Słońca. Tym, co najbardziej przyciąga naszą uwagę w kometach jest ich spektakularny warkocz ciągnący się na wiele milionów kilometrów. Jego źródłem jest jądro komety, składające się z lodu, pyłu i okruchów skalnych. Jądra większości znanych komet liczą kilka lub kilkanaście kilometrów średnicy. Teleskop Hubble'a odkrył właśnie prawdziwego giganta wśród jąder komet – olbrzyma o średnicy około 140 kilometrów. Cometa C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) została odkryta przez Pedro Bernardinellego i Gary'ego Bernsteina w archiwalnych zdjęciach z Dark Energy Survey w Cerro Tololo Inter-American Observatory w Chile. Po raz pierwszy zaobserwowano ją w 2010 roku. A w bieżącym roku naukowcy wykorzystali Teleskop Hubble'a oraz radioteleskopy, by odróżnić jej stałe jądro od otaczającej je chmury pyłu. Okazało się, że mają do czynienia z największym znanym jądrem komety. Obecnie C/2014 UN271znajduje się w odległości mniejszej niż 3,2 miliarda kilometrów od Słońca, a za klika milionów lat ponownie trafi do Obłoku Oorta. Aby uświadomić sobie, z jakim gigantem mamy do czynienia, musimy wiedzieć, że średnica jądra C/2014 UN271 jest około 50-krotnie większa niż średnica typowej komety. Słynna kometa Halleya ma jądro o średnicy 11 kilometrów, zaś jądro komety Hale-Boppa ma 74 km średnicy. Dotychczasową rekordzistką była kometa C/2002 z jądrem o średnicy 96 kilometrów. Teraz zaś mówimy o 140-kilometrowym jądrze. Profesor David Jewitt Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, współautor badań nad C/2014 UN271 mówi, że ta kometa to wierzchołek góry lodowej olbrzymiego zbioru tysięcy komet znajdujących się w odległych obszarach Układu Słonecznego, które odbijają zbyt mało światła, byśmy mogli je dostrzec. Zawsze podejrzewaliśmy, że ta kometa ma wielkie jądro, gdyż widzimy ją tak jasną z tak dużej odległości. Teraz mamy potwierdzenie. "To niezwykły obiekt, biorąc pod uwagę fakt, jak bardzo jest aktywny w tak dużej odległości od Słońca. Domyślaliśmy się, że jądro może być całkiem duże, ale musieliśmy to potwierdzić, dodaje główny autor artykułu naukowego, Man-To Hui z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Taipa w Macau. Naukowcy wykorzystali więc pięć zdjęć wykonanych w styczniu bieżącego roku przez Hubble'a. Głównym problemem było odróżnienie jądra od otaczającego go gazu i pyłu. Kometa jest obecnie zbyt daleko od Ziemi, by można było ten problem rozwiązać wizualnie. Jednak w danych z Hubble'a widać pojaśnienia w miejscu, gdzie znajduje się jądro. Hui i jego zespół stworzyli komputerowy model warkocza komety, który pasował do obrazów z Hubble'a. Następnie poświatę z warkocza odjęto od całości, pozostawiając samo tylko światło odbijane przez jądro. Uzyskane w ten sposób wyniki porównano z wcześniejszymi pomiarami dokonanymi za pomocą radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submilimeter Array). Wszystkie te dane łącznie pozwoliły na określenie średnicy jądra i jego współczynnika odbicia. Okazało się, że dane z Hubble'a odnośnie wielkości jądra komety są zgodne z wcześniejszymi danymi z ALMA, jednak jądro jest ciemniejsze niż sądzono. Jest wielkie i ciemniejsze od węgla, mówi Jewitt. Kometa C/2014 UN271 od ponad miliona lat podąża w kierunku Słońca. Pochodzi prawdopodobnie z Obłoku Oorta, ale – podobnie jak inne komety – nie narodziła się w nim, ale została tam wypchnięta przez oddziaływania grawitacyjne olbrzymich planet w czasach, gdy orbity Jowisza i Saturna wciąż ewoluowały. Kometa Bernardinelli-Bernstein znajduje się na eliptycznej orbicie, a jej podróż wokół Słońca trwa około 3 milionów lat.  Obecnie znajduje się w odległości około 3 godzin świetlnych od Słońca, a w najdalszym punkcie orbity od naszej gwiazdy dzieli ją około pół roku świetlnego. Obłok Oorta to hipotetyczna struktura, której istnienie jako pierwszy postulował holenderski astronom Jan Oort. Masa Obłoku może sięgać nawet 20-krotności masy Ziemi. Jednak samego obłoku nie możemy zaobserwować, gdyż tworzący go materiał, w tym olbrzymia liczba komet, jest zbyt słabo widoczny, byśmy mogli go bezpośrednio obserwować. Jeśli Obłok istnieje, to jest największą strukturą w Układzie Słonecznym i jest – przynajmniej przy obecnym stanie techniki – całkowicie dla nas niewidzialny. Wiemy jednak, że komety przybywają do wewnętrznych obszarów Układu Słonecznego z każdej strony, a to sugeruje, że Obłok Oorta ma kształt sfery. Jeśli on rzeczywiście istnieje, to sondy Voyager mogą do niego dotrzeć za około 300 lat, a kolejnych 30 000 lat zajmie im przelot przez Obłok. « powrót do artykułu

Historia naszej planety, to historia 4,5 miliarda lat schładzania się. Dzięki temu, że Ziemia stygnie, uformowała się jej sztywna skorupa i mogło powstać życie. Jednocześnie dzięki temu, że nie wystygła, istnieją takie procesy jak tektonika płyt i wulkanizm. Gdy wnętrze planety wystygnie, te kluczowe procesy zatrzymają się. Nie wiemy jednak, jak szybko nasza planeta się wychładza i kiedy procesy przebiegające w jej wnętrzu zatrzymają się. Odpowiedzią na te pytania może dać zbadanie przewodnictwa cieplnego minerałów znajdujących się na granicy między jądrem a płaszczem Ziemi. To bardzo ważne miejsce, w którym lepkie skały mają bezpośredni kontakt z płynnym zbudowanym głównie z niklu i żelaza zewnętrznym jądrem. Gradient temperatury pomiędzy jądrem zewnętrznym a płaszczem jest bardzo duży, zatem potencjalnie może tam przepływać sporo ciepła. Warstwa graniczna zbudowana jest głownie z bridgmanitu. Profesor Motohiko Murakami ze Szwajcarskiego Instytutu Technologicznego w Zurichuy (ETH Zurich) wraz z naukowcami z Carnegie Institute for Science opracowali złożony system pomiarowy, który pozwolił im na wykonanie w laboratorium oceny przewodnictwa cieplnego bridgmanitu w warunkach ciśnienia i temperatury, jakie panują we wnętrzu Ziemi. Wykorzystali przy tym niedawno opracowaną technikę optycznego pomiaru absorpcji diamentu podgrzewanego impulsami laserowymi. Dzięki tej nowej technice wykazaliśmy, że przewodnictwo cieplne bridgmanitu jest około 1,5-razy większe niż się przyjmuje, mówi profesor Murakami. To zaś wskazuje, że przepływ ciepła pomiędzy jądrem a płaszczem jest większy. A większy przepływ ciepła oznacza, że konwekcja w płaszczu zachodzi szybciej i Ziemia szybciej się ochładza. Tektonika płyt może więc w rzeczywistości spowalniać szybciej, niż się obecnie przyjmuje. Grupa Murakami wykazała jednocześnie, że szybsze wychładzanie się płaszcza zmieni fazy minerałów na granicy jądra i płaszcza. Schładzający się bridgmanit zmieni się w minerał, który będzie jeszcze efektywniej przewodził ciepło, zatem stygnięcie Ziemi jeszcze bardziej przyspieszy. Wyniki naszych badań rzucają nowe światło na ewolucję dynamiki Ziemi. Wskazują, że Ziemia, podobnie jak Merkury czy Mars, schładza się szybciej i stanie się szybciej nieaktywna, wyjaśnia Murakami. Trudno jednak powiedzieć, ile czasu minie zanim ruchy konwekcyjne w płaszczu ustaną. Wciąż wiemy zbyt mało, by określić, kiedy do tego dojdzie, przyznają naukowcy. Żeby się tego dowiedzieć, uczeni muszą najpierw lepiej rozpoznać w czasie i przestrzeni procesy konwekcyjne w płaszczu. Ponadto muszą wiedzieć, jak rozpad pierwiastków radioaktywnych we wnętrzu Ziemi, który jest jednym z głównych źródeł ciepła, wpływa na dynamikę procesów płaszcza. « powrót do artykułu

Naukowcy z National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) oraz Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) na Michigan State University rozwiązali zagadkę brakującej masy cyrkonu-80. Zagadkę, na której trop sami zresztą wpadli. Przeprowadzone bowiem w NSCL eksperymenty wykazały, że jądro cyrkonu-80 – w którym znajduje się 40 protonów i 40 neutronów – jest znacznie lżejsze niż powinno być. Teraz teoretycy z FRIB przeprowadzili obliczenia, które dały odpowiedź na pytanie, co dzieje się z brakującą masą. Związek pomiędzy teoretykami a eksperymentatorami jest jak skoordynowany taniec, mówi główny autor artykułu opublikowanego na łamach Nature Physics, Alec Hamaker. Czasem prowadzą teoretycy i wykazują coś jeszcze przed eksperymentalnym odkryciem, a czasem eksperymentatorzy odkrywają coś, czego teoretycy się nie spodziewali, dodaje Ryan Ringle. Najnowsze osiągnięcie to dopiero przedsmak tego, czego mogą spodziewać się naukowcy z całego świata. Już NSCL, wiodące w USA miejsce badań nad rzadkimi izotopami, daje uczonym olbrzymie możliwości. Natomiast FRIB, którego uruchomienie przewidziano na przyszły rok, będzie miejscem absolutnie wyjątkowym. Naukowcy z całego świata będą mogli tworzyć tam izotopy niemożliwe do uzyskania nigdzie indziej. Takie miejsca jak FRIB nie tylko zwiększają naszą wiedzę o wszechświecie, ale pozwalają np. na udoskonalanie metod leczenia nowotworów. Ringle stwierdza, że dzięki FRIB możliwe będzie prowadzenie niedostępnych dotychczas badań, a ośrodek przez wiele dekad będzie dostarczał nowych odkryć. Wróćmy jednak do naszego 80Zr. Powstał on w NSCL, a dzięki możliwościom tego ośrodka naukowcy byli w stanie zmierzyć jego masę z niedostępną wcześniej dokładnością. Już wcześniej mierzono masę tego pierwiastka, ale nigdy tak dokładnie. A te precyzyjne pomiary ujawniły wiele interesujących rzeczy. Kiedy bowiem możemy tak dokładnie określić masę, to tak naprawdę mierzymy masę, która zaginęła. Masa jądra atomowego nie jest bowiem równa sumie mas protonów i neutronów. Część zaginionej masy manifestuje się w postaci energii utrzymującej jądro razem, wyjaśnia Ringle. Wszyscy pamiętamy słynne równanie Einsteina, E=mc2. Oznacza ono ni mniej ni więcej, że masa i energia są swoimi ekwiwalentami, są równoważne. Jednak widać to dopiero w ekstremalnych warunkach, np. panujących w jądrze atomu. Kiedy bowiem w jądrze mamy do czynienia z większą energią wiązań pomiędzy protonami a neutronami, gdy są one ze sobą ściślej powiązane, wówczas mamy do czynienia z większą ilością zaginionej masy. I tak właśnie jest w przypadku jądra cyrkonu-80. Nowe eksperymenty wykazały bowiem, że siły pomiędzy neutronami a protonami są większe, niż się spodziewano. A skoro tak, to teoretycy musieli znaleźć wyjaśnienie, dlaczego tak się dzieje. Przyjrzeli się więc dotychczasowym teoriom na temat 80Zr. Mówią one m.in. o tym, że jądro to może być jądrem podwójnie magicznym. Czym są jądra magiczne i podwójnie magiczne wyjaśnialiśmy w tekście CERN bada magię liczby 32. Fizycy teoretyczni będą mieli problem. Wcześniejsze eksperymenty sugerowały, że jądro cyrkonu-80 bardziej przypomina swoim kształtem piłkę do rugby, niż sferę. Ten kształt mógł, zdaniem teoretyków, przyczyniać się do podwójnej magiczności tego jądra. Teoretycy od ponad 30 lat sugerowali, że jądro cyrkonu-80 to zdeformowane jądro podwójnie magiczne. Eksperymentatorzy potrzebowali trochę czasu, by to udowodnić. A teraz, gdy dostarczyli dowodów na wsparcie teorii, teoretycy mogą wykonać kolejny krok, mówi Hamaker. Uczeni z niecierpliwością czekają na uruchomienie FRIB i mają nadzieję, że dzięki temu ośrodkowi zdobędą więcej informacji o tak niezwykłych jądrach jak to cyrkonu-80. « powrót do artykułu

Mars stał się pierwszą po Ziemi planetą, dla której udało się określić średnicę jądra. Próbnik InSight, który wylądował na Marsie pod koniec 2018 roku nasłuchuje fal sejsmicznych z wnętrza planety. To pierwsza w historii misja, której celem jest określenie wewnętrznej budowy Marsa. Pomiary wykonane przez InSight wskazują, że średnica jądra Marsa wynosi od 1810 do 1850 kilometrów. To niemal dwukrotnie mniej, niż średnica jądra Ziemi, która wynosi ok. 3483 km. Jednocześnie to więcej, niż mówiły niektóre szacunki, co oznacza, że jądro Marsa jest rzadsze niż sądzono. To sugeruje, że musi ono zawierać lżejsze pierwiastki, jak np. tlen. Planety skaliste składają się ze skorupy, płaszcza i jądra. Znajomość rozmiarów każdej z tych struktur jest kluczowa, dla zrozumienia ich ewolucji. Badania przeprowadzone przez InSight pozwolą zrozumieć, jak gęste, bogate w metale jądro oddzieliło się od płaszcza w miarę ochładzania się Marsa. Jądro Czerwonej Planety prawdopodobnie wciąż jest płynne. W przeszłości jądro Marsa generowało silne pole magnetyczne, podobne do tego, jakie generuje jądro Ziemi. Jednak z czasem pole to osłabło, przez co Mars utracił atmosferę, a jego powierzchnia stała się zimna, sucha i znacznie mniej przydatna dla życia, niż powierzchnia Ziemi. Dzięki wysłanej przez NASA misji InSight naukowcy mogą określić wewnętrzną strukturę Czerwonej Planety. Zaczynamy tworzyć obraz wnętrza Marsa aż do jego jądra,mówi geofizyk Philippe Lognonne z Paryskiego Instytutu Fizyki Ziemi. Lognonne stoi na czele zespołu odpowiedzialnego za sejsmograf InSight. Dotychczas InSight wykrył około 500 wstrząsów sejsmicznych. To oznacza, że Mars jest mniej aktywny niż Ziemia, ale bardziej aktywny niż Księżyc. Większość z tych wstrząsów była bardzo słaba, ale niemal 50 z nich miało siłę od 2 do 4 stopni, co pozwala na zebranie informacji o wnętrzu planety. Zdobyte dotychczas dane wskazują, że górna część płaszcza, która rozciąga się na 700–800 kilometrów pod powierzchnią, posiada gęstszą warstwę, w której fale sejsmiczne przemieszczają się wolniej. Naukowcy, chcąc określić warunki panujące wewnątrz jądra Marsa tworzą różne kombinacje pierwiastków i poddają je wysokim temperaturom i ciśnieniu. Gęstość jądra wyliczona na podstawie danych z InSight zgadza się z wieloma z tych eksperymentów laboratoryjnych. Niestety, misji InSight może kończyć się czas na dokonanie kolejnych odkryć. Na panelach słonecznych urządzenia gromadzi się pył, przez co InSight ma dostęp do mniejszej ilości energii. Ponadto Mars zbliża się do aphelium, punktu najdalszego od Słońca, co dodatkowo ograniczy dopływ energii do urządzenia. Przez najbliższych kilka miesięcy będziemy musieli rzadziej używać instrumentów naukowych, mówi Mark Panning z JPL. Już w styczniu zrezygnowano z użycia polsko-niemieckiego „kreta”, czyli próbnika termicznego, który miał zostać zagłębiony w gruncie, by mierzyć przepływ energii termicznej. „Kret” napotkał na zbyt duże tarcie i nie zanurzył się w grunt wystarczająco głęboko. Dodatkowym problemem są olbrzymie zmiany temperatur pomiędzy dniem a nocą. W wyniku tych zmian generowane są dźwięki, które zakłócają pracę sejsmometru. Dodatkowo InSight pracuje głównie w nocy, gdyż za dnia wieją wiatry, powodujące, że urządzenie drży, co również zakłóca sygnały. « powrót do artykułu

Na powierzchni Plutona wyróżnia się Tombaugh Regio, wielka dobrze odbijająca światło struktura w kształcie serca, która zyskała rozgłos po tym, jak w 2015 roku sfotografowała ją sonda New Horizons. Uwagę specjalistów szybko przyciągnęła jej eliptyczna zachodnia część, Sputnik Planitia. Przypomina ona misę wyżłobioną w wyniku potężnego uderzenia. New Horizons nie dostarczył nam zbyt wielu zdjęć z drugiej części Plutona, ale na tych, które mamy widać niezwykłą strukturę. Wygląda ona jak geologiczne puzzle składające się ze szczelin, kopców i jam. Co interesujące, znajduje się dokładnie naprzeciwko Sputnik Planitia. Podczas tegorocznej 51th Lunar and Planetary Science Conference przedstawiono wyniki symulacji, z których wynika, że niezwykła skruktura powstała w wyniku uderzenia, które utworzyło Sputnik Planitia. W wyniku tego uderzenia pojawiły się potężne fale sejsmiczne, które doprowadziły do pojawienia się po drugiej stronie globu puzzli ze szczelin, kopców i jam. Co więcej, takie przemieszczenie się fal sejsmicznych i utworzenie wspomnianych struktur byłoby możliwe tylko wówczas, jeśli pod powierzchnią Plutona istnieje głęboki ocean. Wyniki badań, przeprowadzonych przez doktorantkę Adeene Denton z Purdue University, już znalazły uznanie w oczach innych naukowców. To naprawdę nowatorski pomysł, mówi James Tuttle Keane z Jet Propulsion Laboratory. Z kolei Paul Byrne z North Carolina State University zauważa, że jeśli ten sposób badania planetarnej sejsmologii pozwala na udowodnienie istnienia wody, to w ten sposób zbadać można będzie nie tylko Plutona, ale wszelkie lodowe światy z Pasa Kuipera. Kluczowy dowód wskazujący na istnienie na Plutonie oceanu zdobyliśmy w 2016 roku. Gdy New Horizon dostarczył nam zdjęć Sputnik Planitia naukowcy zdali sobie sprawę, że struktura ta znajduje się w nietypowym miejscu. Jest na samym równiku, a jego pozycja jest na stałe powiązana z pozycją Charona, największego księżyca Plutona. Modele komputerowe sugerują, że gdy doszło do uderzenia, które utworzyło Sputnik Planitia, równik Plutona znajdował się w innym miejscu. Jednak po uderzeniu ocean pod powierzchnią planety zaczął gromadzić się w kraterze, na którego powierzchni uformowała się pokrywa lodowa. Doprowadziło to do przemieszczenia się Plutona i utworzenia nowego równika. to jednak wciąż tylko hipoteza. Wróćmy jednak do badań Denton. Symulacja, która najlepiej oddaje rozmiary Sputnik Planitia oraz to, co stało się po drugiej stronie Plutona, pokazuje, że obiekt, który wywołał kataklizm miał 400 kilometrów średnicy i poruszał się z prędkością 7240 km/h. Analiza sposobu rozchodzenia się i prędkości fal sejsmicznych po uderzeniu sugeruje też, że jądro Plutona zbudowane jest z serpentynitu. Hipoteza Denton jest interesująca i oparta na solidnych podstawach, jednak niczego nie przesądza. Jak bowiem zauważa Byrne, zdjęcia z drugiej półkuli Plutona, tej naprzeciwko Sputnik Planitia, są słabej jakości. Trudno jednoznacznie stwierdzić, co na nich widać. Nie można wykluczyć, że niezwykłe puzzle to skutek oddziaływania zamarzniętego metanu, dwutlenku węgla i azotu na powierzchni Plutona. Bardzo często przechodzą one z fazy stałej w gazową i mogą tworzyć niezwykłe krajobrazy. Jeśli jednak Denton ma rację, to jej badania stanowią silny argument za istnieniem na Plutonie wielkiego oceanu. Dają też nadzieję, na przeprowadzenie kolejnych zdalnych badań z dziedziny geologii planetarnej. « powrót do artykułu

Podczas formowania się Układu Słonecznego mogło dość często dochodzić do zderzeń tworzących się planet. Podczas jednej z takich kolizji powstał ziemski Księżyc. Jednak to, co spotkało Jowisza jest czymś wyjątkowym. Astronomowie z amerykańskiego Rice University i chińskiego Uniwersytetu Sun Jat-sena uważaja, że znaleźli wyjaśnienie dziwnych wyników pomiarów pola grawitacyjnego Jowisza dostarczonych przez sondę Juno. Wiodące teorie dotyczące formowania się planet mówią, że Jowisz rozpoczął swoje życie jako gęsta skalista lub lodowa planeta i z czasem zyskał olbrzymią warstwę bardzo gęstej atmosfery złożonej z gazów i pyłów z rodzącego się Układu Słonecznego. Jednak odczyty z Juno wskazują, że jądro Jowisza jest znacznie większe i mniej gęste, niż w takim scenariuszu. To było zastanawiające. Wskazywało, że coś się stało z jądrem. W grę wchodzi wielka kolizja, mówi współautor badań Andrea Isella z Rice University. Uczony przyznaje, że bardzo sceptycznie podszedł do hipotezy głównego autora badań, Shanga-Fei Liu, mówiącej o zderzeniu, które rozbiło jądro Jowisza i wymieszało je z rzadszymi częściami planety. To brzmiało bardzo nieprawdopodobnie. Jednak Shang-Fei przekonał mnie, za pomocą wielu obliczeń, że nie jest to nieprawdopodobne, stwierdził Isella. Naukowcy przeprowadzili tysiące symulacji komputerowych i stwierdzili, że szybko rosnący Jowisz zaburzył orbity pobliskich protoplanet. Uruchomiono więc kolejne symulacje, by sprawdzić, jakie – w różnych warunkach – było prawdopodobieństwo, że doszło do kolizji. Okazało się, że podczas pierwszych kilku milionów lat swojego istnienia Jowisz mógł z co najmniej 40-procentowym prawdopodobieństwem zderzyć się z rodzącą się planetą i ją wchłonął. Modelowanie komputerowe wykazało, że gdyby Jowisz wciągnął planetę o masę Ziemi, opadałaby ona na jego jądro i rozpadłaby się w gęstej atmosferze. Jądro Jowisza pozostałoby nietknięte. Jedyny scenariusz, wyjaśniający, dlaczego obecnie jądro Jowisza wygląda tak, jak obecnie, zakłada, że protoplaneta, z którą się zderzył, miała masę około 10-krotnie większą od masy Ziemi, mówi Liu. Obliczenia wskazują, że tak masywna protoplaneta rozbiła jądro Jowisza. Jeśli nawet do tego wydarzenia doszło 4,5 miliarda lat temu, to potrzeba będzie kolejnych miliardów lat, by jądro Jowisza powróciło do stanu sprzed zderzenia, mówi Isella.   « powrót do artykułu

Zderzenia jąder ołowiu zachodzą w ekstremalnych warunkach fizycznych. Ich przebieg można opisać za pomocą modelu zakładającego, że przekształcająca się, ekstremalnie gorąca materia – plazma kwarkowo-gluonowa – płynie w postaci setek smug. Dotychczas „ogniste smugi” wydawały się konstrukcjami czysto teoretycznymi. Jednak najnowsza analiza zderzeń pojedynczych protonów wzmacnia tezę, że odpowiada im rzeczywiste zjawisko. W 2017 roku fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie przedstawili przemawiający do wyobraźni model zjawisk zachodzących w trakcie zderzeń jąder ołowiu przy wysokich energiach. W modelu założono, że powstająca w zderzeniach egzotyczna materia, plazma kwarkowo-gluonowa, oddala się od miejsca kolizji w formie licznych smug, rozciągniętych wzdłuż pierwotnego kierunku ruchu jąder. Smugi te powinny poruszać się tym szybciej, im bardziej są odległe od osi zderzenia. Obecnie badacze zastosowali model „smug ognistych” do znacznie prostszych zderzeń proton-proton. Gdy porównali swoje przewidywania z danymi zebranymi w eksperymentach w europejskim ośrodku badań jądrowych CERN, czekała ich nie lada niespodzianka. Jądra ołowiu zawierają ponad dwieście protonów i neutronów. Gdy dwa tak duże obiekty się zderzają, przy odpowiednio wielkich energiach powstaje płynna mieszanina kwarków i gluonów (cząstek w normalnych warunkach zlepiających kwarki w protony i neutrony). Plazma kwarkowogluonowa błyskawicznie ekspanduje i równocześnie się wychładza. W rezultacie istnieje tak krótko i w tak małym obszarze przestrzeni (o rozmiarach zaledwie setek milionowych części jednej miliardowej metra), że nie potrafimy jej bezpośrednio obserwować. Na dodatek interakcje między cząstkami plazmy są zdominowane przez oddziaływania silne i są tak skomplikowane, że z ich opisem współczesna fizyka po prostu sobie nie radzi. Ślady plazmy kwarkowo-gluonowej widać tylko pośrednio, w cząstkach wybiegających z miejsca zderzenia. Teoria przewiduje bowiem, że jeśli plazma kwarkowo-gluonowa rzeczywiście się wytworzyła, detektory powinny rejestrować wyraźnie większą liczbę cząstek dziwnych (a więc takich, które zawierają kwarki dziwne s). Zderzenia proton-proton w akceleratorach w CERN produkują mało cząstek dziwnych. Powszechnie przyjmuje się więc, że w ich trakcie plazma kwarkowo-gluonowa nie powstaje. Uwzględniliśmy ten fakt w naszym modelu smug ognistych, po czym skonfrontowaliśmy jego przewidywania z danymi z eksperymentu NA49 na akceleratorze SPS. Zgodność była zdumiewająco dobra. Można więc powiedzieć, że teraz 'zobaczyliśmy' smugę ognistą w jakościowo innych warunkach fizycznych, tam, gdzie w ogóle się jej nie spodziewaliśmy!, tłumaczy dr hab. Andrzej Rybicki (IFJ PAN), jeden z autorów publikacji w czasopiśmie Physical Review C. Kolizję dwóch jąder ołowiu musieliśmy modelować jako złożenie kilkuset smug. W takich warunkach trudno powiedzieć cokolwiek o własnościach pojedynczej smugi. Jednak gdy z modelu wyekstrahowaliśmy rozkład pospieszności, czyli relatywistycznej prędkości cząstek produkowanych przez pojedynczą smugę, okazało się, że jej kształt bardzo dobrze opisuje prawdziwe dane z pomiarów produkcji cząstek w zderzeniach proton-proton!, precyzuje mgr Mirek Kiełbowicz, doktorant IFJ PAN. Aby wykresy, otrzymane za pomocą modelu smug ognistych zbudowanego dla zderzeń jąder ołowiu, zgadzały się z danymi eksperymentalnymi dla zderzeń proton-proton, należało je przeskalować o czynnik 0,748. Krakowscy badacze wykazali, że parametr ten nie jest swobodny. Pojawia się on po uwzględnieniu w bilansie energetycznym zmian związanych z różną produkcją cząstek dziwnych i można go odtworzyć z danych eksperymentalnych. Był to kolejny silny argument wzmacniający fizyczną poprawność modelu. Pracuję nad modelem smug ognistych w ramach mojej pracy magisterskiej, więc nie zdziwiło mnie, że opisuje on dane ze zderzeń jądro-jądro w sporym zakresie energii. Kiedy jednak zobaczyłem, że wyekstrahowana przez nas funkcja fragmentacji tak dobrze zgadza się z danymi ze zderzeń proton-proton, trudno było ukryć zaskoczenie, wspomina Łukasz Rozpłochowski, student Uniwersytetu Jagiellońskiego współpracujący z grupą z IFJ PAN. Materia powstająca w zderzeniach proton-proton, chłodniejsza i jakościowo inna niż plazma kwarkowo-gluonowa, wydaje się więc zachowywać jak pojedyncza ognista smuga. Jej pewne własności – takie jak prędkości emitowanych cząstek czy sposoby ich rozpadów – z jakiegoś powodu są zdumiewająco podobne do własności ognistych smug plazmy kwarkowo-gluonowej. A ponieważ plazma kwarkowo-gluonowa tworzy się przy większych energiach i w zderzeniach obiektów kwantowych o dużej złożoności, uprawnione staje się stwierdzenie, że to ona dziedziczy niektóre cechy materii formującej ogniste smugi w zderzeniach proton-proton. Gdy opisywaliśmy zderzenia jądro-jądro, ogniste smugi były dla nas jedynie pewnymi abstrakcyjnymi konstrukcjami, czymś czysto teoretycznym. Nie wnikaliśmy w ich fizyczną naturę, w to, czym mogą być w rzeczywistości. Przeżyliśmy prawdziwy wstrząs, gdy zestawiając dane eksperymentalne z naszym modelem odkryliśmy, że to, co powstaje w zderzeniach proton-proton, zachowuje się dokładnie tak jak nasza pojedyncza ognista smuga, podsumowuje dr Rybicki. Wyniki najnowszej analizy, przeprowadzonej przez krakowskich fizyków w ramach grantu SONATA BIS nr 2014/14/E/ST2/00018 Narodowego Centrum Nauki, wzmacniają zatem przypuszczenie, że ognistym smugom, wedle teorii formującym się w zderzeniach proton-proton i jądro-jądro, odpowiadają rzeczywiste procesy fizyczne zachodzące w przepływach ekstremalnie gorącej materii kwantowej. « powrót do artykułu

Niektóre asteroidy są bardzo gęste, składają się z żelaza i niklu. Naukowcy sądzą, że są one pozostałościami po jądrach dużych ciał niebieskich, które rozpadły się w wyniku kolizji. Są niezwykle stare, przez miliardy lat mogły być ukryte tysiące kilometrów pod powierzchnią planet. Ich zbadanie może przynieść olbrzymią ilość nowych informacji na temat wszechświata i Układu Słonecznego. Dlatego też NASA planuje misję na tego typu asteroidę. Jej celem będzie Psyche, największa metaliczna asteroida krążąca wokół Słońca. Misja ma wystartować nie wcześniej niż w 2022 roku, a jej celem będzie dotarcie na orbitę i dokładne zbadanie 226-kilometrowego obiektu. Na miejscu sonda może trafić na niezwykle egzotyczne zjawisko, krajobraz ukształtowany przez ferrowulkanizm, czyli erupcje płynnego żelaza, do których dochodziło, gdy stygł odłupany od planety fragment jądra. Ekspertom jeszcze nigdy nie udało się zaobserwować ferrowulkanizmu. Zdobycie dowodów na to, że rzeczywiście miał on miejsce na Psyche może na nowo napisać historię jąder planetarnych i odpowiedzieć na wiele pytań z dziedziny geofizyki. Lindy Elkins-Tanton, główna badaczka misji Psyche, mówi, że wraz z zespołem zamierza poszukać tam dowodów na ferrowulkanizm i ma nadzieję, że dokonają niezwykłego odkrycia. Psyche była prawdopodobnie w przeszłości otoczona krzemowym skalistym płaszczem, osłaniającym metaliczne jądro. Jednak nigdy nie stała się częścią planety. "Wczesny Układ Słoneczny był jak tor ze zderzającymi się samochodami", mówi Matthew Genge, eksperd od meteorytów z Imperial College London. Przez miliony lat w proto-Psyche mogła uderzać olbrzymia liczba mniejszych obiektów, w które w końcu pozbawiły ją skalistej otoczki, odsłaniając żelazno-niklową Psyche. Jacob Adams z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, i jego promotor Francis Nimmo, stworzyli serię matematycznych modeli, które brały pod uwagę uproszczony model metalicznego asteroidy i sprawdzały, co się dzieje, gdy taki asteroid stygnie od zewnątrz. Po utracie otaczających go warstw taki asteroida będzie stopniowo zamarzał i kurczył się, przez co na powierzchni pojawią się pęknięcia. Znajdujące się głębiej płynne żelazo będzie przez te pęknięcia uciekało. Symulowane asteroidy były mniej więcej wielkości Psyche, zatem być może uda się taki scenariusz zweryfikować podczas badań tej asteroidy. To, w jaki sposób planety stygną, może całkowicie zmienić ich historię. Ziemia, w 4,5 miliarda lat po swoim powstaniu, ma wciąż gorące, stopniowo stygnące jądro. Dotychczas ono nie wystygło, gdyż jest chronione przez grube kolejne warstwy naszej planety. Inaczej miała się sprawa z Merkurym. Jego niewielkie rozmiary i jądro stosunkowo większe względem planety niż ziemskie, spowodowały, że jądro planety wystygło i się skurczyło. W ramach tego procesu doszło do skurczenia zewnętrznych warstw planety i całej jej powierzchni, co zamknęło szczeliny, przez które w przeszłości wypływała magma. Psyche sama w sobie jest niezwykle interesująca. Dotychczasowe badania wskazują, że w połowie składa się ona z żelaza. ALbo więc jest niezwykle porowata, albo coś innego znacząco zmieniło jej strukturę. Ostatnio zaprezentowane wyliczenia sugerują, że mogą tam istnieć kominy wulkaniczne, a niewielką gęstość asteroidy można wyjaśnić, jeśli wciąż posiada ona skalisty płaszcz, a wewnątrz wciąż zachodzą procesy ferrowulkaniczne. Niewykluczone, że w jądrze znajduje się radioaktywne aluminium-26, które podtrzymuje aktywność wulkaniczną. Celem misji Psyche będzie zbadanie wieku asteroidy oraz względnego wieku jej poszczególnych regionów, sprawdzenie, czy składa się ona z tych samych pierwiastków, których spodziewamy się w jądrze Ziemi, zbadanie, czy Psyche formowała się w obecności większej czy mniejszej ilości tlenu niż ziemskie jądro oraz wykonanie mapy asteroidy. Misja Psyche zostanie wyposażona w cztery instrumenty – aparat fotograficzny wykonujący zdjęcia w różnych zakresach fali, spektrometr neutronowy i rentgenowski, magnetometr oraz urządzenie do pomiarów grawitacji. Ponadto sonda zostanie wyposażona w nowoczesny laserowy system kompunikacji (Deep Space Optical Communication – DSOC), a specjaliści z Jet Propulsion Laboratory przeprowadzą testy tego systemu. Jeśli się on sprawdzi, możemy zyskać znacznie bardziej wydajny sposób przesyłania danych pomiędzy Ziemią a obiektami pracującymi w przestrzeni kosmicznej. Obecny plan misji zakłada, że Psyche zostanie wystrzelona w 2022 roku, w roku 2023 skorzysta z asysty grawitacyjnej Marsa, na orbitę asteroidy dotrze w roku 2026 i pozostanie na niej przez 21 miesięcy. Przygotowania do misji idą najwyraźniej lepiej niż się spodziewano. Jeszcze dwa lata temu informowaliśmy, że Psyche ma wystartować w 2023 roku. « powrót do artykułu

Naukowcy z University of Warwick zdobyli pierwsze bezpośrednie dowody wskazujące, że białe karły – a taką gwiazdą stanie się Słońce po swej śmierci – ulegają krystalizacji, a na nieboskłon pełen jest takich olbrzymich kryształów. Dokonane przez astronomów obserwacje wskazują, że jądra białych karłów są zbudowane z zestalonego tlenu i węgla, które przeszły przemianę fazową podobną do tej, jaką przechodzi woda zamieniająca się w lód. Proces odbywa się, oczywiście, w znacznie wyższej temperaturze. Ponadto krystalizacja spowalnia stygnięcie gwiazd, a to oznacza, że niektóre białe karły mogą być o miliardy lat starsze niż się obecnie przypuszcza. Najnowszego odkrycia dokonał zespół doktora Piera-Emmanuela Tremblaya, który korzystał głównie z danych dostarczonych przez satelitę Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Białe karły należą do najstarszych gwiazd we wszechświecie. Są bardzo użyteczne, gdyż astronomowie potrafią obliczać ich wiek, przez co można wykorzystywać je w roli kosmicznych zegarów do szacowania wieku pobliskich gwiazd. Białe karły powstają po ustaniu reakcji jądrowych w gwiazdach o małej lub średniej masie. Gwiazdy o masie Słońca zamieniają się z czasem w białe karły węglowe lub węglowo-tlenowe. Pier-Emmanuel Tremblay i jego zespól wybrali 15 000 białych karłów znajdujących się w odległości do około 300 lat świetlnych od Ziemi i przeanalizowali dane dotyczące ich jasności i koloru. Odkryli nadmiar gwiazd o specyficznej jasności i kolorze, których nie można było dopasować ani do grupy o tym samym wieku, ani masie. Gdy przyjrzeli się następnie modelom ewolucji gwiazd okazało się, że dobrze pasują one wysuniętej przed 50 laty hipotezy o możliwości krystalizacji białych karłów. Krystalizacja opóźnia stygnięcie gwiazdy i uczeni z Warwick wyliczyli, że niektóre z białych karłów mogą być nawet o 2 miliardy lat starsze, niż wynikałoby to z ich temperatury. Wszystkie białe karły krystalizują w pewnym momencie swojej ewolucji. To oznacza, że w naszej galaktyce istnieją miliardy krystalicznych sfer. Samo Słońce stanie się skrystalizowanym białym karłem za około 10 miliardów lat, mówi Tremblay. W jądrach białych karłów panuje niezwykle wysokie ciśnienie, przez co tworzący je gaz staje się cieczą. Gdy temperatura jądra spadnie do około 10 milionów stopni Celsjusza, rozpoczyna się proces krystalizacji. Nie tylko zdobyliśmy dowody na energię wydzielaną w procesie krystalizacji, ale zauważyliśmy, że do wyjaśnienia tych zjawisk potrzeba przyjęcia znacznie większego uwalniania energii niż zakładano. Sądzimy, że dzieje się tak, gdyż najpierw krystalizuje tlen, który tonie w rdzeniu. To proces podobny do tworzenia się osadów na dnie rzek. Tonący tlen wypych w górę węgiel i to właśnie ten proces uwalnia dodatkową energię, mówi Tremblay. Uczony dodaje, że teraz zyskaliśmy dodatkowe dane, które pozwolą lepiej ocenić wiek białych karłów oraz innych gwiazd. Dzięki precyzyjnym pomiarom rozumiemy budowę wnętrza białych karłów tak dobrze, jak nigdy wcześniej. Przed Gaią mieliśmy dokładne dane o odległości i jasności 100-200 białych karłów. Teraz mamy takie dane o 200 000 takich gwiazd. « powrót do artykułu