Ett gravitationsteleskop önskas

 

Sedan 1992 har astronomer upptäckt mer än 5 000 planeter som kretsar kring  stjärnor. Men när astronomer upptäcker en ny exoplanet lär vi oss inte mycket om den: vi upptäcker att den finns och några funktioner som om det är en gasplanet eller ej, dess storlek men mer är det oftast inte

För att kringgå de fysiska begränsningarna hos dagens teleskop har astrofysiker vid Stanford University arbetat med en ny konceptuell bildteknik som skulle vara 1000 gånger mer exakt än den starkaste bildteknik som finns för närvarande. Genom att dra nytta av gravitationens förvrängningseffekt på rymdtiden så kallad gravitational lensing (något jag visat exempel på i denna blogg några gånger då man kunnat se en enskild stjärna och dess planet i en galax utanför vintergatan, (min anm. se en bra förklaring här av NASA på en naturlig sådan) 

 Med denna metod kan forskare potentiellt manipulera detta fenomen för att skapa avbildning som är mycket mer avancerad än någon som finns  idag.

I en artikel  publicerad den 2 maj i The Astrophysical Journal beskriver forskarnaen möjlighet att manipulera solens gravitationslinsning för syftet att se planeter utanför vårt solsystem. Genom att placera ett teleskop i linje med solen och exoplaneten kan forskare använda solens gravitationsfält för att förstora ljuset från exoplaneten när den passerar. I motsats till ett förstoringsglas som har en krökt yta som böjer ljus har en gravitationslins en krökt rymdtid som möjliggör avbildning av långt borta liggande föremål.

Men det var inte förrän 2020 som bildtekniken utforskades i detalj för att observera planeter. Slava Turyshev från California Institute of Technology's Jet Propulsion Laboratory beskrev då en teknik för hur ett rymdplacerat teleskop kunde användas för att skanna runt ljusstrålarna från en planet och   rekonstruera en tydlig bild, men tekniken skulle kräva mycket bränsle och tid.

Med utgångspunkt i Turyshevs arbete utarbetade Alexander Madurowicz, doktorand vid KIPAC, en ny metod som kan rekonstruera en planets yta från en enda bild tagen direkt på dess sol. Genom att fånga ljusglorian runt solen som bildas  kan algoritmen Madurowicz designade förvränga ljuset från ringen genom att vända böjningen från gravitationslinsen, vilket för ringen runt en planet.

 

Madurowicz demonstrerade sitt arbete genom att använda bilder av den roterande jorden tagna av satelliten DSCOVR som finns mellan jorden och solen. Sedan använde han en datormodell för att se hur jorden skulle se ut när han tittade genom den vridande effekten från solens gravitation. Genom att tillämpa sin algoritm på observationerna kunde Madurowicz återställa bilderna av jorden och visa att hans beräkningar var korrekta.

För att fånga en exoplanetbild genom solens gravitationslins måste ett teleskop placeras minst 14 gånger längre bort från solen än Pluto finns vilket innebär förbi kanten av vårt solsystem längre ut än människor någonsin har placerat en rymdfarkost. Men avståndet är en liten bråkdel av ljusåren mellan solen och en exoplanet.

 

"Genom att böja ljuset som böjs av solens gravitation kan en bild skapas långt bortom ett vanligt teleskops möjligheter", säger Madurowicz. "Så den vetenskapliga potentialen är ett outnyttjat område eftersom det öppnar en ny observationsförmåga." säger Madurowicz och Macintosh. Men som de säger det kommer att ta minst 50 år innan denna teknik kan användas. För att detta ska kunna göras behövs snabbare rymdfarkoster eftersom de med nuvarande teknik kan ta 100 år att resa dit instrumentet ska placeras.

Med hjälp av solsegel eller solen som en gravitationell slangbella kan tiden dock teoretiskt kunna bli så kort som 20 till 40 år. Trots tidslinjens osäkerhet drivs möjligheten och förhoppningen över att kunna se om vissa exoplaneter har kontinenter eller hav, enligt Macintosh. Närvaron av något av detta är en stark indikator på att det kan finnas liv på en exoplanet.

Hur jorden skulle se ut rekonstruerad från ljusringen runt solen, projicerad av solens gravitationslins. | Bild Alexander Madurowicz och Stanford University

Nya försök att kontakta eventuella utomjordingar planeras under 2023.

 

I över 70 år har astronomer sökt efter radio- eller optiska signaler sända av okända civilisationer därute i universum. Syftet är att söka efter spår av utomjordisk intelligens, kallad SETI. Hitta liv på ungefär samma nivå av tekniskt kunnande som vi och därmed få bevis på att vi inte är ensamma. Men det handlar om liv på ungefär samma nivå som vårt annars är det svårt att hitta. Dinosaurier eller stenåldersmänniskor sände inget ut från Jorden.

De flesta forskare är övertygade om att liv finns på många eller någon av de 300 miljoner potentiellt beboeliga världarna i Vintergatan. Astronomer tror  att det finns en chans att vissa livsformer har utvecklat intelligens och tekniskt kunnande. Men inga signaler från en annan civilisation har någonsin upptäckts vilket är ett mysterium har fått beteckningen  "Den stora tystnaden".

Medan SETI länge nu har varit en del av den vanliga vetenskapen, har METI eller meddelanden om utomjordisk intelligens varit mindre vanligt.

”Jag är professor i astronomi och har skrivit mycket om sökandet efter liv i universum. Jag sitter också i det rådgivande rådet för en ideell forskningsorganisation som utformar meddelanden att skicka till utomjordiska civilisationer”. säger Fredrik Sjöslag University Distinguished Professor i astronomi, University of Arizona

Under de kommande månaderna kommer två team av astronomer att sända meddelanden ut i rymden i ett försök att kommunicera med  intelligenta utomjordingar som kan vara där ute och kan ta emot meddelande.

Men vissa människor ifrågasätter om det är klokt att göra det. Nästan ett halvt sekel efter Arecibo-meddelandet (sändes ut 1974 mot stjärnhopen M3 och når fram om 25000 år och  efter ytterligare 25000 kan svaret komma ) planerar två internationella team av astronomer nya försök till utomjordisk kommunikation.

Ett av dessa nya meddelanden kommer att skickas från världens största radioteleskop i Kina någon gång under 2023. Teleskopet har en diameter på 500 meter och kommer att sända ut en serie av radiopulser över en bred area av skyn. Meddelandet heter "The Beacon in the Galaxy" och innehåller primtal och matematiska operatorer, livets biokemi, mänskliga former, jordens plats och en tidsstämpel. Teamet skickar meddelandet till en grupp av miljontals stjärnor nära Vintergatans centrum, cirka 10000 till 20000 ljusår från jorden. Även om detta maximerar poolen av potentiella utomjordingar, betyder det att det kommer att ta tiotusentals år innan jorden kan få ett svar.

Det andra försöket riktar in sig på en enda stjärna med potential för ett mycket snabbare svar. Den 4 oktober 2022 kommer ett team från Goonhilly Satellite Earth Station i England att sända ett meddelande mot stjärnan TRAPPIST-1. Denna stjärna har sju planeter, varav tre är jordliknande världar och finns i den så kallade "Goldilocks-zonen" - vilket innebär att de kan ha vätska och potentiellt liv. TRAPPIST-1 finns 39 ljusår bort så det kan ta 78 år för intelligent liv att ta emot meddelandet och jorden att få svar.

Den nu avlidne fysikern Stephen Hawking påtalade däremot faran av att kontakta utomjordingar som kan ha en överlägsen teknik mot jordens. Han hävdade att de kunde vara ondskefulla och om de fick veta jordens läge skulle de kunna förstöra eller ockupera Jorden. Fast även här handlar det om stora tidsskalor och en resa till jorden skulle ta tusentals år om de nu inte har för oss okända resmetoder (min anm,).

Andra ser ingen risk eftersom en verkligt avancerad civilisation redan borde känna till vår existens (då frågar jag mig varför hör de då inte av sig eller varför ska vi då kontakta dem om de inte själva kontaktat oss (min an.).

I sammanhanget ska nämnas att den rysk-israeliska miljardären Yuri Milner har erbjudit 1 miljon dollar för den bästa utformningen av ett nytt meddelande och ett effektivt sätt att överföra det. Detta inlägg är en sammanfattning och diskussion av mig över en artikel publicerad i The Conversation UK av redaktör Jo Adetunji. För mer och utförlig läsning av vad som står där följ denna länk. 

Bild flickr.com på hur kanske en utomjording kan se ut.

Koldioxidglaciärer på Mars sydpol

 

Glaciärer av koldioxid rör sig och skapar kilometer tjocka avlagringar över Mars södra polarområde, något som kan ha pågått i mer än 600000 år. Detta beskrivs i en rapport från Planetary Science Institute Research (PSI) av Scientist Isaac Smith.

Koldioxisglaciärer identifierades första gången  2011 på södra polarområdet. Glaciärer som rör sig likt jordens vattenisglaciärer, säger Smith, huvudförfattare till "Carbon Dioxide Ice Glaciers at the South Pole of Mars" som publiceratss i Journal for Geophysical Research - Planets.

"För ungefär 600 000 år sedan började CO2-is bildas vid Mars sydpol. Genom klimatcykler har isen ökat i volym och massa flera gånger om avbruten av perioder av massförlust genom sublimering (gasövergång), säger Smith. – Om isen inte hade flödat neråt en sluttning hade den stannat kvar där den bildats  och den tjockaste isen skulle då i dag varit cirka 45 meter tjock. Men då isen rör sig nedför slänter ner i urgröpningar och raviner mm har den byggts upp till kilometertjocklek.  

"Glaciärerna har tillräckligt med massa för att vid en eventuell sublimering (övergång till gas) fördubbla planetens atmosfärstryck. "Den längsta glaciären är cirka 200 kilometer lång och cirka 40 kilometer bred. Dess aktivitet (rörelse) pågår, men flödeshastigheten toppades förmodligen för cirka 400000 år sedan då deponeringen var som störst. Vi är inne i en långsam period nu då isen minskar i massa (något av den övergår i gasform) och det saktar ner glaciärernas flödeshastighet.

Nyligen utfört arbete delvis utfört vid PSI undersöktes flödeslagarna eller hållfasthetsegenskaperna hos koldioxidis. Det arbetet visade att CO2-is flyter nära 100 gånger snabbare än H2O-is under de förhållanden som råder på Mars från höga sluttningar. Det är därför CO2-isen beter sig som glaciärer när resten av H2O-istäcket vilket även finns ligger mer stilla exempelvis finns ett tunt frostlager på nordpolen (se gårdagens inlägg).

Analys av koldioxidflödena med hjälp av NASAs Ice Sheet and Sea-Level System Model och med stöd från två medförfattare till Smith med arbetet visade att enbart atmosfäriskt nedfall av koldioxid  skulle vara mycket jämnare fördelat och tunnare. Vad glaciärer gör är att flytta isen från höga platser till de nedre bassängerna vilka finns på en lägre latitud”, säger Smith. Om atmosfäriskt nedfall var den enda processen som verkar på isen skulle det mesta funnits på högsta latitud och högsta höjd. Så är det bara inte. Isen rinner nedför i bassänger ungefär som vatten rinner ned i sjöar på jorden.

Ytterligare arbete av Smith och hans team resulterade i flera resultat som är mycket bra analogi till funktioner vi ser på markbundna glaciärer på jorden. Dessa inkluderar topografiska profiler, sprickor och kompressionsryggar som liknar markbundna egenskaper.

Jorden, Mars och Pluto är de enda kropparna i solsystemet som är kända för att ha aktivt flytande is men de är förmodligen inte ensamma i vintergatan.

Bild pxfuel.com på Mars sydpol där man ser ett tunt frostlager koldioxidglaciärer.

Vatten kan vara mindre vanligt på Mars än man hittills ansett

 

Forskare från Oden Institute i Texas hänvisar till en period på Mars där man tror att ett oproportionerligt stort antal asteroider kolliderade med Merkurius, Venus, Jorden och Mars. Mångaav dessa påverkade Mars struktur vilket resulterade i det stora antalet massiva nedslagskratrar på ytan av den röda planeten. Detta antas ha resulterat till Mars norra lågland. Ett lågland så stort att det är synligt från rymden men som även  ses ha en gräns till en tidigare större urgröpning som antas ha innehållet en sjö.

Denna sjö tros ha innehållit mycket vatten. "Mars hade en gång mycket vatten och här finns fortfarande is sannolikt från tiden före alla asteroidkollisioner." säger Mohammad Afzal Shadab,  CSEM-doktorand vid Oden Institute vars team utvecklade en   matematisk formel för att förutsäga hur högt grundvattennivån skulle varit innan kollisionerna.

Studien med titeln: "Estimates of Martian Mean Recharge Rates from Analytic Groundwater Models" har kommenterats av bland annat Marc Hesse och Eric Hiatt. Det är ett samarbete mellan Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, Jackson School of Geosciences, Institute for Geophysics och Center for Planetary Systems Habitability.och Jackson School of Geosciences vilka gemensamt har utvecklat en förbättrad modell för  grundvattenflödet på Mars som inte bara är mer exakt utan enligt forskarna också mer noggrann.

Mars tros ha kolliderat med en enorm asteroid för cirka fyra miljarder år sedan. Intressant nog kunde den mer "komplexa" matematiska modellen användas till att konstruera enklare analyser än tidigare simuleringar. 

"Enkelt kanske är fel ord att använda. Jag skulle säga mer eleganta", tillade Hesse. "Och 3D-simuleringar av en komplicerad geometri med kratrar och förmodade strandlinjer som utvecklats av mina medarbetare vid Jackson School stöder modellen och visar samma beteende."

Norra Mars (och nordpolen)  är platt till största delen. Men här finns även mycket djupa hål i området som kallas norra låglandet. Däremot på södra höglandet är där högre mer bergig mark som dominerar landskapet. (Mars sydpol vi tar upp i morgonens inlägg min anm.).

Shadab med forskargruppen gjorde en modell för ett hypotetiskt hav i norra låglandet som är anslutet av en grundvattentäkt från södra höglandet. För mer utförlig information om projektet följ ovan länk.

Vad vi kan lära oss är att det finns is av vatten på nordpolen men kanske inte lika mycket som man önskar för framtida rymdfärders skull utan i vår tid mer som ett frostlager(min anm.).

Bild på Mars nordpol och den vattenis som finns fruset här.

Månen Titans likhet med Jorden.

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet. Störst är Jupiters måne Ganymedes.

Vid sidan av jorden och Mars är Titan den tredje kroppen i solsystemet som har utbredda och olika sedimentära miljöer, sjöar och floder av metan och etan, delta, eroderade kanjoner, platåer och sanddyner.

Titans sanddyner finns till stor del koncentrerade runt månens ekvatorialbälte där slätter finns medan sjöar finns nära polerna. På Titan är lösa fasta partiklar (eller sediment) sannolikt bestående av mjuka kolvätekorn vilka bryts ner till damm. Titans sanddyner  vid ekvatorn har byggts upp under flera hundratusentals år vilket tyder på att någon mekanism måste producera dessa sandkorn här.

Geolog Mathieu Lapôtre vid Stanford University och kollegor till honom har nu teoretiskt visat hur Titans sanddyner, slätter och terräng kan ha bildats. Detta genom att identifiera en process som skulle kunna göra det möjligt för kolvätebaserade ämnen att bli sandkorn eller berggrund beroende på hur ofta vindar blåser och vindar uppstår.

Titan är ett intressant mål för framtida utforskning på grund av dess potentiella möjlighet att hysa liv  och att den  förutom Mars är den enda platsen i vårt solsystem som är känd för att ha ett jordliknande, säsongsartat kretslopp av vätska. Den nya teorin är publicerad i Geophysical Research Letters den 25 april vilken visar hur säsongscykeln driver kornens rörelse över månens yta.

 Titan överflögs av Cassini flertalet gånger mellan 2006- 2016    då avslöjades att månens metancykel inkluderar metanregnstormar, översvämning och stormar. Något som i första hand sker vid polerna.

Trots den relativa ovanligheten av ekvatorialstormar upptäcktes  förändringar av ytans struktur och dammplymer även här nära dagjämningen (under våren). För ytterligare fördjupning i detta spännande ämne följ denna länk. 

Bild vikipedia på en modell av Titans inre struktur som visar dess sex lager av is.

Vulkanism i det förflutna på Mars

 

Genom analys av data från flera Mars-uppdrag har ett team av forskare under ledning av Steve Ruff vid Arizona State University's School of Earth and Space Exploration fastställt att den olivinrika berggrunden i Gusev-kratern och i och runt Jezero-kratern kan vara en typ av sten som kallas " Ignimbrit ".

 En sten som är både magmabestående och sedimentär och bildats genom katastrofala explosiva utbrott i enorma vulkaner som kollapsade så kallade kalderas (fördjupningar efter en vulkans kollaps). 

 Om teamet har rätt kan detta leda till en bättre förståelse av olivinrik berggrund på andra platser på Mars och indikera att vulkanism var vanlig i Mars tidiga historia. Resultaten av deras studie har nyligen publicerats i Icarus.

"Det finns många idéer till ursprunget till den olivinrika berggrund som täcker stora delar av regionen Nili Fossae vilken inkluderar Jezero-kratern," säger Ruff. Idéer som har diskuterats i ca 20 år nu.

Exponeringar av berggrund rik på olivin och även karbonatämnen  i Gusev kratern utforskades redan för 16 år sedan av NASA: s Spirit rover och även  Nili Fossae-regionen av Mars 2020 Perseverance rover vilken för närvarande utforskar i Jezero kratern.

Platserna har det högsta överflödet av olivin som hittills upptäckts på Mars. Likheterna i sammansättning och uppbyggnad av de brett separerade olivinrika stenarna hade inte undersökts tidigare. Efter den nya analysen verkar det som om de bildats på  liknande sätt.

Olivin är ett vanligt silikatmineral med ursprung från magma som genererats i Mars mantel (samma process förekommer i jordens mantel). Så någon form av vulkanisk process är en rimlig förklaring till ursprunget till de olivinrika klipporna på Mars. Men scenarier från lavaflöden  genom uppstigning av olivin från manteln hade dock inte föreslagits tidigare.

" Den olivinrika kompositionen är ovanlig för de flesta Ignimbriter på jorden, men det finns bevis på denna komposition i de äldsta spåren av vulkanism även här. Nu, med de starka bevisen för forntida olivinrika skeenden på Mars kanske detta pekar på ett slag av , katastrofala explosiva utbrott av olivinrika magma som händer under den tidiga geologiska utvecklingen av en planet," sa Ruff. "Svaret i fallet med Mars kan komma från bergprover som samlats in av Perseverance och som fraktas till jorden i något framtida uppdrag."

Bild vikipedia på hur det ovan omtalade mineralet Olivin ser ut.

Meteoriter i Australien viktiga i sökandet efter tidigt liv på Mars

 

Undersökningen av meteoriter från Nullarbor Plain öknen i sydvästra Australien  har gjorts av ett team där Dr Andrew Langendam från australiensiska Synchrotron medverkade. Dessa meteoriter  innehöll organiska spår av mikrofossi bevarade i vener i stenen.

 

– Det här är en plats för att hitta meteoriter på sedan 1980-talet. De mörka järnrika meteoriterna sticker ut mot den vita kalkstenen och den röda jorden på slätten, säger Dr. Langendam. Analysen av sten visade en mängd av fossila mikroorganismer, kiselalger, bakterier och svampar i vener av kalcit och gips.

 

Röntgenfluorescensmikroskopi vid australiensiska Synchrotron under övervakning av instrumentforskare Dr. Jessica Hamilton (då doktorand vid Monash) och Dr. David Paterson båda medförfattare till studien, bekräftade att redox aktiva metaller, såsom mangan och järn fanns i venfyllda sprickor i meteoriten.

”Placeringen och mängden av kalcium, järn och mangan kunde avgränsas vid analysen av materialet genom den känsliga tekniken. Det visade sig att manganberikningen fanns i kanten av kalcit-gipsvener, säger Dr. Hamilton.

Forskargruppen noterade även att meteoriter kan bevara en svit av mikrofossiler, organiska biosignaturer och näringsämnen genom tiden under de torra förhållandena som existerar i Nullarboröknen.

Medförfattare till artikeln som är publicerad i Geochemica et Cosmochemica Acta and Frontiers in Microbiology, Dr. Alastair Tait från Monash University's School of Earth, Atmosphere and Environment, säger i en nyhetsrapport på Monash webbplats,

Detta är ett viktigt forskningsprojekt då det visar att mikroorganismer kan interagera med astromaterial på ett sätt som är avgörande för deras ämnesomsättning." Liknande sker och har skett med jordiskt material så det nya är egentligen att sammalunda kan ske i sten från rymden. Kanske inte helt överraskande (min anm.) men likväl viktigt att förstå.

 

Medförfattaren Prof Gordon Southam vid University of Queensland's School of Earth and Environmental Sciences sa i en nyhetsrapport på UQ:s webbplats: "Detta ger en ny dimension i sökandet efter liv på Mars med inriktning på jämförbara meteoriter på den röda planeten."

I huvudsak ger dessa meteoriter från Nullarbor-slätten  som nu undersökts en tidskapsel av tidigare biologisk aktivitet i dessa stenar säger, säger professor Southam.

 Mars har en extrem miljö jämfört med jorden. Temperaturen på den röda planetens ökenartade yta är ungefär -62 grader Celsius. Atmosfären är mycket tunn och består  av 96 procent koldioxid. Atmosfären på Mars är mycket tunnare än jordens atmosfär och har ett lågt atmosfärstryck (om atmosfären i det förflutna varit betydligt tätare diskuteras inom astrofysiken (min anm.)).

– Genom att studera hur meteoriter på jorden förändras av vittring och mikrobiell aktivitet kan det hjälpa oss att veta vilka kemiska signaturer man ska leta efter när vi studerar meteoritmaterial på Mars och som kan ha vittrats och potentiellt förändrats av eventuellt liv i dem historiskt. Att se meteoritkemi som ett potentiellt sätt att jämföra processer på jorden med material på andra planeter är ny och spännande, säger Dr. Hamilton.

Bild från Bild vikipedia på en regnbåge över Nullarbor-slätten öknen som omtalas i inlägget ovan.