A naprendszerek keletkezéséről a Magyar Földrajzi Múzeumban

Augusztus 27-én 19:00 órai kezdettel “Kézzelfogható világűr – a naprendszerek keletkezése” címmel Dénes Lajos tart előadást Érden.

A Budai út 4. szám alatti Magyar Földrajzi Múzeumban a hazai meteoritikai közélet ismert szereplője az Érdi Csillagászati Klub összejövetelének vendége lesz.

A szervezők minden érdeklődőt szeretettel várnak! A belépés díjtalan! 

(A múzeum bejárati ajtaja (a Budai út 4. felől) csak a program előtt fél órával, 18:30 és 19:00 között lesz nyitva. A később érkezők a bejáratra kiírt ügyeletes mobilszámot felhívva tudnak majd bejutni.)

Szerző: Planetology.hu

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.

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