Üstökösök és felszínformáik

Szerző: Balogh Gábor

Az üstökösök megfigyelései több ezer évre nyúlnak vissza (1). A kínai üstökös-megfigyelések pontosságát csak a XV. században sikerült a nyugati világnak utolérnie. Több száz éves rajzok, leírások maradtak ránk, melyek üstökösöket ábrázolnak, a legkorábbi ie. 613-ból maradt ránk. Európában a legkorábbi ábrázolása 684-ből származik a Nürnbergi Krónikákból, valamint a híres Bayeux-i kárpiton is megjelenik, 1066-ban.

Üstökösök ábrázolása, ie. II. század, Hunan tartomány, Kína (2)

A pontos megfigyelések dacára, az üstökösök igazi természete rejtve maradt. Légköri jelenségeknek vélték őket, és – akárcsak Európában – rossz ómennek tekintették őket. Arisztotelész is úgy vélte, hogy nem csillagászati jelenségekről van szó, hanem az üstökösök az atmoszférában mozognak. Csak 1577-ben jött rá Tycho Brahe, hogy az üstökösök csillagászati jelenségek, hiszen a C/1577 V1 üstökös parallaxisát megmérve, egyértelművé vált, hogy az a bolygóközi térben mozog (3).

A csillagászok számára azonban még mindig távoli, ismeretlen „anyagcsomók” voltak, melyek közül sokak pályaelemeit jól ismertük, de összetételükre csak 1950-ben érkezett Fred Lawrence Whipple-től megfelelő modell, miszerint ezek az objektumok egyfajta „piszkos hógolyók” (4). Későbbi, űrszondákkal való megfigyelések igazolták azt a modellt (5).

De honnan is származnak az üstökösök? A Jupiter távolságánál található az úgynevezett jéghatár – ettől távolabb a jég megmarad, ettől közelebb a Nap felé, a jég szublimál. A Naprendszer kisbolygói és üstökösei, melyek nagy része a Naprendszer legősibb, eredeti anyagát képviselik, olyan „nyersanyag”, melyből a bolygók jöttek létre, kutatásuk ezért is nagy fontosságú. A Naphoz közelebbi régióban, a Jupiteren innen, a kisbolygóövben található a kisbolygók nagy része, az üstökösök viszont főleg a Kuiper-övből (rövid periódusú üstökösök) és az Oort-felhőből (hosszú periódusú üstökösök) származnak. Ezek a kis égitestek viszont migrálnak, geológiailag nincs éles különbség a kisbolygó és az üstökös között. Elméletileg tehát, az üstökösök nagyon porózus, jégből és porból álló égitestek, „piszkos hógolyók” – a kisbolygók pedig főként szilikátokból és fémből álló égitestek. A valóság azonban ennél bonyolultabb, hiszen e két „ideális” égitest között számtalan változat létezik. Vannak vizes kisbolygók, és léteznek kiszáradt üstökösök. A planetológiában ezért a „száraz vagy vizes planetezimál” kifejezést használjuk (6, 7).

A Giotto szonda 1986-ban 596 kilométerre közelítette meg a Halley üstököst, megmérve kiáramló anyagának az összetételét. Ekkor az üstökös mintegy három tonna anyagot lökött ki másodpercenként. Felszínének napsütötte oldalán mintegy 10%-a volt aktív. Területének nagy részét vastag, sötét porréteg borította (8).

A Stardust űrszonda 2004-ben suhant el a Wild 2 üstökös mellett, porszemcséket gyűjtve annak kómájából. 2006-ban juttatta vissza a földre a mintavevő egységét. Az elemzések sokféle szerves anyagot, köztük aminosavakat, valamint alifás vegyületeket találtak. A vas- és rézszulfidok jelenléte pedig a folyékony víz létét bizonyítja az üstökösön (9). A szonda 2011-ben 181 kilométerre a Tempel 1 üstökös mellett is elhaladt.

A Rosetta, és leszállóegysége a Phylae, 2014-ben ért a 67P/Churyumov–Gerasimenko üstököshöz. A mérések 16 féle szerves anyagot mutattak ki, négyet közülük itt először. Első ízben készültek képek egy üstökös felszínén (10).

67P/Churyumov–Gerasimenko üstökös valós színekben. Forrás: ESA/Rosetta

Az az idő egyre távolabbinak tűnik, amikor az üstökösök csak távoli „anyagcsomók” voltak a csillagászok számára. Eljött az a korszak, amikor az üstökösöket már geológus-szemmel is lehet vizsgálni.

A 10 kilométernél nagyobb üstökösök belsejében tehát folyékony víz lehetséges, melyet alumínium- és vas-izotópok bomlása melegít (11,12).

Egy üstökös felépítése. A szerző saját grafikája

Belseje nagy porozitású, szerkezetének 60-80%-a üreges, szenes kondrit (18) és jég alkotja. Napközelben felszíne felmelegszik, szublimációs folyamatok kezdődnek a Nap által megvilágított területeken. A kilökődött anyag porszemcsékből és gázokból áll, de megfigyeltek csak gázkibocsájtást is, tehát a felszín alatti részek összetétele és szerkezete helyenként változó.

A kilökődött anyag porszemcsékből és gázból áll. Forrás: ESA/Rosetta

Egyes területek hamar kigázosodnak, kialakul felettük egy kemény, 10-50 cm vastag poros, réteges, inaktív réteg (17). A hiányzó anyag miatt azonban ez a kéreg beszakadhat, ismét elindítva egy kigázosodási folyamatot. Napközelben, a felszín több métert is süllyedhet rövid idő alatt. A felszín aktív kürtők, beszakadások tagolják (13, 14).

Egy kétszáz méteres aktív kürtő. Forrás: ESA/Rosetta

Máshol, nyugodtabb területeken, napi jégciklust figyeltek meg. A 12 órás nap során, a helyi hajnalon, a felszíni jég szublimálni kezd. Délben, a néhány centiméteres mélységből is párologni kezd a jég, majd éjszaka, amikor a felszín gyorsan lehűl, az alatta levő rétegek viszont még melegek. Ezekből a rétegekből azonban folytatódik a párolgás felfelé, a hideg felszín felé, ahol is kifagy. Másnap, hajnalban, a szublimáció újra elkezdődik (16).

A napi jégciklus (16)

A Rosetta ottléte alatt számos változás történt az üstökös felszínén, különösen akkor, amikor az üstökös napközelben volt. Sima terepen kialakuló kör alakú mintázatok például napi néhány méterrel is nőttek. Az úgynevezett nyaki régióban, mely az üstökös két részét köti össze, törésvonalak jöttek létre, valamint több méteres sziklák vándoroltak csaknem 100 métert.

Törésvonal a nyaki régióban. Forrás: ESA/Rosetta
Egy 30 méteres szikla 140 métert mozdult el. Forrás: ESA/Rosetta

Megfigyelték az üstökös első csuszamlását is, amikor egy hatalmas sziklafal összeomlott, láthatóvá téve a mélyebben fekvő, frissebb, jégben gazdag rétegeket (15).

A földcsuszamlás láthatóvá tette a frissebb, mélyebben levő rétegeket,
melyek jégben gazdagabbak.
Forrás: ESA/Rosetta

Az egyik legváratlanabb felszíni formációt a Hapi régióban, a „nyakban” találták. Az üstökös és a napszél kölcsönhatásának egy érdekes jelét találták itt meg – eolikus hullámokat (19, 20, 21, 22), akárcsak a Földön, vagy a Marson. Természetesen, az üstökösökön nincsen olyan légkör, ami lehetővé tenné a porszemcsék szél általi szállítását, itt a napszél végzi el ezt a munkát.

Eolikus hullámok a nyaki régióban. Forrás: ESA/Rosetta

Források:

  1. Chinese Oracle Bones, Cambridge University Library.
    http://www.lib.cam.ac.uk/mulu/oracle.html
  2. China Arts, Volume 1st, Wen Wu Publishing, Beijing, China, 1979-10
  3. A Brief History of Comets I (until 1950). European Southern Observatory. http://www.eso.org/public/events/astro-evt/hale-bopp/comet-history-1.html
  4. Whipple, F. L. (1950). “A comet model. I. The acceleration of Comet Encke”. The Astrophysical Journal. 111: 375.
    https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1950ApJ…111..375W
  5. List of comets visited by spacecraft
    https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_minor_planets_and_comets_visited_by_spacecraft#List_of_comets_visited_by_spacecraft
  6. Workshop From Dust to Planetesimals. https://web.archive.org/web/20060907075604/http://www.mpia.de/homes/fdtp/
  7. Planetesimals: Early Differentiation and Consequences for Planets. Linda T. Elkins-Tanton, Benjamin P. Weiss, 2017, ISBN 9781107118485
  8. J. A. M. McDonnell; et al. (15 May 1986). “Dust density and mass distribution near comet Halley from Giotto observations”. Nature. 321 (6067s): 338–341.
  9. LeBlanc, Cecile (7 April 2011). “Evidence for liquid water on the surface of Comet Wild 2”
    https://earthsky.org/space/evidence-for-liquid-water-on-the-surface-of-comet-wild-2
  10. “Europe’s Comet Chaser – Historic mission”
    http://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Rosetta/Europe_s_comet_chaser
  11. Pomeroy, Ross (March 2016). “Large Comets May Have Liquid Water Cores. Could They Contain Life?”. Real Clear Science.
  12. Bosiek Katharina, Hausmann Michael, and Hildenbrand Georg. “Perspectives on Comets, Comet-like Asteroids, and Their Predisposition to Provide an Environment That Is Friendly to Life.” Astrobiology. March 2016.
    https://doi.org/10.1089%2Fast.2015.1354
  13. Vincent, Jean-Baptiste; et al. (2 July 2015). “Large heterogeneities in comet 67P as revealed by active pits from sinkhole collapse”. Nature. 523 (7558): 63–66.
  14. Ritter, Malcolm (1 July 2015). “It’s the pits: Comet appears to have sinkholes, study says”. Associated Press.
    http://apnews.excite.com/article/20150701/us-sci–comet_sinkholes-11254d29fb.html
  15. Byrd, Deborah: Landslides and avalanches keep comets active.
    https://earthsky.org/space/landslides-avalanches-comet-67p-key-long-term-activity
  16. ESA’s Rosetta data reveals evidence for a daily water-ice cycle on and near the surface of comets https://phys.org/news/2015-09-esa-rosetta-reveals-evidence-daily.html
  17. Structure and elastic parameters of the near surface… https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103517304165
  18. Chemistry of Organic Species in Comet 67P
    http://elementsmagazine.org/2018/04/16/rosetta-mission-organic-species-comet-67p/
  19. Eolikus folyamatok és formák
    https://www.studocu.com/en/document/szegedi-tudomanyegyetem/geomorfologia-foeloadas/past-exams/foeldrajz-bsc-allamvizsga-8-tetel-eolikus-folyamatok-es-formak/2369899/view
  20. Redistribution of particles across the nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
    https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2015/11/aa26049-15/aa26049-15.html
  21. Aeolian ripples in the Hapi region
    https://sci.esa.int/web/rosetta/-/56796-aeolian-ripples-in-the-hapi-region-osiris-nac
  22. Interaction of the solar wind with comets: a Rosetta perspective
    https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsta.2016.0256

Újabb jövevény érkezett Naprendszerünkbe

Körülbelül két éve robbant a hír egy olyan égitest felfedezéséről, mely Naprendszerünkön kívülről, a csillagközi térből érkezett Napunk vonzásterébe. Az égitestet később ‘Oumuamua-nak nevezték el, a különös objektumról mi is beszámoltunk, itt és itt.

A C/2019 Q4 (Borisov) üstökös. A felfedező felvételén jól látszik az üstökös kómája is.
(Fotó: Sky and Telescope online, G. Borisov)

Most minden bizonnyal egy újabb ilyen égitesthez (méghozzá egy üstököshöz) van szerencsénk, mely felfedezője, Gyennagyij Boriszov után a C/2019 Q4 (Borisov) nevet kapta. Az üstököst 2019. augusztus 30-án fedezte fel a Krími Asztrofizikai Obszervatóriumban dolgozó ukrán amatőrcsillagász, saját készítésű műszerével. Hasonlóan az ‘Oumuamua-hoz, a C/2019 Q4 (Borisov) pályája is hiperbola, perihéliumpontja körülbelül 2 Csillagászati Egységre lesz a Naptól, a Mars pályája közelében.

Gyennagyij Boriszov és 65 centiméter átmérőjű, fényerős teleszkópja.
(Fotó: Sky and Telescope online, G. Borisov)

Mivel még időben, azaz napközelpontjának elérése előtt fedezték fel, a tudósoknak példátlan lehetőség nyílik az üstökös megfigyelésére, méghozzá hosszú időtartamon keresztül. Az égitest jelenleg 18 magnitúdó fényességű, Naptól való távolsága 2,7 Csillagászati Egység, mérete a becslések szerint 10 kilométer. Perihéliumpontját december 10-én éri el, ekkor fényessége 14,7 magnitúdóra nő.

A C/2019 Q4 (Borisov) pályája (zöld). A hiperbola pálya egyértelműen Naprendszeren kívüli származásra utal. Az égitest a Naptól jelenleg 2,7-, Földünktől pedig 3,4 Cs. E. távolságra van.
Fotó: Tony Dunn / CC BY-SA 4.0

Az újabb “látogató” megfigyelése várhatóan komoly megfigyeléseket és tudományos eredményeket predesztinál. Továbbá a jövőben várhatóan megszaporodnak majd az intersztelláris térből érkező objektumok felfedezései.

Forrás: Sky & Telescope, Cloudy Nights

‘Oumuamua: megvan a forrás?

Tavaly októberben egy ezidáig párját ritkító égitestről szerzett az emberiség tudomást, a bizarr, szivar-alakú, félig üstökös-félig kisbolygó ‘Oumuamua-ról, melyről itt írtunk. Most a németországi Max Planck Intézet tudósai a GAIA mérései alapján találtak néhány jelöltet az ‘Oumuamua forrás-égitestjére.

Fantáziarajz az ‘Oumuamua-ról. (M. Kornmesser)

A másfél milliárd csillagot tartalmazó GAIA adatbázis nemcsak a csillagok háromdimenziós helyzetét tartalmazza: magában foglalja a csillagok sajátmozgását is, azok irányát és sebességét. Hétmillió csillag múltbeli mozgásának megvizsgálása után több olyan csillagot találtak, melyek az elmúlt néhány millió év során megközelíthették az ‘Oumuamua múltbéli pályáját. E között a néhány csillag között lehet az, amelyik, vélhetően saját naprendszerének formálódása közben lökhette ki (valószínűleg egy óriásbolygó által) az ‘Oumuamua-t a Naprendszerünk felé.

 

Az ‘Oumuamua szokatlan pályája, összehasonlítva egy üstökösével. (Brooks Bays / SOEST Publication Services / UH Institute for Astronomy)

Összesen négy csillagot találtak, mindegyikük törpecsillag, a Naphoz hasonló méretű vagy annál kisebb. Kettő közülük már rendelkezik “névvel” (HD 292249 és HIP 3757), kettőt viszont csak most neveztek el a tudósok, ideiglenesen “home-3” illetve “home-4” néven. A legesélyesebb jelölt a négy csillag közül a HIP 3757: a csillag, valamint az ‘Oumuamua pályája közötti legkisebb múltbeli távolság mindösszesen két fényév. Így a négy jelölt közül a legnagyobb valószínűséggel ez lehet a titokzatos csillagközi égitest szülőcsillaga.

A félig üstökös-félig kisbolygó, egy fantáziarajzon. (M. Kornmesser)

A tanulmány mögött álló kutatók természetesen nem jelenthetik ki teljes bizonyossággal, hogy megtalálták az ‘Oumuamua forrás-égitestjét. Egyrészt, a kijelölt négy csillag egyike körül sincs tudomásunk bolygórendszerről, másrészt, az ‘Oumuamua igen nagy sebessége jobban magyarázható kettős rendszerből való kilökődéssel. Így arra is komoly esély van, hogy az ‘Oumuamua a vizsgált időintervallumhoz képest sokkal régebb óta várja a csillagközi teret.

Szerző: Kovács Gergő

Forrás: Space.com

„Üstököst látni” – az 1680-as kométa könyvbe zárva

Az „Üstököst látni” egyszerre tudomány- és csillagászattörténet, s a Naprendszer apró égitestjeinek kozmikus környezetünkben feltűnő tanúja. S akkor a kötet komoly művelődéstörténeti és könyvészeti beágyazottságát még nem is említettem. Az MTA Könyvtár és Információs Központ, valamint a Jaffa Kiadó közös gondozásában 2017 legvégén megjelent szép kiállítású, keményborítós, 597 oldalas anyag tartalmas olvasmány. Mondandóját az 1680-as fényes kométa művelődés- és tudománytörténeti emlékeinek alapos feldolgozása adja. Fontos hozzáadott értéke, hogy közli az üstökössel foglalkozó négy önálló kiadványt. A történelmi viharokkal sújtott, ekkoriban még három részre szakadt Magyarországon (valamint Erdélyben) Kisztei Péter, Jacob Schnitzler (két különálló kötetben is) és Friedrich Madeweis publikált a látványos égi vándorról. A kiadvány ezeket egyfelől fakszimile formában, majd eredeti nyelvükön gépelve, illetve magyar fordításban közli. (Kisztei írása fogant egyedül eredetiben is magyarul.) A szöveghű írásműveket egészítik aztán az érintett szakterületek művelőinek értékes tanulmányai. Köztük Zsoldos Endre csillagászattörténész kollégámé, valamint meg kell említenem a szerkesztésben jeleskedő Farkas Gábor Farkast, aki úgyszintén a csillagaszat.hu szakportál csillagászattörténeti rovatát erősíti. Általuk közelebb hozva a kort, beágyazva a műveket készítési körülményeik időszakába, s természettudományos és társadalomtudományi megközelítéssel elemezve azokat. Sikerrel, hisz a néha nehéznek tűnő régi szövegek közel három és fél évszázas után valósággal életre kelnek, a háttértanulmányok pedig izgalmas olvasmányt kínálnak a tudomány- és művelődéstörténet szerencsére még szépszámú, s értő táborának.

„Üstököst látni”. Az 1680. évi üstökös művelődés- és tudománytörténeti emlékei. Szerkesztette Farkas Gábor Farkas, Szebelédi Zsolt, Varga Bernadett, Zsoldos Endre; felelős szerkesztő Jolsvai Júlia; sorozatszerkesztő Monok István. Budapest, 2017. MTA Könyvtár és Információs Központ, Jaffa Kiadó. 597 p. 

Szerző: Planetology.hu