Dénes Lajos: A nagy ordovician meteorzápor

2014-ben írtam egy öt részes bejegyzést a Csillagvárosba erről a témáról, azonban én a meteoritok szempontjából közelítettem meg ezt az eseményt. Most valahogy ismét előkerült a téma egy beszélgetés alkalmával…

“470 millió évvel ezelőtt volt egy hatalmas ütközés a Mars és a Jupiter között, két 100 km-es szikla ütközött össze, ez volt a legnagyobb karambol a Naprendszerben az elmúlt 1 milliárd évben.”

Ez elég erős állítás, és az erős állítások erős bizonyítást kívánnak. Engem a bizonyítás érdekelt. Nos, először tisztázzuk, hogy miről is van szó. Az ordovícium egy geológiai korszak ill. rendszer. Ez egy 485,4 ±1,9 és 443,4 ±1,5 millió évvel ezelőtti időszak. A korszakot Charles Lapwort határozta meg 1879-ben. Két geológus, Swdick és Murchison, vitatkozott azon, hogy az észak-walesi kőzetek a kambrium vagy a szilur korszakban keletkeztek-e. Lapworth megvizsgálta a két rétegben talált fosszíliákat és talált olyanokat is amelyek különböztek a kambriumi és sziluri leletektől. Javasolta, hogy külön kategóriát állítsanak fel emiatt és javasolta, hogy ordovíciumnak (Ordovician) nevezzék el egy Wales területén élt ordovik nevű kelta törzsről. Az 1906-os Nemzetközi Geológiai Kongresszus ezt hivatalosan el is fogadta.

Az ordovícium idején jellemzően magas volt a tengerek szintje. A tremadoc korszakból a valaha létezett legnagyobb transzgresszióra (relatív tengerszint-emelkedés) maradtak bizonyítékok. Az ordovíciumi kőzetek jórészt üledékesek és jelentős arányt képvisel köztük a mészkő. Az élet a tengerekben virágzott, a nemzetségek száma megnégyszereződött. Puhatestűek, kagylók, csigák, csigaházas polipok, állkapocs nélküli halak (ők az első igazi gerincesek), és a korszak végére megjelent az első állkapcsos hal is. Ezek annyiból érdekesek számunkra, hogy a korszak végére jellemző volt egy tömeges kihalás. 443 millió évvel ezelőtt, a tengeri nemzetségek 60%-a kihalt. Itt kezdődne a meteoritos történet…

Egy elmélet szerint 470 millió évvel ezelőtt a fő aszteroidaövben ütközött két kb. 100 km-es aszteroida. Ez az ütközés létrehozott egy hatalmas törmelékfelhőt. Ebből a törmelékfelhőből relatíve sok ütközött a Földel. Az ütközések gyakorisága legalább százszorosa annak, ami jelenleg tapasztalható. Ezek a törmelékek ettől az időponttól megtalálhatóak az üledékes kőzetekben. Az elmélet ehhez a meteorzáporhoz köt két drámai eseményt. Az egyik, egy sor hatalmas földcsuszamlás, a másik pedig egy tömeges kihalási esemény. Az elmélet abból indul ki, hogy a svéd mészkőbányák elértek egy olyan réteget ahol az addig szép fehér mészkőben „csúnya” zöld foltok jelentek meg. Ezek a furcsa foltok, csomók fosszilis meteoritok. Ez rendkívül ritka jelenség, ezelőtt a geológusok még nem láttak ilyet. Mario Tassinari nevű amatőr geológus azonosította 1980-ban, de a szakma nem fogadta el. Azóta a kutatók, főleg Birger Schmitz, (Svédországi Lund Egyetem), több mint 90 db meteoritot talált ebben a mészkőbányában. Azért ugye ez sem gyakori… Ezt felismerve, nekilátott egyéb bizonyítékok keresésének az azonos korú kőzetekben. Ez úgy történt, hogy a mészkövet savban oldotta, és apró krómszemcséket keresett benne. Króm van a Földön is, de a kémikusok valószínűsítették, hogy ezek a szemcsék az űrből érkeztek. Szorgos munkával talált ilyen szemcséket kínai, orosz, svéd, skót és argentin mintákban is. Azonban akkor talált egy részletes, írországi ásványi elemzést az ottani, hasonló korú kőzetekről és ezekben a kőzetekben is megtalálták a krómszemcséket. Az írek állítása szerint viszont a krómszemcsék erodált ofiolitból származnak. (Az ofiolit az óceáni kéreg kőzetegyüttese. Az óceánközépi hátság vidékén keletkezik, a Föld köpenyéből fölnyomuló magmából.) Kinek van igaza? A matematika kegyetlenül precíz, de sokszor segít a viták eldöntésében.

Ebben az esetben is így történt. A svéd minta azért tartalmazott annyi meteoritot, mert az ott talált kőzetminta rétegeinek minden centimétere közel 10 000 év alatt jött létre, ugyanis akkoriban tenger borította a felszínt. A fenéken iszapból, mészkősárból és szerves „hulladékból” keletkezett a kőzet, tehát egy nyugodt, stabil felszínre potyoghattak az égi vándorok. Ugyanakkor az ír kőzet ezerszer gyorsabban alakult ki, melynek során homok, kavics és a magas hegyekből lezúduló iszap alakult át kőzetté. Ha ezer kilogramm ír feldolgozott kőzetben található krómot célirányosan vizsgáltak, akkor minimális volt az a króm-mennyiség ami égi eredetű. Tehát matematikailag igen kevés a valószínűsége, hogy a két dolog összefüggjön egymással. Így megdőlni kezdett az az elmélet, miszerint a nagy fosszilis földcsuszamlást egy aszteroida-becsapódás okozta.

Schmitz nem adta könnyen magát, célirányos vizsgálatokba kezdett. Kezdetben volt két földtörténeti korszak, a kambrium és a szilur. Ezek közé beékelődött, Lapworthnak köszönhetően az ordovícium. (Ezen korszakok tovább vannak tagolva, korai, közép és késői korszakokra, mely korszakok tovább vannak finomítva…) Bár évmilliókról van szó, mégsem születik meg csak úgy egy új korszak, kell valamilyen különleges, jól mérhető, bizonyítható esemény ehhez. Az akkori tengeri élőlények 60%-a kipusztult. Ez nagyon jól mérhető.  Meteoritikában pl. a vékony csiszolatokat úgy is kell vizsgálni, hogy egy rácsot helyeznek a mintára és meg kell számolni, hány kerek, illetve hány szögletes, már sokkhatásnak kitett kondrum található az adott területen. Ezen arányok értéke befolyásolja, hogy milyen petrológiai osztályba sorolják a meteoritot. Mint azt tudjuk, egy mérés nem mérés, két mérés fél mérés, tehát nem mérés… Van tehát sok mérés, most már számíthatunk szórást… Volt, van egy másik anomália, miszerint az idősebb kőzetrétegek között fiatalabb réteget találtak. Erre a magyarázat lehet a földcsuszamlás, de mi okozta? A harmadik dolog amit észre vettek, hogy az ordovícium és szilur határán a kőzetréteg feltűnően sima felületű, erre a jég magyarázat. Persze ez nem egy hideg téli éjszaka, hanem egy jégkorszak jellemzője. Mivel a Föld stabil pályán kering a Nap körül, a lehűlés okát a Föld légkörének hirtelen megváltozása okozhatta. A fent leírt jelenségeket próbálják az elméletek megmagyarázni.

A lehetséges magyarázatok:
– meteoritzápor
– egy közeli szupernóva hatása
– felfokozott vulkáni és tektonikai tevékenység

Tehát Schmitz, aki egy hatalmas meteorit-záporral magyarázná a jelenséget, sokat kell kutatnia, mérnie és számításokat kell végeznie. Nem elég állítani, hogy egy hatalmas aszteroida vagy annak darabjai ütköztek a Földdel, tények kellenek. Meg kell határozni, hogy mekkora az a tömeg és energia, ami kiválthat egy ilyen mértékű változást az egész bolygó életében. A könnyű válasz: nagy! De ez az állítás ide kevés! Nagy meteoritban sok az irídium. Hol van az a kőzetréteg, ahol feltűnően sok az irídium (pl. olyasmi, mint a sokat emlegetett KT vonal vagy határ tartalmaz)? A kora megegyezik a vizsgált jelenség korával? Megváltoztathatta-e a légkört annyira, hogy kialakuljon egy jégkorszak? Ezekre és még rengeteg más kérdésre kell válaszolni Schmitznek.

Ezért különböző tudományágak szakértőitől kért segítséget. A több, mint 90 db meteorit és kőzetágy alapos vizsgálatába kezdtek. A meteoritekről megállapították, hogy L-kondritok, a mintákat porrá őrölve az elemzés szerint ugyanabból a szülőégitestből származnak. Izotópok segítségével Schmitz ki tudta mérni, hogy a fragmentekben lévő krómszemcsék mennyi ideig voltak kitéve a kozmikus sugárzásnak. Azt tapasztalta, hogy minél fiatalabb a vizsgált szikla, annál több ideig volt kitéve a sugárzásnak, ez is azt támasztotta alá, hogy egy hosszabb ideig tartó meteorit, ill. törmelékhullás nyomait találta meg. Egy 1964-es tanulmány amely először L-típusú kondritnak azonosította a mészkőben talált fosszilis meteoritot, az ún. sokk-életkorát 470 millió évesnek azonosította. Ez egy független mérés volt, az adatok összevágtak. Következett a spektrumanalízis. A vizsgálandó port elpárologtatják és a színképét összehasonlítják lehetséges kisbolygókéval. A mérés eredményeként azt állapították meg, hogy az „eredeti test” illetve, ami maradt belőle, stabil pályán kering. Pályája alapján a Gefion- aszteroidák családjába tartozik. A még napjainkban hulló L-típusú kondritok 20%-a származik a Gefion családból.

A Gefion vagy Gefionian család főleg „S-típusú” kisbolygóból, kb. 100 törzstagból áll. A természeti jelenségekre jellemző a hatványfüggvény-eloszlás. Ez azt jelenti, hogy a kis hatások gyakorisága nagy, a mérsékelt hatásoké kisebb, a nagyobbaké ritka és a nagyon nagy hatásoké igen ritka. Az elmélet arra apellál, hogy a megszámlálhatatlan apró krómszemcsék és a sok apró meteorit megléte miatt, teljesen ésszerű azt feltételezni, hogy nagyobb tömegű, krátert létrehozó becsapódás is érte a Földet az ordovícián korban. Megemlíti a Lockne-krátert Svédországban, vagy a Osmussaar-breccsát Észtországban. Persze ezt nehéz így igazolni, mert a kráterek gyorsan pusztulnak, tehát az üledékes kőzeteket kell vizsgálni a megfelelő földtörténeti korból. A vita tovább gyűrűzött. John Parnell az Aberdeen Egyetemből javasolta, hogy modellezzék, hogy a nagy becsapódások létrehozhattak-e hatalmas földcsuszamlásokat a kontinentális margók környékén. 13-14 hasonló, nagy csuszamlást feltételeznek az ordovíciumban világszerte. Ő külön kiemelte az Angliai Lake District 1500 méter vastag gyűrt, nyírt, hajtogatott üledékét. Persze ezzel nem mindenki értett egyet, mert a masszív földcsuszamlások nem ritkák. A tenger alatti kontinentális lejtők instabillá válhatnak, főleg a tektonikailag aktív területeken.

A Lake District egy vulkáni ív mellett fekszik. A földrengések megmagyarázzák a megcsúszást, nem kell feltételezni egy meteorit becsapódás hatását. 2008-at írunk és még nincs vége a történetnek. A kutatás tovább folyt. Újabb esetleges becsapódási pontokat feltételeznek, most Észak-Amerikában. Ilyen az Ames-kráter Oklahomában, vagy a Decorah kráter Iowaban, a Slate-szigetek krátertó és a Wisconsinban található Rock Elm-kráter. Az jól látszik az ábrán, hogy milyen egyezésekre alapoz Schmitz.

Az ábrát Schmitz és munkatársai készítették 2008-ban, nyolc részre osztva a korai és közép ordovícián korszakot, és az üledékes kőzetvizsgálati eredményeit ábrázolja. A fekete vonal mutatja a biológiai sokszínűséget, a fajok számát. A nagyobb kihalási eseményeket a kék vonal mutatja. A piros vonal mutatja azt, ahol megjelenik a földönkívüli króm és ahol az ozmium izotópok megváltozását mérték (az ozmium egyik vegyülete, az ozmium-tetroxid erősen mérgező, koncentrációja a levegőben nem haladhatja meg a 0,0016 mg/m^3 értéket. A fém már 107 g/m^3 koncentrációban a levegőben tüdő-, bőr- és szemkárosodást okoz. Hét izotópja ismert ezek arányából, a hozzáértők jól ellenőrizhető következtetéseket tudnak levonni). Látszik, hogy a fekete minimum és a piros maximum jól összevág. Schmitz elmélete, amit „Great Ordovician Biodiversification Event – GOBE” névvel illetett, arról szól, hogy egy környezeti katasztrófa miatt tömeges kipusztulás következett be, de fontos, hogy nem pusztult el minden élőlény. A hatalmas meteorzápor ill. nagyobb becsapódások miatt a Föld felszíne is változásokat szenvedett, tagoltabbá vált, növelve a lehetséges élőhelyek sokszínűségét. Lényeges változás történt a légkör összetételében. A légköri oxigén megnövekedett, és az abból képződő ózonréteg a felszínre érkező ibolyántúli sugárzást minimálisra csökkentette. Ezzel megnyílt a lehetőség a növények szárazföldi elterjedésére (az ózonréteg jelentősen a szilur végére vastagodott meg annyira, hogy a szárazföldi élet tömegesen megjelenhessen). Az elmélet pozitív szemléletére az utal, hogy a név nem a kihalási hullámot, hanem az azt követő, az élet burjánzására, a flóra és fauna hatalmas és gyors fejlődésére utal. Az elmélet még a mai napig sem bizonyított. A lényeg, hogy volt az adott időszakban kiemelkedő meteorithullási esemény, de azt nem állíthatjuk, hogy ez akkora volt, hogy módosítsa a 470 millió évvel ezelőtti Föld klímáját, biológiai arculatát. A legutolsó cikk a témáról, amit találtam, 2013-as.

Ez volt a 2014-es cikk vagy dolgozat.

Mit találtam róla most? Először is megosztom a Metageologist 2013 Szeptember 30-án megjelent cikkét, hogy az érdeklődő eredetiben is olvashassa, amit itt összefoglaltam [2]. Két dolog miatt is érdekes és megéri elolvasni: egyrészt itt láthat szép fotókat, másrészt legalul van egy komment. Ezt a Metageologist írta 2017. 02. 04-én. Egy link látható, ami a Sience Daily oldalára viszi az érdeklődőt. A cím nem körülményeskedik sokat…

A mítosz összeomlott: nincs kapcsolat a hatalmas aszteroida becsapódás, és a biológiai sokféleség növekedése között [3]. Pár mondatban összefoglalom, hogy miként omlott össze a mítosz. Állítás: az ordovicianban volt egy hatalmas meteorzápor, ez megváltoztatta a földi környezeti feltételeket, éghajlati változásokat okozott, a légkör összetétele is megváltozott. A domborzati viszonyok átalakultak, fokozódott a vulkanizmus. Az élőlények 60%-a kipusztult ugyan, de a megmaradt élet, amely túlélte ezt a kataklizmát, hihetetlen fejlődésen ment keresztül. Cáfolat: A technika fejlődésével sokkal pontosabban tudták megállapítani a fosszíliák korát. A régebbi mérés a fosszíliák korát pontatlanul határozta meg. Most a cirkonkristályok elemzésével nagyon pontosan megállapítható az az időpont, amikor a cirkonkristály a felszínre kerül. Ez megegyezik a megnövekedett vulkáni aktivitás korával. Az adódott, hogy a meteorzápor később történt, legalább 2 és fél millió évvel, mint a megnövekedett vulkáni aktivitás miatt a felszínre került láva, és az ebben található cirkonkristályok kora. Ebben a hamurétegben az „új élőlények” fosszíliái is megtalálhatók. Tehát a meteorzápor nem okozhatta a tömeges kihalást. A cirkonkristályos kormeghatározásról is csak pár mondatot írok, mert kiváló linkeket adok a cikk végén. A régi (>50000 év) vulkánkitörések legelterjedtebben használt geokronológiai módszere a cirkonkristályokon végzett kormeghatározás. A cirkónkristály egy cirkónium-szilikát (ZrSiO4) ásvány. Ezek az emberi hajszál vastagságával összemérhető, tehát 100-300 mikrométer nagyságú szemcsék. Ezen kristályok esetében a kristályszerkezetben lévő „hibák” segítenek a kormeghatározásban. Az ásványok kristályrácsába a fő alkotókon kívül, elemhelyettesítéssel beépülhetnek nyomnyi mennyiségben idegen elemek is, ha azok ionjainak mérete és töltése közel van a fő komponenséhez. A cirkon ásványban így a cirkóniumot helyettesíteni tudja a hafnium, továbbá az urán és a tórium is. Az uránnak két radioaktívan bomló, instabil izotópja van, a 238 és 235 tömegszámú izotópok, míg a tórium izotópjai közül a 232 tömegszámú atom stabilizálódik radioaktív bomlással, a végállapot valamilyen ólomizotóp (206, 207, 208 izotópok). A vulkáni képződményből kinyert cirkonkristályokon történik az izotópmérés. Két fontos dolgot kell figyelembe venni. Az első, hogy az izotópok mennyiségéből, az adott izotóprendszerre jellemző felezési idő figyelembe vételével meg tudjuk határozni a jó keletkezési időt, fontos feltétel, hogy a keletkezés után az izotópok a kristályban maradjanak, azaz zárt maradjon a rendszer (azaz csak annyi származék-izotóp legyen, ami a radioaktív bomlás során keletkezett és annyi instabil izotóp, ami a radioaktív bomlás után visszamaradt). Ez az állapot különböző izotópok, különböző ásványok esetében más és más hőmérséklet elérése után áll be. A cirkonkristály akkor válik ki, ha a kőzetolvadékban a cirkónium mennyisége már olyan értéket ér el, hogy az olvadék „túltelítetté” válik ebben az elemben. A cirkonkristályban kb. 900 Celsius fok alatt már nem távoznak el az urán és az ólom izotópok, azaz a kristályosodás a záródási hőmérséklet alatt történik. Viszont a héliumizotóp csak 180 Celsius fok alatt marad benn a kristályban. A mérés elve az, hogy a láva a felszínen percek – órák alatt lehűl 180 fok alá, tehát a héliumizotópok is a kristályba zárva maradnak. Tehát, amennyiben megmérjük a cirkonkristályban lévő héliumizotópot és az urán- és ólomizotópokat, akkor ki tudjuk számolni, hogy a vulkánkitörés óta mennyi idő telt el. A kormeghatározáshoz szükséges izotópok mennyiségét lézerablációs ICP-tömegspektrométerrel végzik. Ez persze nem ilyen egyszerű ahogy leírtam, ez nagyon bonyolult mérés [4]. Tehát szerintem szerencsés gyakran ellenőrizni néhány tudományos állítást, hiszen a tudomány nem az igazságot írja le, hanem a legvalószínűbbet.

Ez így van jól!

Dénes Lajos

Források:
[1] http://www.csillagvaros.hu/forum/viewtopic.php?f=24&t=2254&start=630#p46780
[2] http://all-geo.org/metageologist/2013/09/the-great-ordovician-meteor-shower/
[3] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170203110156.htm
[4] http://tuzhanyo.blogspot.hu/2018/03/piciny-cirkon-kristalyokbol-kinyert-ido.html

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/#