Szondák a Merkúr és Vénusz vonzásában – I. rész

Naprendszerünkben a bolygónk és csillagunk közti közel 150 000 000 km-es távolságot két bolygószomszédunk: a Merkúr és a Vénusz pályája is keresztezi. Mindketten a Naprendszerünk belső bolygói, bolygószomszédaink, tanulmányozásuk (leginkább a Merkúr esetében) mégis inkább nagyrészt csak távcsöveinken keresztül zajlik. Az okok, amelyek miatt e két bolygó kutatása háttérbe szorult a Mars, vagy még inkább a Hold kutatásával szemben: egyrészt a Nap körüli pályájuk elérésének technikai nehézségei (főként megint csak a Merkúr esetében), valamint a bolygón uralkodó szélsőséges körülmények (főként a Vénusz esetében). Mindkét ok eddig nehézséget állított a kutatók és mérnökök elé, ám remélhetőleg a technikai fejlődés, a 21. század új ötvözetei és technológiái, – valamint természetesen a szándék – megnyitják az utat a jobb megismerhetőségük felé. A múlt, a jelen és a jövő űreszközeit vesszük most sorra, melyek (egyik rész-) feladata e két bolygó kutatása.

A Merkúr és a Vénusz. (Wikipédia)

Az űrszondák

E téma taglalásánál nem mehetünk el a fogalom megtárgyalása mellett: az űrszondák olyan személyzet nélküli űreszközök, melyek célja hogy (eddig főleg Naprendszerünkben található) bolygók/holdak felszínét, összetételét, légkörét, jelenségeit, stb. valamilyen formában vizsgálják.

Típusaikat/funkciójukat tekintve lehetnek:

  • elrepülő egységek (flybyerek): elrepülő egységnek, elrepülés jellegű küldetésűnek azt az űrszondát nevezzük, mely lassítás és orbitális pályára állás nélkül halad el egy-egy égitest mellett, annak relatív közelségében, miközben műszereivel adatot gyűjt róla. Egy-egy csillag, bolygó vagy hold ilyen módon történő megfigyelése általában csak részfeladat a szonda útja során. Az elhaladás általában nem kizárólag tudományos célú: az irányítás azért tervezi a szonda pályáját közel egy-egy bolygóhoz, hogy annak tömegvonzását kihasználva ún. gravitációs hintamanővert hajtson végre, mely során az űreszköz sebességet nyer és irányt is változtat. Egy-egy ilyen művelet alkalmazásával kevésbé energiaigényes pályán juthatunk el távolabbi égitestekhez is, így az elrepülés célja elsődlegesen a hintamanőver, és másodlagosan a tudományos adatgyűjtés és megfigyelés. Erre példa az 1973-ban indított Pioneer-11 bolygóközi űrszonda, mely a Jupiter körüli hintamanőverrel jutott el a Szaturnusz közelébe. Végső célja, hogy a Sas csillagkép irányába haladva, 4 millió év múlva megközelítse a legközelebbi csillagokat.

A Pioneer-11. (NASA)
  • keringő egységek (orbiterek): a keringő egységek orbitális pályára állva térképezik fel a bolygót vagy épp kommunikációs átjátszóegységként funkcionálnak a földi irányítás, és a bolygón lévő landoló egységek között. Hordozhatnak kamerát, amely a látható és infravörös/röntgen/stb tartományban készít képeket; spektrométert, az atmoszféra jellemzőinek vizsgálatához; radiométert, a hőmérséklet vizsgálatához; magnetométert, a mágneses tér vizsgálatához; pordetektort, a mikrometeorokat és a bolygóközi térben lévő porrészecskéket vizsgálatához; radart, a domborzat vizsgálatához; sugárzásmérőt, a bolygó által kibocsátott sugárzás vizsgálatához; részecskecsapdát; neutrondetektort, stb. Erre példa a Hold körül keringő LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), mely 2009 óta gyűjti az adatokat elsősorban a későbbi holdexpedíciók számára (potenciális leszállóhelyek keresése és feltérképezése, a Holdon található, emberes holdexpedíciók esetén felhasználható erőforrások keresése és feltérképezése, a holdi sugárzási környezet vizsgálata)

A Lunar Reconnaisance Obriter. (NASA)
  • becsapódó egységek (impaktorok/penetrátorok) és légköri szondák: a becsapódó egységek az égitest felszínére irányítva, azt fékezés nélkül közelítik meg. Műszereik az utolsó másodpercig dolgoznak, és folyamatosan adatokat küldenek az irányítóközpont felé. A történelem első impaktora a 1959 szeptemberében felbocsátott szovjet Luna-2 volt. Tervezett feladata a Hold megközelítése/eltalálása, a kozmikus sugárzás, a napszél, a mikrometeoritok, az interplanetáris anyag és a Hold mágneses terének vizsgálata volt. Becsapódását akkoriban a MTA Csillagvizsgáló Intézetében, valamint a Bajai Obszervatóriumban is detektálták.
    A légköri szondák a becsapódó egységek azon fajtái, melyek légkörrel rendelkező bolygók, gázóriások atmoszférájába érve gyűjtenek adatot annak összetételéről, végül a felszínbe csapódva, vagy a elégve/nyomás által összeroppantva fejezik be pályafutásukat. Erre példa a Galileo légköri szonda (Galileo probe), mely az azonos nevű Galileo szondáról leválva lépett be a Jupiter légkörébe és a 150 km-es ereszkedése során 58 percnyi adatot gyűjtött a helyi időjárásról, majd túlhevült a légkörben és elégett.

A Galileo űrszonda. (NASA)
  • leszálló egységek (landerek): a leszálló egységek olyan űrszondák, melyek az égitest felszínén hajtóművük/hőpajzsuk/ejtőernyőik/légzsákjaik révén „puha” landolást valósítanak meg. Landolásuk után földtani, meteorológiai, szeizmológiai, fotometriai, stb méréseket tudnak végezni, valamint lehetőség szerint képesek talajminta Földre való visszajuttatására is. Remek példa erre az amerikai Viking-1 űrszonda, mely 1976-ban landolt a Mars felszínén.

Távolabbi desztinációk esetén a kutatást végző űrügynökség úgy tervezheti meg az űrszondát, hogy az tartalmaz egy keringő és egy leszálló egységet is, az égitest felszíni és orbitális pályán való egyidejű, költséghatékonyabb tanulmányozása érdekében.

A Viking-1. (NASA)
  • felszíni mozgó egységek (roverek): a roverek mozgásra képes leszálló egységek. Leszállásuk után a földi irányítóközpont vezérli őket, utasítások folyamatos küldésével, általában az égitest körül keringő szondák, műholdak adattovábbítási funkciói segítségével. Az eddigi legsikeresebb rover az Opportunity, mely 2012-ben landolt a Mars felszínén. Jelenleg már több mint 5200 marsi napja végez tudományos méréseket, eközben már megtette a 45. kilométerét.

Az Opportunity űrszonda a Marson. (NASA)

A Merkúr

A Merkúr a Messenger felvételén. (NASA/APOD)

Naprendszerünk legkisebb és legbelső bolygója a Merkúr. Saját holdja nincs. Mérete a Földnek 38%-a (egyenlítői átmérőiket összevetve), a Holdnak 140%-a. Tömege a Földének 5,5%-a, így a Naprendszer 2. legsűrűbb bolygója. Tengely körüli forgásideje 58,6 földi nap, Nap körüli forgásideje 87,9 földi nap. A Merkúr Föld típusú, vagyis kőzetbolygó, sok tekintetben hasonlít Holdunkhoz.

A bolygó vékony atmoszférával rendelkezik, mely főként hidrogénből, héliumból, oxigénből, nátriumból, káliumból és kalciumból áll. Keletkezésüket tekintve a származhatnak a Merkúr kérgében lévő anyagok radioaktív bomlásából, valamint napszélből.

Nap körüli orbitális pályája elliptikus, inkább egy tojásformához, mint körhöz hasonlatos (aphélium: 69 817 079 km, perihélium: 46 001 272 km), tengelyferdesége 2,11° Felszínét, a Holdhoz hasonlóan kráterek, medencék, síkságok tarkítják. A bolygó fémes magja a teljes térfogatának 42%-át teszi ki (szemben a Föld 17%-ával), amely miatt jelentős mágneses tere van.

A Merkúr kutatói

A Merkúrt már az i.e. 14. században is ismerték, első ismert feljegyzései asszír csillagászoktól maradtak ránk. A rómaiaktól maradt ránk a Merkúr elnevezés. Első távcsöves megfigyelése Galilei nevéhez fűződik.

A 20. században elindult „űrkorszak” új időszámítást jelentett a kutatásban is, mivel már nem csak távcsöveinken keresztül, hanem űrszondákkal is vizsgálhatjuk a Merkúrt. Ennek ellenére a bolygó eddig kevésbé került a kutatók célkeresztjébe, mivel szondás kutatása nehézség elé állítja a mérnök-szakembereket. A fő probléma, hogy minél közelebb keringünk a Nap körül, annál gyorsabb sebességre kell felgyorsulnunk. Míg a Föld másodpercenként max. 30,28 km-t tesz meg a Nap körül (365 nap alatt kerüli meg), ez az érték a Merkúr esetében majdnem a duplája, 58,98 km/s (88 nap alatt). A bolygót elérni kívánó szondának el kell érnie ugyanezt a sebességet, de egyúttal az orbitális pálya belépési pontjának közelében lassítania is kell annyira, hogy ténylegesen keringési pályára állhasson. Jelenleg több üzemanyag szükséges a Merkúr eléréséhez, mint a Naprendszer elhagyásához.

  • Mariner-10: Az 1973. november 3-án indított Mariner-10 űrszonda elsődleges feladata a Vénusz és a Merkúr atmoszférikus és felszíni vizsgálata volt. Műszerparkja magnetométerből, UV sugárzásmérőből, UV spektrométerből, kamerákból, töltött részecske teleszkópból, IR sugárzásmérőből és egy plazmadetektorból állt. Mivel a Merkúr megközelítése a fent tárgyalt problémába ütközik, a Mariner fejlesztőmérnökei úgy döntöttek, hogy egy, a Vénusz körül végrehajtott hintamanőverrel juttatják majd el a szondát a Merkúr közelébe, egy olyan Nap körüli pályára, mely során a szonda kis pályakorrekcióval minden egyes keringése során találkozik majd a bolygóval (a Merkúr épp két Nap körüli fordulatot tesz meg eközben). Az első elrepülésre 1974. március 29-én került sor, ez volt a történelemben az első alkalom a planéta ilyen közeli tanulmányozására. A Mariner-10 észlelte a Merkúr mágneses mezőit, valamint több mint 600 fotót készített. A következő két elrepülésre 1974. szeptember 21-én, és 1975. március 16-án került sor. Mivel mindhárom alkalommal a bolygó ugyanabban a Nap körüli helyzetben volt, a Mariner-10 csak a Merkúr 45%-át tudta feltérképezni. 8 nappal az utolsó elrepülés után a szonda manőverezésre használt nitrogén hajtóanyaga elfogyott, a mérnökök a rádióadójának lekapcsolása mellett döntöttek. A Mariner-10 valószínűleg jelenleg is Nap körüli pályán halad, bár berendezéseit a napsugárzás már jelentősen károsíthatta.

A Mariner-10. (NASA)
  • MESSENGER: A 2004. augusztus 3-án indított űrszonda neve (melynek jelentése: hírnök, futár – ahogy a Merkúr bolygó névadója is a római Mercurius, az istenek szárnyas csizmájú hírnöke) egy mozaikszó: MErcury: Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging – azaz Merkúr: Felszín, Űrbeli környezet, Geokémia és Felderítés. Ezen űreszköz lett a bolygó első állandó keringő kísérője, mikor 2011. március 18-án a Merkúr körül pályára állt. Előtte olyan Nap körüli pályán mozgott, mely során kétszer elrepült a Vénusz, és háromszor a Merkúr körül, majd a negyedik közelítés során állt végleg pályára a bolygó körül. Műszerparkja képalkotó berendezésekből, gamma sugárzás és neutron spektrométerből, magnetométerből, lézeres magasságmérőből, atmoszféra és felszínösszetétel vizsgáló spektrométerből, töltött részecske és plazma spektrométerből és röntgen spektrométerből áll. Az első három elrepülés során befejezte a Mariner-10 munkáját és lefotózta a bolygó 95%-át, mérte a mágneses mezőt, bizonyítékot talált korábbi vulkanikus tevékenységre, valamint – nem várt módon – víz jelenlétét mutatta ki a Merkúr exoszférájában. Végső pályára állása után az eredetileg 2012-ig tartó küldetését egy évvel meghosszabbították. 2013-ban két, a közelben elhaladó üstökös tanulmányozásában is részt vett. 2015-re az űrszonda hajtóanyaga elfogyott, a fedélzetén megmaradt hélium felhasználásával az irányítóközpont a Merkúr felszínébe vezette. A becsapódásra 2015. április 30-án került sor a bolygó Suisei Planitia nevű medencéjében.

A Messenger a Merkúrnál. (NASA)

 

  • BepiColombo: A BepiColombo űrszonda (mely nevét Giuseppe „Bepi” Colombo olasz asztrofizikus után kapta, aki nevéhez fűződik többek közt a hintamanőver kidolgozása) az Európai (ESA) és a Japán Űrügynökség (JAXA) közös projektje a Merkúr tanulmányozására. A küldetés tulajdonképpen egy műholdpár együttes indítását takarja: a Mercury Planetary Orbiter (MPO, gyártja az ESA), és a Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio/MMO, gyártja a JAXA), melyek együtt a Mercury Transfer Module egységen (MTM, gyártja az ESA) indultak el 2018. október 20-án (a hordozóeszköz egy Ariane-5 rakéta). Az ESA számára a részegységeket az Airbus gyártja.

A szondapár 7 évig fog utazni, meghajtásáról ionhajtóművek gondoskodnak. 2025 decemberében fognak a Merkúr körül orbitális pályára állni, majd szétválva kb. egy éven át tanulmányozzák a bolygót. Fő feladataik: egy csillagához közeli bolygó keletkezésének és fejlődésének tanulmányozása; a Merkúr, mint bolygó tanulmányozása (alak, belső szerkezet, összetétel, geográfia, kráterek); az exoszféra vizsgálata; a magnetoszféra és mágneses mező vizsgálata; valamint Einstein relativitáselméletének igazolásához is igyekeznek hozzájárulni (a „paraméterezett poszt-newtoni formalizmus” gamma és béta értékének nagy pontosságú megmérése).

Az MPO műszerparkja: lézeres távolságmérő; gyorsulásmérő; magnetométer; IR spektrométer; gamma és neutronspektrométer; röntgen spektrométer; UV spektrofotométer; semleges és töltött részecskeelemző; nagy felbontású és sztereokamerák; valamint napintenzitást vizsgáló röntgen és részecske spektrométer.

Az MMO műszerparkja: elektron analizátorok, ion analizátorok, tömegspektrométer, nagy energiájú részecskeelemzők elektronok és ionok részére, magnetométer, plazmahullám elemző, kén atmoszféra képalkotó; valamit kozmikus por elemző.

A BepiColombo. (ESA)

 

Szerző: Szekretár Zsolt

(folytatása következik)

BepiColombo: irány a Merkúr!

Ma, október 20-án, helyi idő szerint hajnali 3:45-kor indult el a Merkúr felé az európai (ESA) – japán (JAXA) koprodukcióban készült BepiColombo nevű űrszonda a dél-amerikai Kourou Űrközpontból, Francia Guyanából.

Az ESA és a JAXA közös küldetése, a BepiColombo. (Kép: Arianespace.com)

A BepiColombo célja Naprendszerünk legbelső bolygója, a Merkúr. Küldetésének célja egyrészt új technológiák, például a Nap hőjének ellenálló anyagok tesztelése; másrészt a Merkúr eddig feltáratlan rejtélyeinek kivizsgálása. Valójában nem is egy, hanem két űrszonda utazik a bolygó felé,  egy európai és egy japán szonda, összekapcsolódva. Feladataik közé tartozik többek között a Merkúr mágneses mezejének, belső szerkezetének, rejtélyes zsugorodásának vizsgálata épp úgy, mint annak a kiderítése, hogyan jöhetett létre egy bolygó ilyen közel a Napunkhoz.

A fellövés pillanatai. Képek: ESA/facebook.

Az űrszonda megérkezéséig azonban sokat kell várni: a különböző hintamanőverek miatt – melyeknek célja a szonda pályájának a Merkúr pályájával történő minél pontosabb szinkronizálása – a BepiColombo csak 2025. decemberében fog pályára állni a bolygó körül, melyet a tervek szerint két évig fog tanulmányozni.

Kép: Arianespace.com

Forrás: ESA, Arianespace, Facebook.

Szerző: Planetology.hu

Zerinváry Szilárd: Nem teljesen kötött a Merkur tengelyforgása

A Föld két legfontosabb mozgása a tengelyforgása és a Nap körüli keringése. A tengelyforgás ideje 23 óra 56 perc és 4 másodperc, a napkörüli keringés ideje pedig 365 nap 5 óra 48 perc és 46 másodperc. A két mozgás időtartama tehát különböző. Az ilyen bolygó tengelyforgását kötetlennek nevezzük.

Naprendszerünkben azonban több olyan égitestet ismerünk, amelyeknek a keringési és tengelyforgási ideje megegyezik egymással. Ezeknek az égitesteknek a tengelyforgását kötöttnek nevezzük. Jó példa erre a Hold, melynek tengelyforgási ideje megegyezik az egyszeri földkörüli keringési idejével. De nemcsak a mellékbolygók világában találunk példát a kötött tengelyforgásra. Hiszen a bolygók közül a Merkurt mind ez ideig úgy tartottuk számon, mint amelynek a tengelyforgása kötött. A szakkönyvekben úgy olvashatjuk, hogy a Merkur keringési, illetve tengelyforgási ideje 87 nap 23 óra 16 perc, vagyis 87 970 földi nap. (1. sz. ábra.)

1. ábra. Mi a különbség a Hold (I) és a Merkur (II) tengelyforgása közt?
I. Amíg a Hold egy keringést végez, azalatt egyszer megfordul a tengelye körül. Ezért a P-vel jelzett felszíni pontja mindig szembe kerül a Földdel.
II. A Merkur tengelyforgása valamivel gyorsabb, mint a keringése. Emiatt P felszíni pontnak a Földhöz viszonyított helyzete eltolódik. Az ábrán a P pont eltolódása a szemléletesség kedvéért erősen túlzott.

A Merkur kötött tengelyforgását a csillagászok azzal magyarázták, hogy ez a bolygó van a legközelebb a Naphoz és emiatt a Nap tömegvonzása fékezőleg hatott a Merkur tengelyforgására. Ezt a fékező erőt a szakirodalomban árapálykeltő erőnek nevezik. A csillagászok kimutatták, hogy az árapálykeltő erő fordítva arányos a két égitest tömegközéppontjait egymástól elválasztó távolság köbével. Ha például egy csillag körül két bolygó kering és az egyik bolygó háromszor közelebb van a csillaghoz, mint a másik, akkor a közelebbi bolygóval szemben 33-szor, vagyis 27-szer erősebben nyilvánul meg az árapálykeltő erő fékező hatása, mint a másik bolygóval szemben. Ha figyelembe vesszük, hogy a Merkur 57,8, a Föld pedig 149,5 millió km középtávolságban kering a Naptól, akkor megállapíthatjuk, hogy a Merkur kereken 2,6-szer közelebb van a Naphoz, mint a Föld. Ennek megfelelően a Merkurral szemben érvényesülő árapálykeltő erő 2,63-szor, vagyis 17,6-szor nagyobb, mint a Földdel szemben érvényesülő hasonló erő. Ezek alapján könnyen érthető volt, hogy a Merkur tengelyforgása az idők folyamán kötötté vált.

Mindez természetesen nem jelenti azt, hogy a Merkur egyenlítői pontjai nem végeznek rotációs mozgást a térben. Hiszem a Merkur is forog a tengelye körül, csak abban különbözik a Földtől, hogy a tengelyforgási ideje megegyezik a keringési idejével. A Föld egyenlítői pontjai 464 méter utat tesznek meg egy másodperc alatt a tengelyforgás következtében. Ekkora tehát az egyenlítői pontok úgynevezett lineáris sebessége. Ugyanezt a sebességet kiszámíthatjuk a Merkur egyenlítői pontjaira vonatkoztatva is. A Merkur egyenlítőjének kerülete 16 200 km. Másrészről figyelembe véve, hogy a bolygó egyenlítői pontjai kereken 88 nap alatt tesznek meg egy teljes körutat, a Merkur egyenlítői pontjainak a rotációból adódó lineáris sebességére 0,002 km/sec, vagyis 2 méter/sec érték adódik.

Ezzel nagy vonalaiban elmondtuk azt is, amit a bolygó tengelyforgásáról eddig tudtunk. Egy újabb megfigyelési eredmény alapján azonban bizonyos fokig revideálnunk kell a Merkur tengelyforgásával kapcsolatos álláspontunkat. A Pic du Midi obszervatórium kutatói ugyanis a közelmúltban megállapították, hogy a Merkur bolygó tengelyforgása sem teljesen kötött, mint ahogy azt régebben gondoltuk. Az érdekes felfedezés előzményei röviden a következők.

A Pic du Midi obszervatóriumban még 1942–1944 között nagyszámú fényképfelvételt készítettek a Merkurról az ottani 38, illetve 60 cm-es refraktorok segítségével. A felvételek alapján egy új, az eddigieknél (Schiaparelli, Lovell és Antoniadi térképeire gondolunk!) pontosabb térképet készítette a kutatók a bolygó látható félgömbjéről. Mi ugyanis csak a bolygó egyik félgömbjét ismerjük. Erről meggyőzhet bennünket a 2. sz. ábra. Ha meggondoljuk, hogy a bolygó mindig ugyanazon félgömbjét fordítja a Nap felé, akkor megállapíthatjuk, hogy alsó együttállás idejében nem az a félgömbje esik felénk, mint felső együttállása idejében. A mellékelt ábra azonban arról is meggyőz bennünket, hogy ezt a félgömbjét, illetve az azon levő felszíni képződményeket nem láthatjuk, tekintettel arra, hogy ezt a félgömböt nem világítják meg, vagyis nem teszik láthatóvá számunkra a napsugarak. Az éjszakai félgömb hőmérsékletét meg tudjuk mérni (a mérések -265 C°-ot adtak eredményül), de a felszíni képződményeit nem ismerhetjük meg. Közbevetőleg megjegyezzük, hogy a radar csillagászati alkalmazása a remélhetőleg nem is olyan távoli jövőben lehetővé fogja tenni, hogy ezt a félgömböt is „letapogassuk” és letérképezzük. Erre a kérdésre különben még visszatérünk.

2. ábra. Így látjuk a Merkur fázisait pályájának különböző pontjaiban.

A Pic du Midi obszervatóriumban készített új Merkur térképen 28 felszíni képződmény látható. De nem ez az érdekes, hanem az, hogy az elmúlt fél évszázad alatt a bolygó egyes felszíni részleteinek a merkurográfiai (a geográfiai szó analógiájára) helyzete észrevehetően megváltozott. A kutatók ugyanis összehasonlították egymással az 1942. évben készült, illetve a Schiaparelli által 1889-ben rajzolt térképeket. Munkájuk során megállapították, hogy a Merkuron látható és egymással azonosított képződmények merkurográfiai hosszúsága kereken 10°-kal változott meg időközben. Ez a megállapítás elég volt ahhoz, hogy a kutatók kiszámítsák az egyszeri keringés és tengelyforgás időtartamának a különbségét. Ezt a számítást könnyen követhető, egyszerűsített alakban bemutatjuk az olvasóknak.

Induljunk ki abból, hogy 1889–1942 között 53 év, vagyis kereken 19 360 nap telt el. Másrészről említettük azt is, hogy a Merkur keringési ideje 88 nap. Egyszerű osztással meggyőződhetünk arról, hogy az 1889–1942 között eltelt 53 év alatt 220 keringést végzett a bolygó a Nap körül. ezek szerint a 10°-os eltérés 220 keringés folyamán halmozódott fel. Ebből egy keringésre 2,7 szögperc esik. Ez a 2,7 szögperc a bolygó egyenlítőjének 1/8000-ed részével egyenlő.

Ezzel eljutottunk a számításunk utolsó üteméhez. Kérdés, hogy mennyivel egyenlő a 88 napos keringési idő 1/8000-ed része. A két számra vetett futólagos pillantás alapján is megállapíthatjuk, hogy a mi esetünkben szó sem lehet napokról, vagy órákról: legfeljebb percekről beszélhetünk.

A számítást elvégezve 15,8 percet kapunk eredményül. Láthatjuk tehát, hogy a keringés és a tengelyforgás időtartama közötti különbség 16 perc körül mozog.

Mindez azt jelenti, hogy a bolygó tengelyforgása – ha szigorúan kezeljük a dolgot – nem tekinthető mégsem teljesen kötöttnek. Viszont ebből következik az is, hogy a terminátor vonala (a nappali és az éjszakai félgömb határvonala) a bolygó felszínén nyugati irányban fokozatosan eltolódik. Ahhoz, hogy a Nap a jelenlegi éjszakai félgömböt világítsa meg, nyilván annyiszor 53 év szükséges, ahányszor nagyobb a 180° a 10°-nál, tekintettel arra, hogy ez az állapot 180°-os szögelfordulás esetében következik be. Ebből következik, hogy:

53,18= 954, vagyis kereken ezer év múlva válik nappali félgömbbé a jelenlegi éjszakai félgömb. Ezt a számot azonban mindenképpen csak nagyságrendi számnak tekinthetjük. Ennek két oka van. Először is további pontos megfigyelések szükségesek az eltolódás mértékének még pontosabb tisztázása céljából. Másodszor, azt is figyelembe kell vennünk, hogy az árapálykeltő erő fékező hatása az elkövetkező időben is tovább fogja csökkenteni a bolygó tengelyforgásának a szögsebességét. Hiszen ez az erő arra irányul, hogy a két mozgás időtartamát (vagyis a keringés és a tengelyforgás időtartamát) tökéletesen szinkronizálja. Minden valószínűséggel állíthatjuk tehát, hogy ez a 180°-os szögeltérés nem 1000 év, hanem hosszabb idő alatt fog végbemenni. Megjegyezzük egyébként, hogy minden idevonatkozó számítást megnehezít az, hogy a bolygónak nincs holdja és ezért még ma sem ismerjük egészen pontosan a tömegét.

Kérdés ezek után, hogy vajon előreláthatólag mikor fogjuk megismerni a bolygó éjszakai félgömbjét? Láttuk, hogy körülbelül ezer évig kellene erre várnunk, ha ki akarnánk „böjtölni” a bolygó 180°-os szögelfordulását. Utaltunk azonban már arra is, hogy a radar csillagászati alkalmazása révén ezt az időt valószínűleg le fogjuk tudni rövidíteni. Hiszen a radar fejlődése igen gyors. Előre megjósoljuk tehát, hogy ebben a versenyben az emberi technika fog győzni. Mire a bolygó „rászánja” magát, hogy 180°-kal elforduljon (a Naphoz viszonyítva), addig már régesrég le fogjuk térképezni radarral az éjszakai félgömbjét.

Az eddig mondottakból egy érdekes további következtetést vonhatunk le. Amennyiben ugyanis szigorúan kezeljük a kérdést, kiderül, hogy a bolygó nyugati és keleti terminátorának a vidéke nem azonos hőmérsékletű. Ezt a 3. sz. ábránk szemlélteti. Az ábrán P-vel a bolygó északi sarkát, AB-vel pedig a jelenlegi terminátor vonalát ábrázoltuk. Felvetődik tehát a kérdés, hogy melyik pontban magasabb a bolygó hőmérséklete: az A vagy a B pontban?

3. ábra. Melyik terminátor közelében magasabb a hőmérséklet a Merkuron? (L. a szöveget.)

Ha figyelembe vesszük, hogy a bolygó tengelyforgása direkt (vagyis nyugat–keleti) irányú, könnyen választ adhatunk erre a kérdésre. Haladjunk csak gondolatban visszafelé a bolygó múltjába és azonnal világossá válik előttünk, hogy az A és B pontok helyzete bizonyos idővel napjaink előtt nem egyezett meg a jelenlegivel. Eszerint az A pont az A1-gyel, a B pont mondjuk valahol B1-gyel jelölt helyzetben volt a Naphoz képest. Ilyen módon a B pontot a múltban nagyobb szög alatt érték a napsugarak, mint jelenleg. A B pont tehát még feltehetőleg bizonyos maradék hőmennyiséget őriz azokból az időkből. Ezzel szemben az A pont a múltban A1 helyzetben, vagyis a bolygó éjszakai félgömbjén volt. Ez a pont egyre nagyobb szög alatt részesül a Nap sugaraiban. Mindezt egybevetve a B pontban lehűlés, az A pontban pedig felmelegedés folyik, vagyis a B pont környéke valamivel magasabb hőmérsékletű, mint az A ponté.

A kérdéssel kapcsolatban még egy újabb felfedezésről is megemlékezünk. A Pic du Midi obszervatórium kutatói azt is megállapították, hogy 1889–1942 között az egyes felszíni képződmények merkurográfiai szélessége is észrevehetőleg megváltozott. A képződmények szélességváltozását figyelembe véve a csillagászok kiszámították, hogy a bolygó egyenlítőjének síkja 7°-os szöget zár be pályasíkjával. Ennek a hajlásszögnek az értéke napjainkig ismeretlen volt. Összehasonlítás céljából egyébként megemlíthetjük, hogy a Föld pályasíkja és egyenlítői síkja 23° 27’-es szöget zárnak be egymással.

Végül megemlíthetjük, hogy az ebben a rövid beszámolónkban közölt adatokat csak a közelmúltban publikálták a Pic du Midi obszervatórium kutatói. Az 1942–1944 között készített felvételek pontos kimérése, az 1889. évi térképpel való egybevetése és az új Merkur-térkép megrajzolása ugyanis huzamosabb időt vett igénybe. Ezt az időt meghosszabbította az is, hogy az obszervatórium sokoldalú munkaprogramja miatt a kutatók természetesen nemcsak ezzel az egyetlen kérdéssel foglalkoztak az elmúlt évek során.

A Csillagok Világa 1956/3-4. számában megjelent írás másodközlése. A Zerinváry család hozzájárulásával. A cikket eredeti helyesírással közöljük.

Szerző: Planetology.hu

Gesztesi Albert: Ahol egy nap hosszabb, mint egy év

Egy nap a Merkúron.

A dermesztően hideg, koromsötét éjszakában hirtelen vakító fény villan. A Nap hatalmas korongja felbukkan a keleti látóhatáron, és nagyon lassan egyre feljebb kúszik a csillagokkal teli, sötét égbolton. Egyszerre valami furcsa dolog történik! A Nap megáll az égen, majd elindul visszafelé, a látóhatárhoz közeledik. Aztán ott, ahol az imént felkelt, lenyugszik. Ismét a sötétség birodalma lesz a táj. De nem sokáig, mert a Nap újra felkel, s miközben korongja egyre kisebbedik, a zenit felé közeleg. Perzselő sugaraitól több száz fokra hevülnek a sziklák. Nem egy fantasztikus regényből idéztem, ez a valóság! A Merkúron.

A Merkúr [NASA]

A Merkúr az öt, szabad szemmel is látható bolygó egyike. Ősidők óta ismerik. A görögök Hermésznek, a rómaiak Mercuriusnak nevezték. Mercurius volt az istenek gyorslábú hírnöke. Ez az égitest valóban gyorsan mozog az égen. Csillagokhoz viszonyított helyzete egyik napról a másikra jelentősen megváltozhat. Eléggé fényes csillagnak látszik olykor a hajnali, máskor az alkonyi égen. Megfigyelése elég nehéz, mert soha nem távolodik el 27,8 ívpercnél jobban a Naptól.

Egészen 1962-ig az volt a csillagászok véleménye, hogy a Merkúr kötött tengelyforgású. Ekkor az arecibói 305 méteres rádióteleszkóppal vizsgálták a bolygó termikus rádiósugárzását és azt a meglepő eredményt kapták, hogy a megvilágított és az éjszakai oldala közel egyenlő hőmérsékletű. Ebből azt a következtetést vonták le, hogy vagy van a Merkúrnak valami csekély légköre, vagy valamivel gyorsabban forog a tengelye körül, mint ahogy azt eddig hitték. Végül 1965-ben radarmérésekkel megállapították, hogy tengelyforgási ideje 59 nap. Forgástengelye pedig merőleges a keringési síkjára. Azóta a bolygónál járt űrszondák – a Mariner-10 és a Messenger – megerősítették ezt az értéket.

Furcsa érték ez az 59 – egészen pontosan 58,6462 – nap. Ez a Merkúr keringési idejének (87,96934 földi nap) pontosan a 2/3-ad része! Tehát, amíg a Merkúr kétszer megkerüli a Napot, addig éppen háromszor fordul meg a tengelye körül. Ennek azután érdekes következményei vannak. A bolygó felszínén álló (képzeletbeli) megfigyelő számára egy merkúri nap hossza 176 földi napnak felel meg, azaz éppen kétszer hosszabb, mint egy merkúri év!

Ha egészen pontosak akarunk lenni, akkor be kell látnunk, hogy valamennyi direkt irányban forgó bolygó esetében hosszabb egy nap, mint amennyi idő alatt megfordul a tengelye körül. Földünk például 23 óra, 56 perc és 4 másodperc alatt végez egy 360 fokos fordulatot. Ám a Föld viszonylag gyorsan forog a keringési sebességéhez képest. Az olyan lassan forgó, de gyorsan keringő égitestnél, mint a Merkúr, egészen furcsa következményekkel jár. Végül is arról van szó, hogy a keringés és forgás szögsebessége nagyon közel van egymáshoz, sőt időről-időre az egyik meghaladhatja a másikat.

Az első ábra azt mutatja, hogy egy, a Merkúr felszínén egy bizonyos pontban álló megfigyelő (piros cövek) számára 88 napig a látóhatár fölött van a Nap. A második ábra pedig a 88 napos éjszakát mutatja.

A Merkúr pályája erősen excentrikus (e = 0,20563069). Napközeli (perihélium) és naptávoli (afélium) pontja között nagy a különbség. Perihéliumban 46 millió, aféliumban viszont 70 millió km-re jár a Naptól (kerekített értékek). Márpedig – Kepler második törvénye értelmében – a bolygók napközelben gyorsabban, naptávolban lassabban haladnak pályájukon. A Merkúr is így tesz, de eközben a tengelyforgási sebessége nem változik, egyenletes marad. Van úgy, hogy a pályájának bizonyos szakaszán a tengelyforgás szögsebessége meghaladja a pályamenti sebességet. Ennek eredmény pedig az lesz, hogy a Nap furcsa dolgokat művel az égen.

Igencsak meglepődne a Merkúron álló megfigyelő, aki a napkeltét figyeli. A Nap felbukkan ugyan a keleti horizonton, egy darabig emelkedik, majd megáll és lenyugszik. Kis idő múlva ismét felkelne, majd egyre kisebbedve emelkedne magasra az égbolton. Elérve delelési magasságát, a nyugati látóhatárhoz közeledve egyre nagyobbnak és nagyobbnak látszana, majd annak rendje szerint lenyugodna. De nem végleg! Mert kis idő múlva ott ahol lenyugodott, ismét felkelne. Rövid időre mutatná meg magát, ismét lenyugodna, most már véglegesen, hogy beállhasson a 88 napig tartó koromsötét és fagyos éjszaka.

Ha megfigyelőnk máshol, mondjuk az előbbi helyéhez viszonyítva 90 fokkal keletre állna a Merkúron, akkor egészen máképpen látná mozogni a Napot. Felkelésében és lenyugvásában nem volna semmi különös. Napkelte után azonban a Nap egyre növekedve közeledne égi útjának tetőpontjához, majd azon egy kicsit túlhaladva megállna és még mindig növekedve, lassan elindulna visszafelé. Ezután ismét irányt váltva, fokozatosan kisebbedve folytatná útját a nyugati látóhatár felé, ahol egyszerűen lenyugodna. Az égen ezt a hurkot, vagy „bukfencet” körülbelül 20 földi nap alatt csinálja meg. Ebben az időszakban van a Merkúr legközelebb a Naphoz. Megjegyzendő: a Merkúr egén átlagosan háromszor akkorának látszik a napkorong, mint a Földről nézve.

Napközelben a bolygó felszíne körülbelül kétszer annyi energiát kap a Naptól, mint naptávolban. Ráadásul, – mint láttuk – hurkot is csinál az égen, tehát hosszabb ideig tartózkodik a zenit tájékán. Nem csoda tehát, hogy a Merkúrnak ezek a területei, az úgynevezett „forró pontok” sokkal több besugárzást kapnak, mint más vidékei. Két ilyen található a Merkúron, egymástól 180 fok távolságban, a két átellenes oldalon. Viszont azok a helyek, ahonnan a kettős napfelkeltét és napnyugtát lehet látni, az úgynevezett „hideg pontok”.  No, azért a hideg pontok sem hidegek, hiszen ezeken a helyeken nappal 320-330 C fok a hőmérséklet, míg a forró pontokban ez az érték meghaladhatja a 430 C fokot is! Éjszakánként viszont mindenütt -170 C fokig hűl a felszín. A Naprendszerben ezen az égitesten tapasztalhatók a legnagyobb napi hőingások.

Az űrszondák által készített képeken a Merkúr nagyon hasonlít a Holdhoz. A laikus érdeklődő könnyen összetéveszti őket. Mindkét égitest felszínét kör alakú képződmények, becsapódásos eredetű meteorkráterek borítják. A Holdtól eltérően azonban a Merkúron nincsenek nagy lávasíkságok, úgynevezett tengerek. Viszont egyes részeken a kráterek között lágyan domborodó, sima terülteteket láthatunk. Úgy gondoljuk, hogy ezek a legősibb kéregdarabok maradványai, amelyek a bolygó kialakulását követő teljes megolvadás után először szilárdultak meg. A kráterek egy része – hasonlóan a Holdhoz – központi csúccsal rendelkezik, mások körül sugaras szerkezet látható. Ezek a sugarak a becsapódáskor kidobott anyag visszahullásánál keletkezett másodlagos kráterekből állnak. Más vidékeken kisebb lávafolyásokra utaló nyomok is felfedezhetők.

A Merkúr legnagyobb és jellegzetes felszíni formája a Caloris-medence. A bolygó átmérőjének csaknem egyharmadát kitevő, mintegy 1300 km átmérőjű körkörös alakzat. Nem sokkal a bolygó kialakulása után, egy hatalmas kozmikus testtel való ütközéskor keletkezett. A becsapódás keltette rengéshullámok alakították ki a többszörös gyűrűs szerkezetet, amelyen belül a kéreg részben meg is olvadt. A rengéshullámok minden irányban szétterjedve és a Merkúr belsején is áthatolva a becsapódással szemközti oldalon, a bolygó túlsó oldalán találkoztak, és ott egy rendkívül kusza, magas csúcsokkal tarkított, felszabdalt térszín jött létre.

A Caloris szó magyarul „forró”. Nem véletlenül nevezték el ezt a helyet Caloris-medencének. Ez ugyanis az egyenlítőtől kicsit északabbra, a Merkúr egyik forró pontján van. A másik forró pont az átellenes oldalon, az előbb említet összetöredezett vidék. E két terület között – keletre és nyugatra – félúton vannak a viszonylag hidegebb pontok.

A Merkúr térképezéséhez elengedhetetlen, hogy a Földünkéhez hasonló földrajzi fokhálózattal rendelkezzen. A Merkúr fokhálózatát a Nemzetközi Csillagászati Unió (IAU) 16. bizottsága a következőképpen határozta meg: legyen a bolygó 0 fokos kezdő délköre az 1950. évi első perihélium-átmenetkor (vagyis egy adott égitest pályájának a Naphoz legközelebbi pontján való áthaladásakor) az Egyenlítőn az a pont, amely éppen akkor pontosan a Nap alatt volt. Később ezt a délkört valamilyen, a Mariner-10 felvételein jól látható alakzathoz akarták kötni. Nos, az az érdekes, hogy a 0 délkörről a Mariner-10 sohasem készített felvételt, mert valahányszor fényképezett, ez éppen az árnyékos oldalon volt. Találtak viszont a felvételeken egy jól definiálható kicsi krátert, a Hun-Kal-t, amely pontosan 20 fok nyugati hosszúsági körön és a 0,23 fok déli szélességen fekszik. Nevét azért kapta, mert állítólag azték nyelven a hun kal „huszadik”-at jelent. Gyakorlatilag ez tekinthető a Merkúr Greenwichének. (5. ábra)


A Hun Kal kráter [NASA]

Gesztesi Albert