Žvaigždžių vartai

Nors vandenynai mūsų planetoje labai menkai ištirti, nors nepažįstame daugumos vabzdžių rūšių, mus vis tiek labiau vilioja dangiškos paslaptys. Galbūt dėl to kaltas mūsų kosminio vienišumo jausmas, noras žinoti, kad nesame vieni Visatoje. Arba baimė, kad mūsų nedidelę vienišą planetą gali sunaikinti asteroidas, juodoji skylė ar kokia kita grėsmė iš kosmoso.

Todėl regime ateivius arba Dievus aukštybėse, kuriame raketas ir tiriame kitas planetas kosminėmis observatorijomis. Iš pradžių gimė astronomija, vėliau atsirado astrofizika. Dabar populiarėja astrobiologija. Įvairių mokslo sričių atstovai vienijasi, vedini beveik mistinio susižavėjimo jausmo Visatos didingumu ar tiesiog smalsumo. kokios mįslės neduoda ramybės šiuolaikiniams kosmoso tyrėjams ir kaip jas ketinama įminti? Praverkime žvaigždžių vartus.

Tendencijos

Astronomijoje akivaizdžios dvi tendencijos: globalizacija ir gigantizmas. Visi kuriami ir naudojami instrumentai ar jų sistemos yra milžiniški. Šiuolaikinėje astronomijoje viena valstybė laike – ne karys. Projektuose dalyvauja kelios ar keliolika šalių. tai atspindi ir bendrąsias mokslo tendencijas. Geriausias pavyzdys – didysis hadronų priešpriešinių srautų. Mes dabar laukiam Kvadratinio kilometro matricos. Projektas prasidėjo 1994 m. Geriausiu atveju ims veikti 2020 metais. Iš esmės tai yra viso pasaulio projektas.

Tarp keliolikos gigantiškų astonominių projektų verta paminėti, pavyzdžiui, JAV statomą ilgiausią gravitacinių bangų detektorių LIGO. Jo tikslas – pastebėti susiduriančių juodųjų skylių arba supermasyvių žvaigždžių implozijų sukeltus virpesius Visatos erdvėlaikyje. Argentinoje neseniai pradėjo veikti didžiausias pasaulyje kosminio spinduliavimo detektorius – Pjero Ogero observatorija. Tikslas – nustatyti Žemę bombarduojančių ultra didelės energijos kosminių dalelių šaltinį. Pietų ašigalyje po ledu statomas didžiausias pasaulyje neutrinų registravimo teleskopas, vadinamas „Ice Cube“. Neutrinus, kurie skrieja per kosminę erdvę nesąveikaudami su jokia medžiaga, pagimdo patys katastrofiškiausi Visatos įvykiai bei tokie objektai, kaip aktyvios galaktikos, kurių centre yra supermasyvios juodosios skylės.

Astronomo V. Vansevičiaus nuomone, šiuolaikinė astronomija sprendžia du pagrindinius uždavinius. Vienas iš jų – sužinoti, kas yra Visata, iš ko ir kaip ji susidarė. Dabar matome tik 4 % to, kas turi būti Visatoje. Visi didieji teleskopai turėtų padėti įminti šią mįslę. Antra tyrimų tema, aktyviai pradėta vystyti prieš 10 metų – astrobiologinės problemos. Tai noras atsakyti į klausimą, ar mes esame vieni Visatoje. Tam irgi reikalingi milžiniški prietaisai.

Proto broliai

Taigi, dvi esminės, svarbios problemos, bet arčiau kūno daugeliui iš mūsų, ko gero, yra gyvybės kosmose arba proto brolių paieška. Jau XX amžiaus pirmoje pusėje pradėjome klausyti Visatos radioteleskopais ir siųsti žinutes, kurias kada nors kas nors turėtų perskaityti. Nuo to laiko, kai žmonija išrado radiją, televiziją ir ėmė transliuoti laidas, tie signalai nukeliavo dešimtis šviesmečių visomis kryptimis. Įspūdingai šis procesas buvo parodytas filmo „Kontaktas“ pradžioje. Kol kas, deja, tas klausymas arba triukšmavimas nedavė jokių rezultatų dėl kelių priežasčių. Visų pirma, reikia žinoti, kur ieškoti signalų arba kurlink juos siųsti. Vadinasi, reikia nustatyti zonas Visatoje, galaktikas ar žvaigždynus, kur yra daugiausia šansų rasti Žemės tipo planetas. O jau tada tenlink siųsti signalus arba klausytis ar ieškoti gyvybės požymių.

„Norint išgirsti TV laidas prie kitų žvaigždžių, reikia didelių teleskopų, – sako Vladas Vansevičius. – Bet dabar kuriami radioteleskopai leis klausytis tokių laidų prie artimiausių žvaigždžių. O radarų signalus matysime prie kelių milijonų žvaigždžių“.

Žmonija jau turi pakankamai galingus siųstuvus. O kaip sekasi ieškoti palankiausių zonų kosmose, kur planetos prie žvaigždžių ar ištisos planetų sistemos, panašios į mūsiškę, turėtų būti dažnas reiškinys? Palyginti neseniai paaiškėjo, kokios yra būtinos sąlygos joms atsirasti. Todėl šiuo metu vis daugiau astronomų ieško tokių planetų prie kitų žvaigždžių. Suradus pirmąsias 1995 metais buvo įrodyta, kad mūsiškė Saulės sistema – ne unikali. Tiesa, tai nelengvas procesas. Kol kas pavyksta užregistruoti tik dideles planetas. Jupiterio dydžio ir dar didesnes. Pagrindinis tikslas – surasti Žemės tipo dangaus kūnus. Tokią planetą turi supti atmosfera ir ji turi būti panašaus dydžio kaip mūsų planeta. Tai svarbu, nes didelėse planetose viešpataujanti didelė gravitacija trukdo gyvybei. Pagrindiniai tokių paieškų instrumentai – teleskopai žemėje ir kosmose.

Daugiausia tikimasi atrasti, kai kosmose pradės veikti observatorijos, skirtos tokių planetų paieškai. Nuo žemės paviršiaus jas tiesiogiai pamatyti sudėtinga. NASA ir EKA planuoja paleisti į kosmosą žemės tipo planetų „ieškotojus“. Abi tokios observatorijos turėtų pradėti veikti 2015–2020 metais. Taip tikimasi gauti Žemės tipo planetų nuotraukas. Tada bus gauti ir spektrai, kurie leis nustatyti, ar tose planetose yra atmosfera, kokia jos sudėtis. Labai neseniai apie Venerą skrendantis aparatas pabandė nustatyti, ar Žemė gyvenama, užfiksuoti būdingus gyvybės požymius. Tai gan sudėtinga, juolab, kad aparatas nebuvo tam pritaikytas. Bet tokie požymiai buvo rasti.

Šiuo metu orbitoje skrieja prancūzų palydovas „Corot“. Pirmasis kosminis teleskopas, skirtas akmeningų Žemės tipo planetų paieškai. Kitų metų balandį su ta pačia misija bus paleistas NASA aparatas „Kepleris“. Jo teleskopas bus 3,5 karto didesnis už „Corot“. Bet ir tai – tik kukli pradžia.

Šiuo metu astronomų turimų priemonių visos galimybės išnaudotos.

Gigantai Žemėje

Įvairias mokslo sritis kamuoja gigantizmas. Tokie projektai, kaip pastaruoju metu dažnai minimas didysis hadronų priešpriešinių srautų, arba ITER projektas, kainuoja milijardus ir tęsiasi dešimtmečiais. Matyt, tai natūralus mokslo tyrimų evoliucijos procesas. Itin gausu tokių projektų astronomijoje. Manau, daugelis girdėjote apie sensacingą, bendrą JAV ir Europos „Casini” projektą, kai Hoigens zondas sėkmingai nusileido Saturno palydove Titane. Šiuo metu planuojami tokie didžiuliai tarptautiniai projektai, kaip teleskopų sistema ALMA, kuri bus įrengta Atakamos dykumoje Čilėje arba Kvadratinio kilometro matrica. Jau nekalbant apie teleskopų virtines kosmose: NASA planetų ieškotoją ir Europos kosmoso agentūros kuriamą keturių teleskopų sistemą „Darvinas“. Kam jie reikalingi? Ar tik Žemės tipo planetų ir signalų paieškai?

V. Vansevičius teigia, kad didieji teleskopai reikalingi stambioms molekulėms atrasti tarpžvaigždinėje erdvėje. Teleskopų sistema „Kvadratinio kilometro matrica“ padės sužinoti, ar suardomos stambiosios molekulės, esančios tarpžvaigždiniuose debesyse. Žinoma, kad ten tikrai yra organinių molekulių. Bet formuojantis žvaigždei, tos molekulės gali suirti. Todėl norima sužinoti, kiek ir kur jų išlieka diske, kuris supa žvaigždę ir iš kurio formuojasi planetos. Jeigu organinės molekulės išlieka, tai padėtų sutrumpinti gyvybės atsiradimo laiką.

Tokios mįslės – astrobiologų duona. Astrobiologija – sintetinis mokslas, jungiantis biologiją, astronomiją, geologiją ir t. t. Mokslų sąveika labai svarbi, nes šitaip galima susintetinti visas turimas žinias ir geriau numatyti, ko ir kaip reiktų ieškoti. Todėl pastaruoju metu mokslininkai tyrinėja ekstremofilus. Bakterijas, kurioms nebaisios didelės temperatūros, slėgiai ir net radiacija. Kadangi tokių mikroorganizmų randama Žemėje, galime spėti, kad jie galėjo atkeliauti iš labai toli. Todėl panspermijos idėja tampa visai reali. Mūsų planetą iš tiesų galėjo kolonizuoti mikroorganizmai, atkeliavę su meteoritais ar kometomis.

Lietuvoje irgi ketinama pradėti tyrimus šia tematika. VU Fizikos fakultete atsirado dvi programos: „molekuliniai gyvybės pagrindai“ ir „astronominis gyvybės kontekstas“. Šio mokslo perspektyvos didelės. Bet tai tik pradžia. Astrofizikai irgi mano, kad jų mokslas irgi patirs revoliucingų permainų, kai bus pastatyta Kvadratinio kilometro matrica.

Europos žvilgsnis į visatą

Olandijos šiaurės rytuose viena linija sustatyta 14 didelių antenų. Sistemos ilgis siekia beveik tris kilometrus. Projekto vadovas Čarlis Junas sako: „tai Vesterborko radioteleskopų matrica. Visi šie teleskopai sujungti tarpusavyje ir gali veikti kaip vienas didžiulis instrumentas.

Šios antenos arba matrica tapo globalaus radioastronomijos tinklo dalimi. Tai įmanoma padaryti, naudojant technologiją, vadinamą Labai ilgos bazinės linijos interferometriją (VLBI). VLBI mokslininkai gali surinkti ir nufiltruoti signalus, gaunamus iš daugybės radioteleskopų. Čia surinkti signalai siunčiami į koreliatorių. Ten iš viso pasaulio teleskopų gaunami duomenys, signalai sumaišomi. Gaunamas itin tikslus vaizdas, tarsi naudotume vieną lėkštę, kurios skersmuo prilygsta visų pasaulio teleskopų suminiam skersmeniui. Taigi, naudodami e-VLBI procesą, mes galime gauti vaizdus, kurie net keliomis eilėmis (t. y. šimtus kartų) tikslesni ir ryškesni už gaunamus kosminiu Hablo teleskopu“.

Dirbant tradiciniu būdu, duomenys iš kiekvieno teleskopo užrašomi juostoje arba standžiajame diske ir siunčiami į centrinį kompiuterį, kur jie apdorojami. Pavieniu radioteleskopu gauti vaizdai paprastai būna nelabai ryškūs, juose neįmanoma įžiūrėti mažų objektų. Štai čia ir praverčia interferometrija. Nukreipus kelis teleskopus į objektą, gaunami panašūs duomenys iš įvairių stebėjimo taškų. Užrašytos radijo bangos po to sugretinamos ir sustiprinamos. Kuo antenos stovi toliau viena nuo kitos, tuo geresnė vaizdo kokybė. Šio projekto atveju superkompiuteris yra už 20 km nuo Vesterborko teleskopų matricos. Jungtiniame Europos VLBI institute, sutrumpintai JIVE. Iki šiol visų eksperimente dalyvaujančių teleskopų gauta informacija buvo siunčiama magnetinėse juostose arba standžiuosiuose diskuose. Tai sulėtindavo Europos tinklo darbą.

JIVE direktorius Huib Jan van Langevelde sako: „Šiame projekte dažnai vienu metu naudojame 11, kartais 8, kartais 16 teleskopų. Kartais įsijungia ir kituose žemynuose veikiančios lėkštės. Siekiant išvengti duomenų vėlavimo, viso pasaulio radioteleskopai dabar sujungti su JIVE koreliatoriumi šviesolaidiniu kabeliu. Dabar ketiname sujungti visus teleskopus realiu laiku. Anksčiau tekdavo laukti net keletą savaičių, kol čia atkeliaudavo duomenys. Dar daugiau užtrukdavo, kol mokslininkui pavykdavo gauti duomenis, kad patikrintų kokio nors savo originalaus eksperimento idėją. Naudodami e-LVBI, mes sujungiame teleskopus realiu laiku. Todėl astronomai jau kitą rytą gali pradėti analizuoti savo mėgiamo šaltinio nuotraukas. Turint tokį ryšį, nebereikia vežioti standžiųjų diskų tarp teleskopų ir superkompiuterio. Duomenys keliauja internetu, naudojant modernų šviesolaidinį ryšį“.

Elektroninis labai ilgos bazinės linijos interferometras veikia kaip globalus instrumentas. Astronomai juo naudojasi, norėdami gauti didelės skiriamosios gebos tolimų objektų vaizdus, kartu galėdami akimirksniu reaguoti į bet kokius netikėtus pokyčius erdvėje.

Vienas teleskopas, sujungtas su JIVE koreliatoriumi, yra 76 metrų skersmens lėkštė Jodrelio Observatorijoje netoli Mančesterio. Lovelio teleskopas, kuris pernai pažymėjo savo 50 metų sukaktį, yra trečia didžiausia valdoma antena pasaulyje. Nepaisant garbingo amžiaus, teleskopas atlieka svarbų vaidmenį tarptautiniuose astronomijos mokslo projektuose.

Tačiau, kaip sako Jodrelio Astrofizikos centro direktorius, netgi tokio globalaus realaus laiko tinklo pajėgumų nepakaks įgyvendinti mokslo poreikių jau artimiausioje ateityje.

Filas Daimondas teigia: „Naudodami Europos VLBI tinklą, astronomai gali gauti labai didelės skiriamosios gebos kitų galaktikų nuotraukas, regionų aplink masyvias juodąsias skyles, žvaigždžių formavimosi regionų vaizdus. Tačiau dar daug ko jis negali. Šiais laikais reikalingas itin didelis jautrumas. Mes galime stebėti tik kai kuriuos objektus. Todėl negalime visapusiškai tirti ir suprasti, žvaigždžių ir juodųjų skylių susidarymo fizikos. Mums reikia kur kas didesnių teleskopų tinklų. Tuo pagrįstas ir Kvadratinio kilometro matricos projekto gimimas“.

Naudojant Kvadratinio kilometro matricą, iš dalies finansuojamą Europos, bus įmanoma aprėpti visą dangų. 2020 metais ji bus pastatyta Pietų Afrikos arba Australijos dykumoje. KKM projekto direktorius Ričardas Šilicis sako: „Tai bus galingiausias radioteleskopas Žemėje. Jis bus vienintelis toks instrumentas. Taip nusprendė radioastronomų bendruomenė. Nuo pat pradžių jis tapo globaliu projektu“.

15 metrų skersmens lėkščių kompleksas išdėstytas penkių kvadratinių kilometrų plote. Pačiame centre, maždaug vieno kvadratinio kilometro plote lėkščių koncentracija kur kas didesnė. Toje zonoje bus sumontuota ketvirtis visų teleskopų. Į dešinę nuo centrinės dalies esanti plokštuma sudaryta iš atskirų komponentų, kuriuos galima nukreipti į bet kurią dangaus vietą. Tai iš esmės yra teleskopas be jokių judančių dalių. Visos dalys sujungtos elektroniškai. Tai leidžia astronomams vienu metu stebėti objektus įvairiomis kryptimis. Taip pat apžvelgti didžiulį dangaus plotą. Tai panašu į Europos VLBI tinklą. Sistemos dalys išdėstytos gana dideliu atstumu. Taip gims superteleskopas, kurio menamas skersmuo siekia tris keturis tūkstančius kilometrų. Vadinasi, juo bus galima detaliai pamatyti net labai nedidelius objektus kosmose. Kvadratinio kilometro matrica pratęs Europos ir kitų žemynų astronomų bei astrofizikų atliekamus tyrimus, siekiant geriau suprasti Visatos struktūrą ir evoliuciją.

Tai viena didžiausių visos astrofizikos vilčių, mano V. Vansevičius. Naudojant KKM, bus galima nagrinėti visas astrofizikinės temas. Jis leis pasiklausyt proto brolių iš labai toli. Pirmą kartą ieškoti dirbtinių radijo signalų tiesiogiai iš apie žvaigždes skriejančių planetų.

Jeigu Kvadratinio kilometro matricą atiduotume kitoms civilizacijoms, jos mūsų žinutes, siunčiamas 300 m skersmens Arecibo radioteleskopu, pastebėtų bet kurioje mūsų galaktikos vietoje. Mūsų karinius radarus galima užfiksuoti 2000 šviesmečių atstumu. Taigi, jei galaktikoje yra technologinių civilizacijų, jos nesunkiai gali mus pastebėti.

Per pirmuosius du dešimtmečius ši KKM detaliai ištirs apie vieną milijoną žvaigždžių, kurios šiuo požiūriu yra perspektyvios.

Astronomai, stebėdami kosmosą, mato vis toliau ir daugiau. Jie mato, kaip gimsta arba miršta žvaigždės. Kaip formuojasi planetų sistemos. Vienur erdvėje tvyro dulkių ar molekuliniai debesys. Kitur galima įžiūrėti planetizimales – didelius būsimų planetų fragmentus arba ruošinius. Palyginti neseniai pavyko išsiaiškinti, jog viena svarbiausių Žemės tipo planetų susidarymo sąlygų – pakankamas sunkiųjų elementų kiekis. Iš karto po Didžiojo sprogimo susiformavę kamuoliniai spiečiai turi nedaug sunkiųjų elementų. Visatai prireikė kelių milijardų metų, kol tų elementų atsirado pakankamai. Štai kodėl Žemės tipo planetos gali formuotis tik apie labai turtingas sunkiaisiais elementais žvaigždes. Kur astronomai mato daugiausia galimybių rasti Žemės tipo planetas ir gal net aptikti gyvybės pėdsakų?

Planetinių diskų buvimas priklauso nuo molekulinio debesies metalingumo. Kuo daugiau sunkiųjų metalų, tuo daugiau šansų, kad susiformuos diskai, iš kurių formuosis į Žemę panašios planetos. viena perspektyviausių – Oriono sritis. Joje daug debesų, daug planetinių diskų. Tačiau jeigu kaimynystėje atsiranda masyvi žvaigždė, ji nupučia diskus nuo kitų žvaigždžių. Visa gyvybė užgimsta tamsiuosiuose debesyse. Nuo jų dydžio priklauso, kaip baigsis žvaigždėdaros likimas. Kamuoliniuose žvaigždžių spiečiuose mažai šansų aptikti gyvybę. Tos žvaigždės susiformavo labai anksti, jų mažas metalingumas.

Pats masyviausias kamuolinis žvaigždžių spiečius Galaktikoje yra Kentauro Omega. Jame – tik mažos masės nemetalingos žvaigždės. Nors pirmoji žinutė siųsta buvo siųsta būtent šio kamuolinio spiečiaus kryptimi. Štai kaip svarbu žinoti, kur siųsti informaciją.

Mūsų gimtoji planeta – tarsi erdvėlaivis, dideliu greičiu skrodžiantis Visatos tamsą. Ir tai nėra nepavojinga kelionė, ką liudija jau matyti vaizdai. Visatoje ir mūsų galaktikoje siaučia neregėtos stichijos. Ypatingas ir itin vaizdingas įvykis – kai dvi galaktikos praskrenda arti viena kitos arba susiduria. Astronomai teigia, kad maždaug po dviejų milijardų metų mūsų Paukščio tako galaktika susilies su Andromedos galaktika. Tai reiškia, kad prasidės supernovų era. Sproginės žvaigždės, o vėliau iš jų formuosis kitos. Rasti ramų kampelį bus labai sudėtinga, o gal neįmanoma. Tai – pakankamai tolima vizija, bet yra ir aktualesnių problemų, susijusių su mūsų planetos judėjimu.

Manoma, kad ir Žemės laukia tas pats likimas. Saulė sistema, besisukdama apie galaktiką, maždaug kas 50–60 mln. metų praeina jos viją. Tuo metu ir vyksta didieji išmirimai Žemėje. Tai astronomus paskatino tyrinėti kitas galaktikas, siekiant suprasti, kas vyksta cikle. Blogybė ta, kad paskutinis didysis išmirimas įvyko prieš 65 mln. metų. Mes dabar esame ant tos ribos. Saulės sistema priartėjo prie pat Oriono „rankovės“, prie galaktikos vijos, sako V. Vansevičius.

Dar vienas, kur kas realesnis pavojus – didelio meteorito ar asteroido susidūrimas su Žeme. Tai labai realu ir gali įvykti per artimiausius šimtmečius. Todėl reikia nuolat stebėti dangų. Atrodo, jog kai kuriais atvejais didelės išlaidos mokslo superstruktūroms, teleskopams pasiteisina. Vis daugiau žmonių supranta, kad keliauti kosmose mūsų unikaliu erdvėlaiviu Žeme be galingų stebėjimo įrenginių yra tas pats, kaip autostradoje naktį važiuoti be šviesų.