Dénes Lajos: A kézzelfogható űr

Meteoritekről akarok írni, arról, hogy miért érdekesek számomra. Mindenki magából indul ki, így én is. Amikor megvettem az első példányaimat, mindent tudni akartam róluk. Hol, mikor hullott, mennyit találtak belőle, milyen a típusa, mennyit ér…

Később megnyugszik az ember és más is érdekelni kezdi. Hogyan jöttek létre? Milyen anyagokból, ásványokból állnak? Hogyan állapítják meg a származásukat, a korukat, az alkotórészeiket? Ezek az űrből jött kövek mennyire jellemzőek csak a Naprendszerünkre? Máshol is ilyen testek keletkeznek? Még hosszan tudnám folytatni a kérdéseket, amik felmerültek bennem.

További kérdések helyett viszont inkább azokat a válaszokat írom le, amiket tanulmányaim során találtam az adott téma kapcsán. A cikk olvasásakor úgy tűnhet, hogy felugrom a fa tetejére és lefelé mászok, hogy elérjem a fatörzsét, de én ezt úgy látom, hogy először kikészítem a szálakat, amikből később erős kötelet verek.

Manapság divat mindent az Ősrobbanástól vagy a régi görögöktől kezdeni, én mégis csak a második generációs csillagok, pontosabban ilyen típusú naprendszerek kialakulásától kezdem és a terjedelem miatt nagy lépéseket teszek majd.

Talán meglepő, de a Naprendszer kialakulásának helytálló leírása a 18. században született. Két úriember egymástól függetlenül (Immanuel Kant – Naturgeschichte und Theorie des Himmels (1755); Pierre-Simon Laplace Exposition du systeme du monde (1795)) dolgozta ki, de ugyanarra a megállapításra jutottak, az utókor pedig az elméletet Kant-Laplace nebula/ősköd elméletnek nevezte el.

Az elmélet szerint egy forró gázködből jött létre a Naprendszer, amely a gravitáció miatt zsugorodott és hűlt. Idővel egyre gyorsabban forgott és gömb alakúvá vált. A centrifugális erő miatt a gömbből korong lett, a korongról pedig övek váltak le és ezekből bolygók keletkeztek, a központi anyagból pedig a Nap lett.

A ma elfogadott elmélet szerint a második generációs naprendszerek olyan gázfelhőből alakulnak ki, amelyben a hidrogénen és héliumon kívül már szinte minden elem jelen van. Ennek oka az, hogy csillagászati léptékkel számítva egy közeli szupernóva-robbanás által létrejött nehezebb elemek keveredtek a gázfelhőbe. A Naprendszerünk kialakulásakor biztosan bekeveredtek a kezdeti nebulába még egy vörös óriáscsillag levetett planetáris ködében lévő nehezebb elemek is. Ezt arra alapozzák a kutatók, hogy például a Murchison vagy az Orgueil meteoritokban található óriás grafitszemcsék kialakulása a vörös óriásokra jellemzőek.

A fenti ábrán az látható, hogy a Naprendszerhez hasonló rendszer egy 100 csillagászati egység méretű korongból alakult ki. A felső, kék intervallumok mutatják a mérésekhez használt eszközöket, lent a korongot alkotó anyag állapotát illetve a sugárzási jellemzőit. [1]

Tudom, hogy a Naprendszerben élet és halál ura a Nap, de én most csak a szilárd anyagok kialakulásával szeretnék foglalkozni. Tehát adott pár tízezernyi atom/cm³ gáz- és poranyag, amiből kialakul egy fiatal csillag és bolygórendszer, valamint az aszteroidák, üstökösök és minden más.

A fentiekből már kiderült, hogy a hidrogén és hélium felhőbe belekeveredtek nehezebb elemek egy közeli szupernóva robbanása miatt. A szilárd elemek szemcsemérete mikronnál kisebb, nagyjából a cigarettafüst koromszemcséivel hasonlatos. [2]

Ezt a gáz- és porkeveréket a Naprendszer esetében 6 milliárd évesre becsülik, a mai elnevezése pedig „korong”.

Új szál:

Jó lenne tudni, hogy hogyan jöhetnek létre struktúrák! Elnézést kérek azoktól, akik számára ez evidens, de nem egy kémialaborban vagyunk, ahol egy kémcsőben kevergetünk mindenféle elemeket és majdcsak lesz valami belőle. Szerintem nem triviális az, hogy az űrben, gyakorlatilag vákuumban magától kialakuljon valamilyen ásványalkotó molekulalánc. Ebben talán nagy szerepet játszik a mindent átjáró kozmikus sugárzás, ami létrehozhat az atomokból ionokat és akkor szerencsés esetben molekulák, szilikátos alkotórészek, vegyületek is létrejöhetnek, bár ez inkább a gáz és porkorong sűrűsödésekor lesz inkább jellemző.

Csillagkeletkezési helyeken (NGC 2070 és M 42) sikerült spektroszkópiai méréssel kimutatni a H3+ (Ejtsd: H 3 plusz) , azaz háromcentrumú kötéssel kötött hidrogén magokat (protonokat) amelyeknek csupán két elektronja van. Ez a leggyakoribb ion az univerzumban és nagyon reagens. Rengeteg vegyület kialakulását vezették le a H3+ -ból.


Vegyületek keletkezése születő naprendszerekben [3]

A korongban lévő turbulenciák miatt, a statikus elektromos töltöttség vonzása okán, vagy a mágneses tér erővonalai mentén, a kialakulóban lévő csillag rendszertelen kitörései hatására kerülhetnek elemek egymás közelébe és az agresszív töltött részecskék kapcsolódhatnak velük.

A csillaggá összehúzódó kozmikus por- és gázköd fölmelegedett, központi forró tartományai létrehozták a Napot, a keringő ködből pedig anyagcsomók váltak ki, azok megformálták a Naprendszer ásványait, melyek aztán ütközésekkel fokozatosan nagyobb égitestekké halmozódtak. A Nap körüli por- és gázköd anyagát kétféle erő halmozta nagyobb testekké. Az egyik erő az elektromágneses és kvantumos hatások együttese, amely ásványszemcséket hozott létre. Apró szemcsékben kristályok váltak ki, melyek az ütközések során összetapadtak, és egyre nagyobb anyaghalmazokká álltak össze. A másik erő, a gravitáció, mely fokozatosan jutott szervező szerephez a bolygók kialakulása során. [4] [5]


Bolygócsírák kialakulása a szoláris ősködben (Bérczi és Lukács, 2001) [10] 

Az összehúzódást valószínűleg egy „közeli” csillag felrobbanása indította el, amely mint csillagszél elkezdte mozgatni a viszonylag homogén elrendezésű gáz és por elegyet. Az általa szállított nehezebb elemek bekeveredése kis csomókat hozhatott létre. Ez a folyamat kb. 4,7 milliárd évvel ezelőtt kezdődött. A felhőben lévő kis csomósodások növekedni kezdtek, összetapadtak, a gravitáció vagy statikus feltöltődés miatt is vonzhatták egymást. Majd hógolyószerűen növekedni kezdtek.  Ebben a forgó, korong alakú felhőben lezajló folyamatok határozták meg a Naprendszer égitesteinek tulajdonságait, így a mozgásukat, az anyagi összetételüket és az ettől függő felszíni alakzataikat is. Az ún. Lewis-Barshay-féle modell szerint a kondenzációs folyamatokat és az anyagi összetételt nagyban befolyásolta a Naptól való távolság.


A Lewis-Barshey-féle modell [6]

A Lewis-Barshay-féle modell szerint a fő kőzetalkotó szilikátok alkották a belső bolygók övében kiváló ásványok nagy részét. Ezek olvadékcseppeket alkottak egykor, mert a korai Nap kitörései egyes tartományokban úgy fölforrósították a por- és gázködöt, hogy az addig már kialakult és összetapadt kristályok megolvadtak, majd lehűltek. A 0,1-1 milliméteres nagyságú gömböcskékre (ezek a kondrumok), fokozatosan tapadt rá a körülöttük található por is. A kondrumok és a maradék poranyag összetapadással és ütközésekkel ez egyre nagyobb égitestekké halmozódott.

A Naphoz közel, forró tartományokban kiváló ásványok [6]

Az egykor megolvadt cseppek fokozatosan kihűltek, kikristályosodtak. Ezeket az ásványokat találhatjuk meg a bolygók, törpebolygók, kisbolygók, aszteroidák stb. anyagában. Az alkotórészek azonosak, de a történetük más és más, attól függően, hogy melyik égitest kialakulásában vettek részt.


Az EX Lupi rendszer kitörése [7][8]

Ma a kutatók nagyon sok születő vagy fiatal naprendszert figyelnek folyamatosan.

Ilyen megfigyelt naprendszer az EX Lupi rendszer amely 2008-ban egy kitörés alkalmával 5 magnitúdóval lett fényesebb, ez százszoros fényesedést jelent. Sikeresen pályáztak a Spitzer űrtávcső mérésre és azt sikerült 10 μm infra színképelemzéssel kimérni, és a pár évvel korábbi mérés összehasonlításával megállapítani, hogy az eddig amorf szilikátos anyag a kitörés hatására megolvadt és kikristályosodott. A spektrumot összehasonlítva a földi kalibrációs mérésekkel, olivin kristályok kialakulását figyelték meg. A megfigyelésben két magyar kutatócsapat is részt vett és közösen publikálták az eredményt. (Nature 2009) [7][8]

Még egy szál, hogy kötelünk erősebb legyen!

Az ős-Napban meginduló magfúziós folyamat jelentősen felfűtötte a felhő központi részét. A szoláris köd belső vidékeiről a gázok, illetve a porszemcsékből felszabaduló illékony anyagok a Napból áramló részecskesugárzás, a napszél segítségével a külső területekre kerültek. A belső bolygókezdemények, bolygócsírák összeállásában főleg szilárd szemcsék vettek részt. Távolabb, ahol elég hideg volt a víz kicsapódásához, a vízjég-szemcsék száma ugrásszerűen megnőtt. Az ennél távolabbi tartományban már a víz is részt vett a planetezimálok felépítésében.

Catherine Walsh (Leiden University) munkája, a rajzon egy, a szilikát-öv és a jég-öv határán lévő szemcsét láthatunk [2].

Számomra a legizgalmasabb terület! A szilikátos magnak, ami akár szenet is tartalmazhat, sőt akár szénszemcse is lehet, hasonló szerepe van, mint az esőcseppek kondenzációs magjának. A jég körbeöleli a magot, és itt már elindul a kémia! Bonyolult molekulák jöhetnek létre. Látható, hogy a szemcse mérete már ellenáll a kozmikus sugárzásnak, ezalatt azt értem, hogy az eltalált, átalakult vagy gerjesztett atom vagy molekula megmarad a szemcsében, további reakciókra alkalmas állapotban. Persze, lehet hogy pár molekula elszublimál, hiszen alig van gravitációs hatása egy ilyen szemcsének, de ez már akkor is egy struktúra, ami tovább fejlődhet…


A fősorozat előtti csillagok vázlatos szerkezete [9]

A szoláris ködből jelentős mennyiségű gázt csak az óriásbolygók tudtak magukhoz kötni, de azok is csak az összeállás későbbi fázisában, amikor már kellően nagyméretű és gravitációjú maggal rendelkeztek. A gázbolygók nagy kiterjedésű légköre azért tudott megmaradni, mert a Naptól távol alacsonyabb a hőmérséklet, emiatt kisebb a gázok hőmozgása, továbbá a napszél ereje is gyengébb.

Később a bolygócsírák további növekedésében már nem a por- és gázgyűjtés jelentette a fő szerepet, hanem az egymással való összeütközés és összeolvadás.

Sok szálunk van már, ideje pár olyan szálat is beszőni, amik gyengítik a kötelünket, nehogy elbízzuk magunkat.

Az első nagy probléma az, hogy hatalmas változásnak kell bekövetkeznie ahhoz, hogy a korongból csillag születhessen.


Fentről lefelé: a részecskék száma, hőmérséklet, kiterjedés, a mágneses tér változása, a forgás sebessége. [2]

Az akkréció problémája abból áll, hogy hogyan veszíti el a perdületét a korong anyaga, miért hullik a születő protocsillag felületére? Arról van szó, hogy kb. 5 AU kiterjedésű koronganyag bespirálozzon és létrehozza a Napot, ahhoz a perdületének az 50-ed részére kell csökkennie.

A perdület-megmaradás miatt valaminek el kell vinnie a többlet-perdületet, de mi? Súrlódás a korongon belül? Ne feledjük, a korong sűrűsége földi léptékben mérve nagyon jó vákuum. A korongban vannak turbulenciák? Lehet, és az a részecske, ami elviszi a másik perdületét az majd távolodni fog, az anyag „időt nyer”, hogy bolygó anyaga lehessen, és ne hulljon be a protocsillagba. Ma ez a legelfogadottabb elmélet.

A por lecsatolódása azt a problémát jelenti, hogy laboratóriumi kísérletek alapján, ha poranyag ütközik, akkor a legvalószínűbb az, hogy a szemcsék összetapadnak. Magam is láttam egy filmet, ami egy ISS kísérletet mutatott be. Az űrhajós kevés sót és cukrot szórt egy nylonzacskóba, kissé felfújta a zacskót, majd megrázta, hogy a por keveredjen és láss csodát a cukor és só szemcsék összetapadtak! Fontos információt adott, hogy az űrhajósok úgy kávéznak és teáznak, hogy egy erősebb zacskóban víz van, benne a kávé őrlemény vagy a teafű. Ezt megmikrózzák majd erősen összerázzák, ha kész, a kupakot lecsavarják és egy beépített szűrőn keresztül kiszívják. Nos, egy ilyen tasakot kicsit összeráztak, a teafű lassan, de határozottan csomósodott. De amikor a kísérletező az ujjával erősen megdörzsölte a zacskót a folyamat hirtelen felgyorsult, nyilván a statikus töltődés hatására.


Egy kép az ISS-en történt kísérletről [Youtube]

Viszont, ha a kis porgömböcskék elérik a kb. egy centiméteres határt, a modellek szerint, akkor már nem tapadnak össze, hanem elpattannak egymástól. Ez viszont baj! Talán a statikus töltődés segít összetartani a nagyobb cseppeket, vagy a nagyobbakhoz előbb kisebbek tapadnak? Esetleg, por vagy távolabb már a jég? Ki tudja? Az is igaz, hogy a centis gömböcskék már kezdenek a Kepler pályára állni, tehát az ütközési sebesség sok esetben nagyon alacsony, de rugalmas ütközés esetén az űrben el kellene pattanniuk. Szerencsére nem teszik mindig!

Messzire azonban nem jutunk, mert itt a következő akadály.

Az “egy méteres határ”-probléma abból áll, hogy amikor a test már ekkora, teljesen lecsatolódik a gáztól. Tehát, ha a gáz valamiért mozogni, örvényleni kezd, például egy korai napkitörés miatt, a test erre már nem reagál, hanem átcsörtet a gázon. Igen ám, de akkor súrlódik! Tehát a test, a Kepler törvények által meghatározott pályán kering, a gázrészecskék viszont a nyomásváltozásokra való tekintettel akár lassabban is keringhetnek, mint azt az adott pálya megkövetelné, vagy akár „keresztbe” mozdulhat pályáján a születő csillag körül. Így viszont egy kvázi közegellenállást jelent a már tömör testnek, aminek pár tízezer év alatt illene belehullania a fiatal csillagba.

Kibúvót két elmélet is adhat, persze lehet, hogy a kettő hatása együtt jelentkezik…

Az elsőt az támasztja alá, hogy fiatal, születő naprendszereknél láttak spirálkarokat a korongon belül. A por és gáz keverék, bár ritka, de mégis van nyomása, hőmérséklete, ezen nyomásgradiensek  eredője létrehozhat nyomás maximumokat, ami lassíthatja a sziklák bespirálozódását. Tehát, ha van belső szerkezete a korongnak, márpedig több (főleg ALMA mérés) szerint van ilyen, akkor ez kissé megtarthatja az anyagot.

A második esetében az a teória, hogy a test nagyon gyorsan „hízik”. Minél nagyobb a test, az apró ütközések hatása kiegyenlíti egymást, a test igyekszik tisztára söpörni a pályáját és így már megmarad.

A probléma feloldását próbálja megmutatni a következő két ábra [2]:

Még két információ. Minden elmélet szerint, a bolygóképződésnek nagyon gyorsan kell bekövetkeznie! Csillagászatban ez pár tízezer évet jelen csupán. A másik az, hogy nagyon nagy korongból keletkező csillagoknak, kevés bolygója lehet. Két Nap-tömegnyi anyag már olyan gyorsan húzódhat össze, hogy nem marad anyag a bolygók létrejöttéhez. De ez nagyon vékony jég, nem megállapítás, csak egy vélemény a sok közül.

A bolygócsírákból, planetezimálokból száz darab körüli becslések a legelfogadottabbak.

A nagyobb testek gravitációs hatása zavarja, perturbálja egymás pályáját, vagy ütköznek, vagy szerencsés esetben a megfelelő rezonancia pályákra kerülnek, így megmaradnak.


Korai Naprendszerünk egy fantáziarajzon [Forrás]

Ennyit szerettem volna, ha valaki azt hiszi, hogy nem is a meteoritekről írtam, akkor az téved! Minden test potenciális meteoroid, csak a méretétől függően másként nevezik, de ha egy darabkája eléri a Föld légkörét, akkor meteorrá válik, és ha eléri a Föld, vagy más égitest felszínét, és meg is találjuk, akkor már meteorit lesz a neve! Szerencsés ember az, aki kezében tarthat egy darabot a világűrből. Én szerencsés vagyok. Köszönöm!

 

Források:

[1] Kóspál Ágnes: ESA / MTA CSFK CSI – Csillagkörüli korongok dinamikája, Fiatal Csillagász és Asztrofizikus Kutatók Találkozója 2014

[2] Ábrahám Péter: MTA CsFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet – Miért olyanok a  bolygórendszerek? Atomcsill, 2016. (http://atomcsill.elte.hu/letoltes/foliak/12_evf/atomcsill_12_06_Abraham_Peter.pdf)

[3] Szidarovszky Tamás: ELTE TTK Kémiai Intézet -Analysis of the Rotational-Vibrational States   of the Molecular Ion H3+

[4] Lukács Béla: MTA – Lukács Béla

[5] Bérczi Szaniszló: ELTE TTK KAVŰCS – Bolygótestek Atlasza 2001

[6] Bérczi Szaniszló: ELTE TTK Fizikai Intézet, Anyagfizikai Tanszék – A Naprendszer égitestjeinek fejlődése – Fizikai Szemle 2007/3. 88.o.

[7] Kóspál Ágnes: ESA / MTA CSFK CSI – Cold CO gas in the disk of the young eruptive star EX Lup

[8] Ábrahám Péter: MTA CsFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet – Brightness variations of the FUor-type eruptive star V346 Nor ⋆

[9] Kun Mária: MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézete – FIATAL CSILLAGOK ÉS KÖRNYEZETÜK KÖLCSÖNHATÁSAI Fizikai Szemle 2005/9.

[10] Gyollai Ildikó: MTA CSFK – TERMIKUS ÉS SOKKMETAMORF JELENSÉGEK EGY KIS ÉGITEST FEJLŐDÉSÉBEN A MAGYARORSZÁGI ÉS ANTARKTISZI METEORITOK PETROGRÁFIAI , RAMAN – ÉS INFRAVÖRÖS SPEKTROSZKÓPIÁS VIZSGÁLATA ALAPJÁN

[11] Dénes Lajos: – No mi a ménkű ez?!  http://mek.oszk.hu/14900/14919/#

Sztrókay Kálmán: A naprendszer eredete

Sztrókay Kálmán: A naprendszer eredete

„A naprendszer keletkezésének problémája már attól az időtől kezdve foglalkoztatta az astronómusokat, a mikor Kepler lángelméje felismerte a bolygók valódi mozgásának törvényeit s ezzel világossá vált, hogy a Nap és a bolygók között kezdettől fogva szoros kapcsolatnak kellett lennie. A bolygók és a holdak mozgásánál a legfeltűnőbb az, hogy valamennyi csaknem köralakú pályákban mozog s ez a különös egyöntetűség – a melynek okán már Newton, Euler, Lagrange is sokat gondolkodtak – volt Laplace kiindulási pontja is, mikor ő a naprendszer keletkezéséről szóló hipotézisét megcsinálta, melyet most már mindenki ismer s a melyet az iskolákban is mint igazságot tanítanak. Laplace szerint a naprendszer valaha egy hatalmas kiterjedésű köd volt, a mely középpontja, a mai Nap körül forgott s forgása mindig nagyobb és nagyobb sebességgel történt, a minek következtében a ködgömb egyenlítője mentén előbb egy–egy gyűrű fejlődött le s a gyűrűk később összetömörültek: bolygókká váltak, a melyek most már ugyanazon a helyen keringtek tovább, a melyen mint gyűrűk leváltak. Ez a hipotézis megmagyarázza a bolygók közel köralakú pályáit, azok belsejének magas hőfokát s leginkább ez volt az oka annak, hogy ellentmondás nélkül terjedt el annyira. Az újabb időben azonban a tudós világ nehezen fogad el egy–egy hipotézist s alaposan megvizsgálja, hogy nem talál-e bennük ellentmondást. Szinte azt lehetne mondani, hogy a modern természettudományok nem annyira hipotézisek felállításával, mint inkább azok megdöntésével foglalkoznak, a mi alapjában véve sokkal több haszonnal is jár. A Laplaceelmélet is elérte sorsát s a legutóbbi időkben – habár egyelőre még kevesen tudnak róla végleg megdöntöttnek, helytelennek bizonyult s helyet adott egy újabbnak, a spirális- köd hipotézisének, a mely az eddigi tudásunk alapján még minden tekintetben megállja helyét.

Rezsabek Nándor: Tudomány, technika, irodalom – Sztrókay Kálmán emlékezete c. könyvének borítója. A borító az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium archívumából és ifj. Sztrókay Kálmán jóvoltából Sztrókay Kálmán hagyatékából származó illusztrációk, valamint Rezsabek Nándor felvételének felhasználásával készült.

A Laplace-féle hipotézisnek most adta meg See I. I. a kegyelemdöfést az Astronomische Nachrichten legutóbbi számában, a hol beszámol röviden a csillagrendszerek keletkezésének kérdése körül végzett vizsgálatairól, melyek a Researches on the Stellar Evolution czímű nagy munkájának második kötetét fogják betölteni. Az ő vizsgálatai elsősorban arra irányultak, hogy a bolygók és holdak különös körpályáinak okát találja meg s éppen eme körpályákból következteti, hogy a Laplace-féle hipotézis – a mely tulajdonképpen ugyanebből a tényből indul ki – ellentmondásban van a fizikai alaptörvényekkel. Abból ugyanis, hogy a naprendszer mozgási energiájának mindig ugyanakkorának kellett lennie, kiszámította, hogy mekkora volt a Nap forgási ideje akkor, mikor még az egyes bolygók mostani pályájáig ért, vagyis, mikor a bolygók leszakadtak róla. Világos, hogy ennek a forgási időnek akkorának kell lennie, mint a mekkora az illető bolygó mostani, ismert keringési ideje.

Ez azonban egyáltalán nem így van. A számítások olyan nagy forgási időt adnak, hogy azok egyáltalában nem hozhatók kapcsolatba a bolygók megfigyelt keringési idejével, így például, a mikor a Nap anyaga a föld pályájáig ért, akkor a Nap 3192 év alatt végzett egy körforgást, a Neptun esetében pedig 2.888.533 év alatt, holott a Neptunnak mostani keringési ideje csak 165 év. A Laplace-féle elmélet tehát ellentmondásban van a fizika alapelveivel és így a bolygók nem keletkezhettek úgy, a mint Laplace mondta, azaz nem szakadhattak le a folyton kihűlő, összehúzódó és gyorsuló mozgással forgó Nap testéből s így egy más hipotézishez kell fordulnunk, ha a naprendszer keletkezéséről akarunk magunknak képet alkotni. Ha a Laplace-féle felfogást elvetjük, akkor csak egy lehetőség van, a mely szerint a bolygók rendszere keletkezhetett. Azt biztosan állíthatjuk, hogy ködből keletkezett, sőt csaknem megfigyelési tény is ez, mert hiszen millió ködfoltot látunk a csillagos égboltozaton, a melynek csillag, vagy legalább is sűrűsödés van a közepében s a melyek mindnyájan egy–egy példái a születő csillagrendszereknek. A ködfoltok legelterjedtebb alakja a spirális köd, a mely úgy keletkezik, hogy két áramlat találkozik s a találkozás után a fizika törvényeivel megmagyarázható hatások alatt forogni kezd. A forgó ködtömeg természetesen lassanként hűlni és sűrűsödni kezd a középpontjában s így jön létre a czentrális test, mint a mi rendszerünkben a Nap. Ha pedig egy idegen, mondjuk szilárd test kerül a ködbe, akkor a gravitáczió törvénye szerint ellipszis alakú pályában fog mozogni benne s az ellipszis méreteit a test kezdő sebessége fogja meghatározni. A ködben való mozgás alatt a test folyton nagyobbodik, mivel annak anyaga köréje gyülemlik s így keletkezik idők folyamán a bolygó. Abban nincsen semmi valószínűtlenség, hogy idegen, a kezdetbeli köd anyagához hozzá nem tartozó testek közbeléptét tételezzük fel, mert a világegyetemben mindenesetre sok kozmikus anyag vándorol idestova, a miről – mivel nem világítanak – nem szerezhetünk tudomást. Ilyenek például az üstökösök, a melyek tulajdonképpen nem tartoznak a szorosan vett naprendszerhez, hanem a távol világűrből jönnek s mint tudjuk, apró testecskék conglomerátumai. A ködben keringő testek további mozgását vizsgálva, elsősorban a bolygók mostani köralakú pályáinak okát kell megtalálnunk, mert hiszen semmi okunk sincs azt feltételezni, hogy az összes pályák már kezdettől fogva ilyenek voltak. Ennek semmi valószínűsége nincs és kell lennie egy közös oknak, a mely a kezdetben többé-kevésbé elnyúlt ellipszis pályákat csaknem teljes körökké gömbölyítette be.

Könnyű megtalálni ezt az okot abban, hogy a bolygók kezdettől fogva a ködben, tehát egy ellentálló közegben mozogtak, mert, mint az elméleti vizsgálatok mutatják, ha egy test valamely ellentálló közegben a nehézkedési erő hatása alatt ellipszisben mozog, akkor a folytonos ellentállás következtében az ellipszis nagytengelye és excentrumossága folyton kisebbedik, azaz pályája mindinkább közeledik a köralak felé. Így érthető, hogy naprendszerünk minden egyes tagja olyan egyöntetűen közeledik a körpályában való mozgás felé s eme új hipotézisünk segítségével ellentmondások nélkül sikerül képet alkotnunk a mi kis világegyetemünk eredetéről. Ha pedig végigtekintünk a bolygók és azok holdjainak során, még sok olyan tüneményre is akadunk, a mely a fentebb elmondottakkal szép összhangzásban van, de a melyet a Laplace-féle hipotézis sehogysem tudna megmagyarázni. Ilyen például a Mars belső holdjának, a Phoebosnak mozgása, a mely égi test a Mars forgási idejének egyharmadrésze alatt végez egy keringést és így mindig nyugaton kel fel. Azután a Saturnus belső gyűrűjének szintén igen gyors mozgása, a melyek azt bizonyítják, hogy azok sohasem képezték a főbolygó egy részét, sohasem szakadtak le róla.

A Naprendszer létrejötte egy fantáziarajzon. Forrás: NASA/JPL

Végeredményben tehát teljesen napirendre térhetünk a Laplace-féle hipotézis felett s helyet engedünk a spirálisköd elméletének, a mely mint láttuk minden tekintetben megfelel mai természettudományi ismereteinknek. Sőt azt is reméljük, hogy némileg beigazolást is nyerhet és pedig az által, hogy segélyével előre megállapíthatunk egy olyan tényt, a melyet eddig nem ismertünk. A Neptunon túl levő bolygókra gondolunk. Bajos dolog ugyanis azt hinni, hogy a naprendszer a Neptunnal végződjék, mert hiszen e bolygó is még erősen köralakú pályában mozog, a mi arra vall, hogy valamikor nagyon sűrű közegben mozgott, tehát az eredeti spirális-köd az ő pályáján még messze túl terjedt. See azt állítja ezek alapján, hogy a Neptunnal távolabb is kell lennie biztosan egy s valószínűbben két, sőt esetleg három ismeretlen bolygónak. Számításokat is végezett, hogy az első bolygó pályaelemeit meghatározza s meg is jelöli az égboltozat ama helyét, ahol körülbelül jelenleg tartózkodik. E bolygónak a Naptól való távolsága, a földpálya sugarát véve egységnek, 43 lenne (a Neptuné 30), a következő két ismeretlené pedig 56 és 72. Hogy valóban sikerül-e majd csak az egyiket is felfedezni, az nagy kérdés, mert bizonyos, hogy ezek a bolygók láthatatlanok s csakis a fényképezés segélyével lesznek megtalálhatók.

Ha azonban sikerülni fog az idők folyamán a felfedezésük, akkor ez épp olyan fényesen fogja igazolni a spirális-köd hipotézisának helyességét, a mint annak idején a gravitáció igazságát mutatta meg Leverrier és Adams, a kik szintén számítás útján határozták meg az akkor még ismeretlen Neptunnak helyét és pályaelemeit.”

 

A Vasárnapi Ujság 1909/28. számában megjelent írás másodközlése. A Sztrókay család hozzájárulásával. A cikket eredeti helyesírással közöljük.

A lodranit meteoritok forráségitestje

Szerző: Kormos Balázs

A lodranitok egy családba tartoznak az akapulkoit primitív akondrit meteorittípussal. A gyűjtők nagy kedvencei. De most egyelőre térjünk ki kizárólag a lodranitokra. Ez a típusú meteorit ugyebár szintén egy primitív akondrit. Fe-NI és szilikátos ásványok alkotják, főleg olivin és piroxén. Nevét az első ilyen típusú meteorithullásról kapta mely 1868. október 1-jén fényes nappal délután 2 órakor történt tanúk szeme láttára a pakisztáni, Lodhranban. Rendkívüli módon hasonlított a földi olivin bronzitokra a vas-nikkel (Fe-Ni) zárványokat leszámítva, valamint, hogy ilyen szépséges példányt még soha nem találtak a Föld nevű planétán.

A lodranit olyasmi, mint egy durvább szemcséjű akapulkoit és innen is a következtetés, hogy a forrás égitestjük azonos lehet. A főbb ásványai az alacsony mennyiségű kalcium piroxén és olivin, valamint plagioklász és troilit. Mellékesen találhatunk még benne például szulfidokat, foszfidot és krómot. Ezek tudatában és színképük alapján nagy valószínűséggel a lodranit és akapulkoit akondritok forrás égitetjei az S típusú kisbolygók. S és a C típusú kisbolygók voltak az elsőként viszonylag pontosabban leírt kisbolygók. Az S típusú kisbolygók mérsékleten fényesek, hasonlóan az M típusú fémes aszteroidákhoz. Az S típus annyit tesz, hogy silicaceous kisbolygó, ami egy szilikátos kompozitra utal. Az aszteroida öv 17%-át teszi ki ez a típus.

 

Egy ritka és különleges primitív akondrit, a szerző gyűjteményéből.

Tehát kicsit vissza ugorva mérsékleten fényes, fémes és magnézium szilikátos égitestek. Az aszteroida öv belső részében keringenek központi csillagunk körül. Legnagyobb képviselőik: (3) Juno, (29) Amphitrite, (7) Iris, (8) Flora, (9) Metis, (433) Eros, (532) Herculina és a (951) Gaspra. Ezek közül máris kiragadnék egy elég alaposan vizsgált és igen kellemetlen veszélyes pályán mozgó kisbolygót, az Erost. A (433) Eros egy Apollo-típusú kisbolygó (Apollo-Amor pontosabb megnevezésben) is egyben vagyis földközeli. 34,4×11,2×11,2 km a mérete. Ez a második legnagyobb földközeli aszteroida. 1898-ban fedezték fel. Sajnos megvan az esély rá, hogy találkozzon a Földdel, de ebbe talán jobb bele se gondolni. Hasonló mérető krátert ütne, mint a Chicxulub kráter, melyet ugyebár a dínók kihalásával együtt emlegetnek.

A (433) Eros (NASA) (1)

De maradjunk az űrben, és inkább legyünk az Eros felszínén. A NEAR-Shoemaker szonda látogatta meg az Erost kétszer is. Elsőként 1998-ban majd 2001. február 12-én bravúros manőverezéssel leszállt a felszínére. Rögtön ki is derült, hogy az Eros sűrűsége megegyezik a Föld kérgének sűrűségével. A NEAR-Shoemaker széles körben fotózta és térképezte fel a kisbolygót, ami nem volt éppen egyszerű az erősen változó gravitációs tényezők miatt. A végeredmény, ami jelen estben a legfontosabb számunkra, az aszteroidáról kidobódott törmelék forráshelye, mely egyetlen hatalmas becsapódási kráter. Éppen ezen okok miatt feltételezik (összesítve a tényeket: S és egyben Apollo-típusú, vagyis földközeli kisbolygó valamint a színképe alapján), hogy a lodranit meteoritok a (433) Erosról származnak.

Randevú az ’Oumuamua-val

2017. október 19-e felvillanyozta a csillagászokat, egy olyan égitestet találtunk, melyet ez idáig még soha. A Hawaii-szigeteken lévő Haleakala Obszervatórium Pan-STARRS1 1,8 méter átmérőjű távcsövével fedezték fel az ideiglenesen C/2017 U1 (PANSTARRS) névre keresztelt égitestet, mely ekkor már túl volt perihéliumán és egyre távolodott a Földtől. Az igazán különös benne a pályája és a sebessége volt, melyek egyértelműen bizonyították, hogy az égitest a Naprendszerünkön kívülről, a csillagközi térből érkezett. Bár minden bizonnyal számtalan ilyen objektum „tör be” Naprendszerünkbe, még nem volt lehetőségünk arra, hogy megfigyelhessünk egy ilyen csillagközi vándort. Mostanáig.

Az ’Oumuamua pályája (NASA/JPL és iVirtualtelescope.net)

Az égitest pályája erősen elnyúlt (excentricitása egészen pontosan 1,1994), olyannyira hogy ellentétben a naprendszerbeli égitestekkel, ez az égitest hiperbolapályán mozog. Ez az egyik bizonyítéka annak, hogy az ’Oumuamua kívülről érkezett, a másik pedig a sebessége, mely a csillagközi térben, a Naphoz képest 26,4 km/s volt; a 2017. szeptember 9-ei perihéliumakor pedig egészen 87,3 km/s-ra gyorsult.

Az ’Oumuamua pályája összehasonlítva egy üstökös pályájával. (Brooks Bays / SOEST Publication Services / UH Institute for Astronomy)

Az égitestet nem sokkal felfedezése után, üstökös-aktivitás híján C/2017 U1-ről A/2017 U1-re nevezték át (C=comet, A=asteroid), majd később az A-ból I, mint „Interstellar” lett, valamint egy nevet is kapott, így lett a neve 1I/2017 U1 (’Oumuamua). A furcsa név a hawaii bennszülött nyelven „messziről elsőként érkezett hírnök”-öt jelent, ennél a névnél már csak a Ráma lett volna találóbb. Egyes, meg nem erősített “pletykák” szerint eredetileg Rama-nak akarták volna az égitestet elnevezni, a győztes azonban az ‘Oumuamua lett. Akik olvasták Arthur C. Clarke: Randevú a Rámával c. nagyszerű sci-fijét, azok tudják: a regény és a valóság között zavarba ejtő hasonlóságok vannak…

Apropó! Ez idáig egyetlen olyan formájú égitesttel sem találkoztunk, mint az ’Oumuamua. Meglehetősen fura objektumról van szó: kb. 400 méter hosszú és csak kb. 40 (!) méter széles. A tengelye körül (ami kb. félúton van a hossztengelyen, arra merőlegesen) kb. 7,3 óra alatt fordul meg. Emiatt, valamint hosszúkás, szivar-szerű alakja miatt fényessége rendkívül gyorsan változik, 7,3 óra alatt a tízszeresére nő, vagy épp a tizedrészére csökken. Színe, vélhetően a kozmikus sugárzás miatt mélyvörös, mások szerint ez szén jelenlétére utal. Emellett nagyon sötét anyagból áll, a látható fény 96%-át elnyeli, anyaga pedig vélhetően rendkívül sűrű, valószínűleg fémből és/vagy kőből áll.

Fantáziarajz az ’Oumuamua-ról (ESO / M. Kornmesser)

Természetesen ez a bizarr, szivar-szerű forma és a Naprendszeren kívüli eredet sokak fantáziáját megmozgatta. Voltak, akik azt gondolták, hogy az ’Oumuamua furcsa alakja nem természetes eredetű, hanem tudatosan az űrutazáshoz lett megtervezve: ha csillagközi utazásokra építenénk egy űrhajót, a formája valószínűleg pont ilyen lenne. Elnyúlt formája és a „menetirány” felé néző részének kis felülete minimalizálja az űrbéli por és gázok keltette súrlódást. Ezt gondolták a Breakthrough Listen (Áttörő Lehallgatás) kutatói is, akik a Green Bank-i rádióteleszkóppal „lehallgatták” az ’Oumuamua-t, azonban 10 órányi megfigyelés sem hozott eredményt. Ennek fényében (jó eséllyel, bár nem száz százalékosan) ki lehet jelenteni, hogy az ’Oumuamua „csak” egy csillagközi aszteroida.

De mégis, hogyan lehet ilyen bizarr alakja? Egy nemrég publikált tanulmány, melyet az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium és a MTA-BME Morfodinamikai Kutatócsoportja kutatói végeztek, arra jutott, hogy az égitest szokatlan alakját természetes kopás is képes lehet létrehozni. A kisbolygók alakját több minden befolyásolhatja, ilyenek az ütközés okozta darabolódás vagy a mikrometeoritok okozta kopás. Azonban az sem mindegy, hogy az adott kisbolygó egy darabból álló, ún. monolitikus égitest, vagy sok darabból álló „kőrakás”? Ha kőrakás-típusú az égitest, akkor kvázi gömb-alakot vesz fel az erodálódás során, ha azonban egyetlen tömbből álló monolit, akkor azon először nagy síklapok jönnek létre, majd az égitest fokozatosan elvékonyodik. Az ’Oumuamua, alakja miatt jó eséllyel egy monolitikus aszteroida, mely, mivel nagyon hosszú ideig bolyongott a csillagközi térben, távol a nagyobb égitestektől, eljuthatott a mikrometeoritok okozta kopás végállapotába.

Egy lehetséges magyarázat az ’Oumuamua alakjának létrejöttére (Domokos és mtsai, 2017)

Mi lesz a további sorsa ennek a furcsa jövevénynek? Miközben e sorokat olvassuk, az ’Oumuamua már kifelé halad a Naprendszerből, körülbelül 38 km/s-os sebességgel. Érdekesség, hogy az ’Oumuamua gyorsabb, mint bármelyik ember alkotta űrszonda, beleértve a Pioneer- és Voyager-űrszondákat vagy a New Horizons-t. Ilyen sebességgel a Jupiter pályáját idén májusban, a Szaturnuszét jövő év januárban, a Neptunuszét pedig 2022-ben fogja keresztezni. Ezt követően pedig örökre elhagyja Naprendszerünket.

Szerző: Kovács Gergő

Kapcsolódó cikkek:
‘Oumuamua: Megvan a forrás?
Könyvajánló: Arthur C. Clarke – Randevú a Rámával

 

Források:

https://solarsystem.nasa.gov/planets/oumuamua/indepth

https://www.sciencealert.com/interstellar-extrasolar-asteroid-weirder-than-we-knew-oumuamua

https://www.nasa.gov/planetarydefense/faq/interstellar

https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1737/eso1737a.pdf

https://www.nasa.gov/feature/solar-system-s-first-interstellar-visitor-dazzles-scientists

https://www.space.com/39100-interstellar-object-oumuamua-alien-life-search.html

https://www.csillagaszat.hu/hirek/gyorshir-felfedeztek-az-elso-csillagkozi-kisbolygot/

https://www.csillagaszat.hu/hirek/ilyet-meg-soha-nem-lattunk-ujabb-informaciok-az-elso-csillagkozi-kisbolygorol/

https://qubit.hu/2017/11/21/eloszor-jutott-a-fold-kozelebe-egy-masik-csillagrendszerbol-szarmazo-aszteroida

https://www.csillagaszat.hu/hirek/nr-egyeb-naprendszer/apro-objektumok/nr-apro-kisbolygok/magyar-kutatok-szerint-termeszetes-folyamatok-is-kialakithattak-a-csillagkozi-kisbolygo-alakjat/

http://www.letya.hu/2014/02/arthur-c-clarke-randevu-ramaval/

http://www.appy-geek.com/Web/ArticleWeb.aspx?regionid=3&articleid=123447159

https://breakthroughinitiatives.org/news/14

Naprendszerünk kezdeti planetológiája

Szerző: Balogh Gábor

A planetológia tulajdonképpen a földtudományok és a csillagászat – melyek maguk is több tudományágból állnak – közös területe. A földtan eszközeivel kutathatjuk a Naprendszer szilárd égitesteit, azoknak kőzeteit, az égitestek bolygóalakító folyamatait. A planetológia azonban már az első égitestek kialakulása előtt színre léphet, hiszen az első szilárd részecskék, a majdani bolygók építőkövei már a Naprendszer kialakulásának kezdeteinél létrejöttek. Sokat foglalkoztatta a kutatókat Naprendszerünk néhány érdekes tulajdonsága, melyekhez hasonlót nem látunk más naprendszereknél. Napunk egyedülálló csillag, mely aránylag ritka Galaxisunkban. A legtöbb csillag kettős, hármas, vagy még több napból álló rendszerben jön létre – a mi Napunk, ez a közepes méretű csillag, pedig egyedül van. Lehetséges lehetett vajon a Naprendszerünket kialakító kisméretű ősköd magától történő összeomlása, mely elvezetett Napunk és bolygórendszere létrejöttéhez?

Az ősi, kondritos meteoritokban található ősi részecskék adják meg a magyarázatot, hogy más folyamatoknak is be kellett következniük ahhoz, hogy ez az ősköd összeomolhasson. Ezek a részecskék a kondritos meteoritok anyagának csak 0,1%-át teszik ki, méretüket tekintve a mikrométer méretű szilícium-karbidtól a nanométer méretű gyémánt-szemcsékig terjednek. Ami érdekes bennük, az, hogy a Naprendszer létrejötte előtti időből származnak.

Naprendszer létrejötte előtti részecskék. (1)

A történet pedig, amire ezek a különleges részecskék tanítanak minket, az egyenesen lenyűgöző. Annak az inaktív, kisméretű csillagközi felhőnek, melyből később kialakult Naprendszerünk, közvetlen közelében két olyan esemény is lezajlott, mely nélkül nem alakult volna ki Napunk bolygórendszere. Az első eseményt egy úgynevezett AGB vörös óriás csillag közelsége tette lehetővé. Ezek a vörös óriások már oxigént és szenet is előállítanak, majd pulzálva kilövellik ezeket, és rengeteg olyan anyaggal gazdagítják környezetüket, mely anyagok fontos szerepet játszanak majd Naprendszerünkben.

Szupernóva születése egy csillagközi köd közelében (2)

A második esemény egy jóval drámaibb szupernóva volt. E hatalmas tömegű csillag robbanása során hatalmas anyagmennyiségeket lök ki, mely anyag nehéz elemekben, fémekben volt gazdag.  A kidobott anyag egyre távolodik, miközben egyre ritkább lesz. A robbanás lökéshulláma azonban közeli ködöket préselhet össze – és pontosan ez történt Naprendszerünket majdan alkotó csillagközi köddel is.

A csillagközi köd protoplanetáris koronggá omlik össze (3)

A szilárd anyag első részecskéi lassan egyre nagyobb és nagyobb részecskékké, porszerű anyaggá álltak össze. A fiatal, kialakuló Nap kitörései gyakran forró gázt lövelltek ki, melyek felolvasztották ezeket a részecskéket, melyek a súlytalanságban természetesen gömb alakúvá olvadtak, a kihűlés után is megtartva ezt az alakot. Ezekből a gömböcskékből, a kondrumokból alakultak ki később a bolygóalkotó planetezimálok, a „kisbolygók” és „üstökösök”.

Meteoritból kipreparált kondrumok (4)

A kondrumok később kövekké, sziklákká álltak össze. Egy meteorit szelete (5)

A jelenlevő gáz nagy részéből kialakult központi csillagunk, Nap, a korongban lévő gáz, fémek és jegek fennmaradó anyagából (naprendszerünk hozzávetőleges összetétele 98% gáz, 1,5% jegek, 0,5% fémek) pedig a bolygók. Természetesen, a különféle anyagok máshogy viselkednek. A Nap közelében a jegek (vízjég, ammónia és metánjég) természetesen nem stabilok, ezek csak a Naptól messze létezhettek, a kőbolygókat alkotó fémek és szilikátok viszont eltűrték a Nap közelségét.

Ezért is létezik Naprendszerünkben egy láthatatlan, mégis fontos határvonal, az úgynevezett jéghatár. E vonalon belül az űrben a jég elpárolog, nem stabil, tehát itt főleg fémek és szilikátok (valamint az ezekből létrejövő bolygók) léteznek, a határon kívül pedig a jég stabil lehet.

Jéghatár a Jupiter közelében húzódik (NASA felvételei alapján, a szerző által készített montázs)

A bolygóképződés során sok „nyersanyag” maradt, melyek különféle okok miatt nem álltak össze bolygókká. Ezek a planetezimálok – a jéghatár miatt – nagyjából két típusra oszthatók: „kisbolygókra”, melyek fémekből és szilikátokból állnak, és „üstökösökre”, melyek főleg jegekből és szénben gazdag porból állnak. A kisbolygók a Naphoz közelebb, az üstökösök a Naptól távolabb helyezkednek el. Természetesen, nincsen éles vonal a kétféle planetezimál között: vannak jeges kisbolygók és nagyon poros, köves üstökösök.

A fémekben és szilikátokban az impakt kinetikus energia, a szilikát-víz reakciók exoterm energiája, valamint a kisebb mértékben természetesen létező radioaktív bomlás hőt szabadít fel. A kisebb planetezimálokban kevesebbet, a nagyobb bolygókban többet. A kisbolygókban fejlődő hő nem tudja azokat felolvasztani, anyaguk a mélyben csak átforrósodik, de nem olvad meg. Az üstökösökben fejlődő hő még ennél is kisebb, hiszen anyaguk nagy része jég. Ez a hő csak arra elég, hogy a jeget felolvassza, bár ez is elég izgalmas gondolatokat szül: gondoljunk csak bele, hogy a szénben és szerves anyagokban gazdag langyos „sár” milyen izgalmas kémiai reakciókat szülhet.

Regionális metamorfózis a kisbolygókban, vizes átalakulás az üstökösökben (Ida aszteroida, NASA / JPL / USGS, 9P/Tempel üstökös, NASA képei alapján a szerző által készített montázs)

Nagyságrendileg, ha egy (kisbolygónál nagyobb) törpebolygó elég nagy (mintegy 500 km), akkor ez a belsejében fejlődő hő már megolvaszthatja annak anyagát, és a különféle anyagok már súly szerint el tudnak különülni.

A törpebolygók kialakulásuk után már átolvadtak (8)

A Föld (és más törpebolygók, bolygók) esetében felépítésük már szferikus lesz, tehát a nehezebb fémek (vas, nikkel) a magba süllyednek, a köpeny tartalmazza a peridotit-szerű nehezebb szilikátokat, és a kéreg pedig a legkönnyebb szilikátokat.

A Föld felépítése (9)

Naprendszerünk bolygóinak fejlődése természetesen kissé különbözött, de alapvetően mindegyik hasonló felépítéssel rendelkezik.

 

Források:

Presolar grains from meteorites: Remnants from the early times of the solar system
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009281905000115

Potassium heated Earth’s core
https://www.nature.com/news/2003/030508/full/news030505-5.html

Chondrules and the origin of meteorites
https://nau.edu/cefns/labs/meteorite/about/chondrules-and-the-origin-of-meteorites/

Chondrules – Annual Review of Earth and Planetary Sciences
https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.earth.25.1.61

The Supernova Triggered Formation and Enrichment of Our Solar System
https://arxiv.org/pdf/1111.0012.pdf

Evidence from stable isotopes and 10Be for solar system formation triggered by a low-mass supernova
https://www.nature.com/articles/ncomms13639

Planetesimal formation starts at the snow line
https://arxiv.org/abs/1710.00009