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