|
Global Lithuanian Net: san-taka station: |
|
Saga apie neutronus
Šiuolaikiniai kosminiai eksperimentai tiek pat patrauklūs, kiek sudėtingi. Tačiau jų rezultatai kartais viršija visus išankstinius lūkesčius. Neutroninė spektroskopija ne tik atverčia nežinomus planetų puslapius, tačiau nugrindžia ir kelius jų būsimam įsisavinimui.
Prietaisai kosmosui neprivalo būti principingai naujos koncepcijos – ten svarbiausia patikimumas, paremtas patirtimi ir pereinamumu. Laboratorijos dabartinė pagrindinė kryptis – eksperimentiniai planetų ir dangaus kūnų tyrinėjimai branduolinės fizikos metodais. Tų tikslų pasiekimo priemonės – kosminiai neutronų ir gama spektrometrai. Pagrindinis tyrinėjimų tikslas – dangaus kūnų grunto sudėties nustatymas siekiant nustatyti jų susidarymo ir evoliucijos sąlygas. Branduolinėje planetologijoje vienu svarbiausių informacijos šaltinių yra iš jų ateinantys gama spinduliai. Tuos spindulius skleidžia radioaktyvūs uolienų elementai, o taip pat gama fotonai gimsta kosminiams spinduliams sąveikaujant su cheminių elementų branduoliais viršutiniame grunto sluoksnyje. O kitas ir ne mažiau svarbus informacijos šaltinis – antriniai neutronai, irgi atsirandantys kosminiams spinduliams sąveikaujant su planetų paviršiumi. Ir tie, ir kiti gana gerai perteikia viršutinio metro grunto cheminę sudėtį. Be to, neutronų spektroskopija – efektyvus vandens paieškos būdas. Tiesa, kosminiai spinduliai užtikrina branduolinį spinduliavimą tik dangaus kūnuose be atmosferos (arba plonu jos sluoksniu). Šios galimybės panaudojamos jau senai. Pirmuosius prietaisus į Mėnulį 1966 m. nugabeno tarybinės stotys „Luna-10” ir “Luna-12”. Bandyta matuoti ir Marso neutroninį spinduliavimą. Pirmąkart tai daryti 1988 m. pabandė tarybinės stotys „Fobos-1” ir “Fobos-2”. Deja, “Fobos-1” buvo prarastas dar pakeliui į Marsą, o „Fobos-2” Marso orbitoje veikė vos 57 dienas. Tada 1992 m. amerikiečiai pasiuntė „Mars Observer“, tačiau prie pat Marso ryšis su zondu buvo prarastas. Sekė Rusijos „Mars-96“ projektas, tačiau 1996 m. kildamas aparatas dėl avarijos sudegė Žemės atmosferoje. Tai buvo paskutinis Rusijos planetologijos projektas – ir kartu krizės Rusijos kosmonautikoje pranašas. Pavyko 4-as bandymas. 2001 m. startavo „Mars Odyssey“ su Rusijoje sukurtu HEND prietaisu. Gama tyrimai turėjo dvi užduotis:
a) įvertinti Marso paviršiaus neutronų srautą; b) ieškoti vandens. Ir HEND pagalba 2002 m. pavyko po Marso paviršiumi rasti vandens ledo klodus ir
sudaryti jų pasiskirstymo žemėlapį. Taip atsakyta į seną mįslę – kur dingo Marso paviršiuje buvęs vanduo?
HEND Marso orbitoje veikia jau dešimtį metų – ir jo duomenis mokslininkai naudoja nustatant Marso sezoninius pokyčius. Raudonosios planetos „orų“ fizika pasirodė esą labai paprasta. Maždaug 30% atmosferos, sudarytos daugiausia iš anglies dioksido, žiemos laikotarpiu iškrenta krituliais pakaitomis šiaurės ir pietų pusrutuliuose, ką ir registruoja HEND. Tuo metu laboratorija kūrė naujus prietaisus, kurie nors ir panašūs į HEND, tačiau skyrėsi nuo jo tiek sandara, tiek sprendžiamais uždaviniais. Buvo sukurta teleskopo Marso kartografavimui su plačia geba koncepcija. Prietaisai buvo pasiūlyti prancūzų CNES ir NASA rengtiems konkursams, tačiau projektai nebuvo realizuoti (CNES pasirinko rusų prietaisą, tačiau nutraukė projektą, o NASA eksperimentą palaikė pernelyg rizikingu). Pirmu kosminiu neutronų teleskopu tapo LEND, kurį NASA su LRO 2009 m. birželį pasiuntė prie Mėnulio. Jei HEND registruoja neutronus praktiškai iš visų pusių, tai LEND turi siauresnį savo detektorių akiratį ir gali registruoti neutronus, kuriuos skleidžia tik 10 km skersmens Mėnulio paviršiaus sritys. Tai leidžia matuoti atskirų paviršiaus darinių spinduliavimą. LEND stebėjimo rezultatai buvo netikėti: nors pavyko aptikti sritis su silpnu neutronų spinduliavimu (kas nurodo į vandenilio buvimo galimybę), tačiau jos nesutapo su šešėliuose esančiomis poliarinių kraterių dugnais. LEND duomenys buvo naudingi artu išskraidintam LCROSS zondui, kurio tikslas buvo trenktis į Mėnulio paviršių. Pradžioje į Mėnulį rėžėsi blokas „Centaur“, o po 4 min. per susidūrimo apkeltą debesį praskriejo LCROSs IR Į Žemę perdavė jo sudėtį. Susidūrimą stebėjo observatorijos Žemėje ir orbitinio LRO modulio prietaisai. Susidūrimui buvo pasirinktas pietų ašigalyje esančio Cabeus‘o kraterio apylinkės – būtent ten, pagal LEND duomenis, buvo didžiausia vandenilio koncentracija. „Bombardavimas įvyko“ 2009 m. spalio 9 d. ir duomenys patvirtino, vandens Mėnulyje yra. O LRO toliau sukasi aplink Mėnulį ir jo prietaisų duomenys bus panaudoti pagrindžiant hipotezę, paaiškinančią vandenilio pasiskirstymą Mėnulyje. Į naujus Foboso tyrinėjimo (rusų Fobos-Grunt) ir Merkurijaus (europiečių „BepiColombo“, kurio startas buvo numatytas
2013 m., tačiau „Ariane 5“ raketa iškėlė zondą 2018 m. spalio 20 d. žr. plačiau >>>>>)
prietaisus; be neutronų detektoriaus yra ir gama spektrometras scinciliuojančio kristalo
pagrindu. Jų užduotys tokios pačios – Foboso ir Merkurijaus paviršiaus sudėties nustatymas (kaip ir
vandens paieška). Be to, „Fobos-Grunt“ projekte svarbu ir kelių tonų grunto po nusileidimo moduliu sudėties
nustatymas (planuojama ir 100 g jo gražinti į Žemę – jis turėjo būti paimtas tiesiai nuo paviršiaus, o
prietaisas leistų nustatyti, ar jame nėra „svetimų“ priemaišų – Marso dulkių, mikrometeoritų). Deja, starto iš Baikonūro metu 2011 m. lapkričio 9 d.
įvyko raketos antros pakopos avarija ir zondas nenuskrido į Marsą (skaitykite Kas gi nulėmė nesėkmę?). O NASA marsaeigio „Mars Science Laboratory“ projekte suplanuota pirmąkart aktyviai neutronais paveikti kito dangaus kūno paviršių. Tarp prietaisų numatytas impulsinis neutronų generatorius, kuris Marso paviršių švitins aukštų energijų neutronų trumpais pliūpsniais. O pasekmes matuos neutronų detektorius. Tai leis sudaryti trimatį vandenilio kiekio grunte žemėlapį marsaeigio trasoje. MSL startavo 2011 m. lapkričio 26 d. TKS sumontuotas HEND prietaisas, buvęs atsarginiu „Mars Odyssey“ projekte. Jis buvo įtrauktas į BTN-N1 sudėtį. Jo tikslas buvo TKS radiacinio fono neutronų dalies matavimas. Kita užduotis – neutronų srauto Saulės žybsnių metu matavimas. Tiesa, Saulė vis dar tebėra gana rami ir prietaisas nelabai turi darbo šioje srityje. 479 m. pr.m.e. Sun karalystėje pastebėjo,
kad Incho planeta užsilaikė Sin (Širdies) žvaigždyne. Sunų gunas nusiminė.
Po pokalbio su juo astrologas Czi-vėjus pastebėjo, kad tasai triskart
ištarė išmintingus žodžius ir planeta pasitraukė per tris padalas. Ko gero tai pirmasis keisto Marso judėjimo, kai tasai sustoja dangaus skliaute
ir net pradeda judėti atatupstas, paminėjimas. Astronomai dar ilgai laužė galvas bandydami įminti tą mįslę. Incho yra senovinis Marso pavadinimas Kinijoje. Tiksliai taip kiniškai skamba (nors rašosi skirtingai) „jonvabalis“. Gal todėl pirmasis Kinijos kosminis aparatas, išsiųstas į Marsą, ir vadinosi dviprasmiškai („Incho-1“). Jis iš tikro buvo mažutis ir buvo rusų „Fobos-Grunt“ zonde. Prie Marso jis turėjo atsiskirti ir likti jo orbitoje. Tačiau „Fobos-Grunt“ niekur nenuskrido ir kartu su „Incho-1” nukrito į gimtąją planetą.
Kas joms padeda įveikti radiaciją? Žmogui 5 Gy jonizuojančios radiacijos vos kelioms minutėms yra mirtinas lygis. Tačiau ne Deinococcus radiodurans bakterijai – ji gali išgyventi apšvitinta 25 tūkst. Gy, o esant ilgalaikei 60 Gy ne tik išgyvena, bet ir veši, augdama ir daugindamasi. Ir ji buvo atrasta ne kokioje nors branduolinių bandymų vietoje ar urano kasykloje, o žemės ūkio tyrimų stotyje Oregono valst., kur buvo eksperimentuojama su jonizuojančiosios spinduliuotės naudojimu konservuotam maistui sterilizuoti. Tačiau jų nusivylimui, kai kurioje smarkiai apšvitintoje sūdytoje jautienoje vis dar buvo gyvų mikrobų – ir taip jie atrado Deinococcus radiodurans. Per kitus dešimtmečius buvo bandoma kas lemia jos atsparumą. Kai 2000-ųjų pradžioje buvo sekvenuotas jo genomas, DNR taisymo fermentus koduojantys genai buvo stebėtinai panašūs į kitų bakterijų rūšių genus, - tad jie greičiausiai neatsakingi už nepaprastą mikroorganizmo atsparumą. Dėmesys atkreiptas į didelę jų priklausomybę nuo mangano, kuris gali veikti kaip galingas antioksidantas, padedantis apsaugoti tarpląstelines molekules nuo reaktyviųjų deguonies formų (ROS), susidarančių, kai jonizuojanti spinduliuotė, pvz., gama spinduliai, sąveikauja su vandens molekulėmis ląstelėje. Tačiau istorija buvo daugiau nei vien tik manganas. Paaiškėjo, kad mėgintuvėliuose sumaišius tris komponentus – manganą, ortofosfatą ir mažus, maždaug iš 10–20 aminorūgščių ilgio sudarytus peptidus – buvo išsaugota baltymų funkcija ir padidintas žmogaus ląstelių išgyvenamumas esant didelėms radiacijos dozėms. Nustatyta, kad tasai trejetas sudaro stabilų kompleksą, išsaugantį DNR atkūrimo fermento funkciją net esant 60 tūkst. Gy spinduliuotei. Matyt tai vyksta dėl to komplekso gebėjimo priimti arba atiduoti elektronus. Kompleksas katalizuoja labai žalingo, neigiamai įkrauto superoksido virsmą neutraliu vandenilio peroksidu, kuris gali prasiskverbti pro membraną ir palikti ląstelę. Taigi, tasai kompleksas neapsaugo nuo pačių pažeidimų, tačiau apsaugo pažeidimus taisančius fermentus. Tai kaip pradurti padangą – jei turite pleistrą (lopą), galite važiuoti toliau. Tikimasi, kad toks kompleksas su manganu ateityje gali padėti gydyti vėžį, apsaugant sveikus audinius nuo spindulinės terapijos. O gal net padės astronautams, skrendantiems į tolimąjį kosmosą. Papildomai skaitykite:
|
Kosminių tyrimų kosminio gama spinduliavimo laboratorijoje sukurti trys prietaisai veikia kosmose.
Vienas jų – garsusis neutronų detektorius HEND (High Energy Neutron Detector), aptikęs vandenį Marse
(
