Naprendszerünk más léptékben

Szerző: Szklenár Tamás

Mindennapi életünkben könnyedén fel tudunk dolgozni olyan távolságokat, amelyek számunkra megszokott léptéket képviselnek, így nem esik nehezünkre tervezni olyan távolságokkal, amelyek lakóhelyünkön belül vagy hazai városok között jellemzőek. Külföldi utazások, hosszabb utak alkalmával tudatosul igazán bennünk bolygónk valós mérete. A Föld önmagában hatalmas és a modern közlekedési eszközök nélkül, gyalogosan bejárni élethosszig tartó küldetés lenne. Viszont amint kilépünk a bolygóközi, sőt csillagközi térbe, a mindennapi távolságok eltörpülnek a Világegyetem méretei mellett.

Ahhoz, hogy ezeket a léptékeket megfelelően ábrázolhassuk, arányosan átméretezett modellekre van szükségünk. Így nem csak az égitestek egymáshoz viszonyított méretét, hanem azok távolságát is érzékeltetni tudjuk. Ebben a cikkben olyan méretskálát alkalmazunk, amelyet könnyedén elkészíthet mindenki, felhasználható bárki számára, aki érdeklődik a téma iránt, de az oktatásban, szakkörök számára is hasznos lehet. Számításaink az égitestek jelenleg ismert átlagos sugarán és Naptól vett távolságán alapulnak.

Kezdjük egy egyszerűbb esettel és próbáljuk meg modellezni a Föld és Hold rendszerét. Földünk átlagsugara – kerekítve – 6373 km, így átmérője 12 746 km, a Hold esetében utóbbi 3475 km (3,7-szeres méretkülönbség). A két égitest átlagos távolsága 384 399 km. Ez még egy viszonylag könnyebben elképzelhető távolság annak, aki sokat vezet élete során. Olyan modellt kell készítenünk, amely befér egy nagyobb szobába, esetleg osztályterembe. Legyen a két égitestünk arányosan megváltoztatott távolsága 5 méter! Ebben az esetben Földünk modellje 16,6 cm átmérőjű, míg a Hold átmérője 4.5 cm. Előbbi számára használhatunk egy 2-es méretű futball- vagy kézilabdát, utóbbi részére egy pingponglabda is megfelelő.

Érdekességképpen vegyük hozzá Napunkat is ehhez a modellhez! Központi csillagunk átmérője ebben az esetben egy nagyobbacska busz hossza, kerekítve 18 m, amelyet a már elkészített Föld-Hold modelltől 2 km-re kellene elhelyeznünk.

Ebből rögtön látszik, hogy amint kilépünk a Föld-Hold rendszerből, a méretek modellezése igen problémássá válik. Kis számolással és egy nagyobb léptékű kicsinyítéssel azonban megoldható a dolog. A Nap átmérője kerekítve 110-szerese bolygónkénak. Ez lesz a kiindulópontunk. A modellünket pedig helyezzük el egy focipályán, amelyből bárki könnyűszerrel talál egyet az országban. A futballpályák hivatalos mérete igen tág skálán mozog, a csatolt képen látható pálya hossza 109 méter (a cikk írója szülővárosának, a szarvasi sportpályának méretét használta).

A Naprendszer „focipálya modell”

Új modellünkben a Nap átmérője 110 mm, míg Földünké 1 mm. A valóságban a két égitest távolsága 150 millió km, amelyet 1 Csillagászati Egységnek is nevezünk. Helyezzük napmodellünket, a 11 cm átmérőjű gömböt (labdát) a gólvonalra, ettől kezdve ő lesz a kapusunk! Ettől 11,86 m-re lesz Földünk, így szinte kijelöli a büntető pontját is. A további távolságokat és méreteket táblázatos formában láthatják olvasóink.

Naprendszerünk négy kőzetbolygója, a Merkúr, Vénusz, Föld és a Mars helyezkedik el legközelebb központi csillagunkhoz. Modellünkben a Mars már éppen nem fér a tizenhatoson belülre.

A Mars és a Jupiter között elhelyezkedő aszteroidaöv még bőven ebben a térfélben található.

A Jupiter, Naprendszerünk legnagyobb bolygója már a másik térfélre kerül, a Szaturnusz pedig már éppen lecsúszik a pályáról.

Amennyiben szeretnék az Uránuszt és a Neptunuszt is ábrázolni, úgy még több egymás mögé festett pályára van szükségünk. Az Uránusz 228 m-re lenne a kapustól (Nap), míg a Neptunusz távolsága ebben a méretskálában 357 m-nek adódna. A hányattatott sorsú Plútó közel fél km-re kerülne kapusunktól.

Nem teljesen tisztázott, hogy Naprendszerünk határa hol húzódik, nem tudjuk pontosan, hogy mikor lépünk át a csillagközi térbe. A Naprendszer jelenleg elfogadott sugara körülbelül 100 000 Csillagászati Egység, ez mintegy 1,5 fényév. Focipálya modellünkben ez a határ 1186 km-re lenne, egészen Amszterdam városáig kellene utaznunk.

Miután már képzeletben kiléptünk a csillagközi térbe, látogassuk meg legközelebbi csillagszomszédunkat! A Naphoz legközelebb elhelyezkedő csillag a Proxima Centauri, amelynek távolsága 4,2 fényév. Jelenlegi technológiai eszközeinkkel ez emberi időskálán elérhetetlen távolság, de kis modellünkben elég, ha Izlandig utazunk, Reykjavík városáig.

Égitest Modell mérete Modell távolsága
Nap 110 mm
Merkúr 0,4 mm 3,65 m
Vénusz 0,95 mm 8,6 m
Föld 1 mm 11,86 m
Mars 0,5 mm 18 m
Jupiter 11,2 mm 61,7 m
Szaturnusz 9,5 mm 113,6 m
Uránusz 4 mm 228 m
Neptunusz 3,9 mm 357 m
Plútó 0,19 mm 474 m
Naprendszer határa 1186 km
Proxima Centauri 17 mm 3183 km

Valószínűleg már kellőképpen zsong fejünk a sok-sok számadattól és Naprendszerünk, illetve az Univerzum méreteitől, azonban egy utolsó adattal még szolgálnunk kell. Naprendszerünk a Tejútrendszer nevű galaxis, egy hatalmas és lenyűgöző csillagváros részét képezi, amelyben jelenleg körülbelül 200-400 milliárd csillag található. Galaxisunk modellbeli átmérője éppen akkora lenne, mint Földünk és a Nap valós távolsága, 1 Csillagászati Egység, vagyis 150 millió kilométer. Ebben a hatalmas méretskálában pedig ott a mi focipálya modellünk, amely talán egy kicsit segíthet a körülöttünk lévő világ méreteinek megértésében.

Könyvajánló: Arthur C. Clarke – 2001 Űrodisszeia

Idén 50 éves a science fiction fekete monolitja, minden tudományos-fantasztikus mű ősatyja, Arthur C. Clarke és Stanley Kubrick közös műve, a kikezdhetetlen és örök életű klasszikus, a 2001: Űrodüsszeia.

Hogy tiszta legyen a kép, egy fontos dolgot már a legelején le kell szögezni: a 2001 valójában nem egy könyv, amit később, “lebutítva” filmvászonra vittek. A 2001 egy könyv és egy film egyszerre, egy időben (!) készült együttese. A két mű közt természetesen vannak apró különbségek, már a cím sem egyezik: míg a film címe Űrodüsszeia, addig a könyvé Űrodisszeia. Mivel azonban jelen esetben a könyv és a film különösen szorosan kapcsolódik egymáshoz, nem mehetünk el utóbbi mellett sem szó nélkül.

Arthur C. Clarke: 2001 – Űrodisszeia. Kiadó: Metropolis Media Group. Kiadás éve: 2015. ISBN: 9786155508073. Fordította: Göncz Árpád.

Az emberiség hajnalán találjuk magunkat. Majomember őseink a kihalás szélén küzdenek a túlélésért és sajnos rosszul áll a szénájuk. Egyik reggelre virradóra azonban egy különös “jövevényre” lesznek figyelmesek: egy hatalmas, fekete kőtömbre, a monolitra, mely hozzásegíti az ember ősét nemcsak a túléléshez, hanem a felemelkedéshez is…

Változik a kép, több millió évet ugrunk előre az időben.

Az ember már kijutott az űrbe és állandó bázist létesített a Holdon. Heywood Floyd, az Országos Űrhajózási Tanács elnöke épp a Clavius-kráterben lévő bázis felé tart. Mint kiderül, a Tycho kráterben egy rejtélyes mágneses anomáliát fedeztek fel, melyet TMA-1-nek neveztek el…

A könyv következő fejezetében a Discovery űrhajóban találjuk magunkat, úton a Szaturnusz felé, ahova a monolit a rejtélyes jelet küldte. Itt jelentős különbség a film és a könyv között, hogy Kubrick filmjében, financiális okokból a Jupiterre tart az űrhajó. A hosszú út alatt testközelből csodálhatjuk meg a Jupitert, megtudhatjuk, hogyan hoznak létre a Discovery űrhajósai mesterséges gravitációt, megismerkedhetünk magával a legénységgel, ugyanakkor szembesülnünk kell azzal is, hogy az út egy nem várt konfliktust is tartogat…

A könyv végéhez közeledve a Discovery úti céljához, a Szaturnuszhoz ér, a hajó parancsnoka, Dave Bowman pedig rátalál utazása következő mérföldkövéhez, mely a bolygó Iapetus nevű holdján várja. Az ezt követő jelenetek bemutatására pedig az emberi érzékszervek már nem elegendőek…

Arra a kérdésre pedig, hogy az egész végén hova jut Bowman és miért, már mindenkinek saját magának kell megtalálnia a választ.

Mind a könyv, mind a film kortalan, olyan alapmű, amit akárhányszor újra el lehet olvasni/meg lehet nézni, mindig találhatunk benne eddig megválaszolatlan kérdéseket. Elsőnek a könyv elolvasása ajánlott, majd ha ezen túl vagyunk, jöhet a neheze, a film. Előbbi lebilincselő és olvasmányos, ugyanakkor tudományosan is hiteles, mint Clarke művei általában; Kubrick filmje viszont már sokkal nehezebb falat, sokkal több kérdést hagy megválaszolatlanul. Elég csak Clarke-ot idézni:

Ha teljesen érted az Űrodüsszeiát, akkor hatalmas kudarcot vallottunk. Sokkal több kérdést szándékoztunk feltenni, mint megválaszolni.

A 2001 (többek között) azért is nagyszerű mű, mert rengeteg oldalról lehet vizsgálni és értelmezni: ahány ember, vallás és világnézet, annyiféle a mű értelmezése is. Hogy pedig mi miért történt a 2001-ben és mi köze mindennek a rejtélyes monolithoz, kimeríthetetlen beszédtéma.

Mint sci-fit, a 2001-et legtömörebben talán a Discovery űrhajó AE-35-ös egységével tudnám azonosítani:

Hibátlan.

Értékelés: 10/10

Szerző: Kovács Gergő

Tóth Imre: A Hubble Űrtávcső legújabb Szaturnusz és Mars-felvételei

A Hubble Űrteleszkóp (HST) kulcs projektjei, a megfigyelési kozmológia, extragalaktikus csillagászat, csillagok keletkezése és fejlődése témaköreinek vizsgálata mellett a Naprendszer égitesteinek tanulmányozása is hozzátartozik, hiszen például a HST Bolygókameráinak és nagy felbontású kameráinak több változata (WFPC, WFPC2, STIS, NICMOS, ACS, WFPC3)  is ezt utóbbi célt szolgálta a közeli ultraibolyától a közeli infravörösig terjedő tartományban történő képfelvételek készítésével. A HST különösen alkalmas a nagybolygók távolról történő tanulmányozására, mert a megfigyeléseket nem terhelik a földi légkör zavaró hatásai, a nagy objektívátmérő és nagy felbontású kamerái pedig részletes képek elkészítését teszik lehetővé.

A HST 2018. júniusában és júliusában látványos felvételeket készített az idei nyár két  jól megfigyelhető bolygójáról, a Szaturnuszról és a Marsról (a Jupiter is jól megfigyelhető volt a nyáron, de most a HST a gyűrűs-, illetve a vörös bolygóról közzétett színes felvételeit mutatjuk be). A színes felvételeket a HST WFC3 (Bolygókamera 3) színszűrőivel készített képekből állították össze.

A Szaturnusz (balra) és Mars (jobbra) egymás mellett a HST WFC3 (Bolygókamera 3) kamerája által készített képfelvételeken. A Szaturnusz felvétel 2018. június 6-án, a Mars kép 2018- július 18-án készült a bolygók oppozícióihoz közel (kép: STScI-2018-29, July 26, 2018).

A Szaturnusz 2018. június 27-én volt oppozícióban, mintegy 9,048 CsE távolságra a Földtől, a Naptól pedig 10,065 CsE és az égen a Nyilas (Sagittarius) csillagképben tartózkodott, látszó szögátmérője 18,3 ívmásodperc volt. A Szaturnuszról a HST 2018. június 6-án készített felvételeket, még a bolygó mostani oppozíciójához közeledve. Az űrteleszkóp OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) projektje a Naprendszer külső bolygóinak hosszú időtartamon keresztül történő megfigyelése keretében. Az OPAL projekt során ugyanis a Szaturnuszt is rendszeresen megfigyeli a HST a gyűrűs bolygó láthatósági időszakában, amikor az űrteleszkóp számára is lehetséges a gázóriás megfigyelése. Az óriásbolygók HST-vel történő folyamatos, hosszú időszakra kiterjedő megfigyelése segít ezen bolygók légköri dinamikájának, illetve fizikai-kémiai tulajdonságainak, azok időbeli változásainak nyomon követésében. Egyébként a Szaturnuszról most közzétett HST felvétel az OPAL program keretében készített első kép a gyűrűs bolygóról.

A Szaturnusz a HST WFC3 (Bolygókamera 3) által 2018. június 6-án készített felvételén (kép: STScI-2018-29, July 26, 2018 és NASA/GSFC, July 26, 2018).

A Szaturnusz 27 fokos tengelyferdesége következtében évszakos változások figyelhetők meg a légkörében, illetve a rálátási geometria változása a (földi és földkörüli pályán levő) megfigyelő számára változást mutat. A bolygó mostani oppozíciója idején a bolygó északi féltekéjén nyár van és ott az atmoszférája aktívabb: az északi sarkvidéke körül fényes felhők láncolata figyelhető meg, amelyek széteső viharok maradványai. Alacsonyabb szélességeken kisebb felhőcsomók is megfigyelhetők. A Hubble mostani felvételén is megfigyelhetők az északi pólust körülvevő hatszög-alakzatok (hexagonális alakzatok), amelyeket még 1981-ban a NASA Voyager-1 űrszondája felvételein fedeztek fel.

A Szaturnusz színei a felső felhőrétegek ammónia kristályai (ammónium-hidroszulfid vagy víz) felett lévő különböző szénhidrogén vegyületekből álló ködöktől származnak. A bolygó légkörének sávjait erős szelek és felhők alakítják ki, amelyek  különböző szélességeken fordulnak elő és sávokba rendeződnek.

A Szaturnusz gyűrűjét, mint a bolygót körülvevő folytonos korongot először Christiaan Huygens (1629-1695) holland csillagász azonosította 1655-ben, majd 325 évvel később a NASA Voyager-1 űrszondája a bolygó mellett elrepülve sok-sok vékony és finom gyűrűt, illetve gyűrű-ívet fedezett fel. A gyűrűk kialakulásának korára a NASA Cassini űrszondája adatai szerint mintegy 200 millió évvel ezelőtt, a földtörténeti jura időszakban egy kis Szaturnusz-hold szétaprózódása következtében szétszóródott jeges törmelék. A törmelék további szétaprózódása ma is folytatódik, például a szemcsék egymás közötti ütközése következtében. A HST-képen a Szaturnusz gyűrű részei az A gyűrű, Encke-rés, Cassini-osztás, B és C gyűrűk, valamint a Maxwell-rés is látszik.

A HST mostani, mintegy 20 órát átfogó felvételein a Szaturnusz ma ismert 62 holdja közül 6 holdja: Tethys, Janus, Epimetheus, Mimas, Enceladus és Dione is látszik. A holdak mozgása is megfigyelhető és e közben a bolygó forgása is megmutatkozik. Az erről készült animáció itt tekinthető meg.

A Szaturnusz és a ma ismert 62 holdja közül 6 holdja a HST 2018. június 6-án készült felvételén (több felvétel is készült mintegy 20 órán keresztül, amelyeken követhető a holdak mozgása). A képen a legnagyobb hold a Dione, ami egyébként a Szaturnusz negyedik legnagyobb holdja. A képen a legkisebb hold a szabálytalan alakú Epimetheus (kép: STScI-2018-29, July 26, 2018).

Most nézzük a HST-vel készült Mars-felvételt. Bár a Mars körül több űrszonda kering és figyeli a vörös bolygó felszínét, légkörét és a bolygó közvetlen közeli kozmikus környezetét, illetve a felszínén is marsjárók (roverek) tevékenykednek, de a földi és HST megfigyelések is alapvetően fontosak a vörös bolygó felszínének és légköri jelenségeinek globális monitorozásához. Ugyanis míg a roverek és a mars-orbiterek a légkör alacsonyabb rétegeit tanulmányozzák, addig a távoli csillagászati megfigyelések, mint a HST megfigyelései a Mars felső légköri állapotát tudják követni. A marsi évszakok, hasonlóan a földiekhez a bolygó tengelyferdesége (a Marsnál ez mintegy 25 fok) következtében jönnek létre. A bolygó erősebben elnyújtott ellipszis pályája, a ritkább légköre, valamint az északi és déli féltekéje közötti felszíni különbségek is befolyásolják az évszakok következményeit.

A Mars közepes porviharai kontinensnyi kiterjedésűek és hetekig is eltartanak, de a globális porviharok akár az egész bolygóra kiterjednek és hónapokig is eltarthatnak. A Mars déli féltekéjén tavasszal és nyáron, amikor a bolygó napközelben van és a besugárzás maximumában erős szeleket kelt.

A HST 2018. július 18-án  készített felvételeket a vörös bolygóról, szűk egy héttel annak mostani nagy földközelsége előtt. A mostani oppozíciója július 27-én következett be (a Bak [Capricornus] csillagképben) és ekkor a Mars 57,8 millió km távolságra volt tőlünk.  A Mars mostani oppozíció után négy nappal, július 31-én volt legközelebb a Földhöz 57,6 millió km távolságra. Azokban a napokban bolygó látszó átmérője a Földről nézve mintegy 24 ívmásodperc volt, ami a 2003-as hasonlóan nagy oppozíció korong méretének 97%-a. Most, 2018-ban a Mars déli féltekéjén volt tavasz és nagy globális, az egész bolygóra kiterjedő porvihar alakult ki, ami elfedte a bolygó felszíni alakzatait a távoli földi távcsövek, illetve HST kamerája elől, de néhány jelentősebb felszíni alakzat átsejlik a HST felvételeken.  A HST WFC3 (Bolygókamera 3) kamerája több színszűrőjén keresztül készült felvételeiből bolygó színes képét állították elő: UVIS csatorna F275W széles sávú ultraibolya, F410M közepes sávú kék, F502N keskeny sávú sárga és F675N keskeny sávú vörös szűrőivel. A HST Mars felvételén az Arabia Terra, Sinus Meridiani (ahol a NASA Opportunity marsjárója is van), Sinus Sabaeus és a Hellas-medence, valamint az északi és déli pólusvidék feletti felhők is kivehetőek. Mivel a mostani oppozíciókor a Mars északi féltekéjén ősz van, ezért az északi sarkvidék felett markánsabb felhőtakaró van. A Mars két holdja, a Phobos és Deimos is látszik halvány pontforrásként.

A HST különböző színszűrös felvételeiből összeállított színes képe a Marsról 2018. július 18-án 12:43 világidőkor (a felvételek közepe). A globális porvihar által a bolygó részben eltakart 6 felszíni alakzata is kivehető  (kép: STScI-2018-29, July 26, 2018).

Az alábbi képen a Mars felszíni alakzatai és felhőinek helye be van jelölve (l. az előző képet is).

A HST különböző színszűrös felvételeiből összeállított színes képe a Marsról 2018. július 18-án 12:43 világidőkor (a felvételek közepe). A globális porvihar által a bolygó részben eltakart 6 felszíni alakzata is kivehető: Sinus Meridiani, Arabia Terra, Sinus Sabaeus, Hellas-medence, északi és déli pólusok környéki felhők, valamint a Phobos és Demos holdak (körökkel jelölve)  (kép: STScI-2018-29, July 26, 2018).

Végül összehasonlításul a két évvel ezelőtti, 2016-os Mars-oppozícióhoz és a mostani oppozícióhoz közeli két felvételt érdemes összehasonlítani, amelyek a bolygó ugyanazon területeit mutatják a HST-ről nézve. A két évvel ezelőtti oppozíció idején az északi félteke „dőlt” a Föld felé, vagyis az északi féltekére jobban rá lehetett látni és egyben a Nap is ott magasabban járt (oppozíciókor a Mars a Nappal ellentett oldalon van a Földről nézve csaknem egy vonalban). Most, 2018-ban pedig a déli féltekét melegíti jobban a Nap, többek között a porviharok kiindulási helyének tartott Hellas-medencét is és így nem csoda, hogy most globális porvihar alakult ki a Marson.

A Mars 2016-os és 2018-as oppozícióinak összehasonlítása: a HST-vel 2016. május 12-én (bal oldali kép) és 2018. július 18-án készült kép (jobb oldali kép) a bolygó ugyanazon területeit mutatják. Szembetűnő az a különbség, hogy a 2016-os oppozíció idején a Mars felszíni alakzati jól megfigyelhetők, míg a globális porvihar miatt a 2018-as oppozícióhoz időben közeli felvételen a por elfedi azokat (kép: STScI-2018-29, July 26, 2018).

Tehát a Mars-oppozíciók nem egyformák és nem  csak a Földtől való távolság miatt, hanem a porviharok keletkezési körülményeit tekintve sem, így a 2018-as marsközelség nem kedvezett sem a csillagászati sem pedig a helyszíni űreszközök által a bolygó felszínének tanulmányozásához.

Ellenben a Szaturnuszt jól meg lehetett figyelni a Földről – bár alacsonyan látszott a horizont felett az északi féltekéről, illetve a HST az OPAL program keretében lekészített az első felvételét a gyűrűs gázóriásról.

A Hubble Űrteleszkóp egy a NASA és ESA közötti nemzetközi projekt együttműködés keretében működik. A NASA Goddard Űrközpontja a Maryland állambeli Greenbeltben működteti a teleszkópot. Az Űrteleszkóp Tudományos Intézete (STScI) a Maryland állambeli Baltimoreban koordinálja és vezeti a Hubble tudományos kutatási programját. Az STScI a NASA és a Csillagászati Kutatásra az amerikai Egyetemek Közötti Társulás keretében működik Washington D.C-ben.

 

Források:

STScI-2018-29 (hubblsite.org/news_release/news/2018.-29, July 26, 2018)

http://hubblesite.org/news_release/news/2018-29

STScI heic1814 – Photo Release (26 July 2018)

https://www.spacetelescope.org/news/heic1814/

Saturn and Mars team up to make their closest approaches to Earth in 2018 (NASA/GSFC, July 26, 2018)

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/saturn-and-mars-make-closest-approaches-in-2018/

New family photos of Mars and Saturn from Bubble (ESA/ST-ECF, HEIC1814, 26 July 2018)

http://sci.esa.int/hubble/60521-new-family-photos-of-mars-and-saturn-from-hubble-heic1814/

 

Kapcsolódó internetes oldalak:

Kovács Gergő: Marsközelben (planetologia.hu, 2018. augusztus 3.)

Kovács Gergő: Vizet találtak a Marson? (planetology.hu, 2018. július 29.)

Kovács Gergő: Holdfogyatkozás és Mars-közelség július 27-én (planetology.hu, 2018. július 18.)

Kovács Gergő: Szerves vegyületek és metán a Marson (planetology.hu, 2018. június 8.)

Horváth Miklós: A Mars bolygóról (planetology.hu, 2018. május 8.)

Kovács Gergő: Balogh Gábor – Félelem és rettegés. Phobosz és Deimosz, a különös Mars-holdak
/Félelem és Rettegés, Mars isten fiai/ (planetology.hu, 2018. május 16.)

Kovács Gergő: InSight: Irány a Mars! (planetology.hu, 2018. május 4.)

Kovács Gergő: Heller Ágost – A Mars bolygó physikai viszonyairól (planetology.hu, 2018. április 19.)