A bolygómozgás törvényeinek felfedezője – 450 éve született Johannes Kepler

Szerző: Csaba György Gábor

Ulm és Karlsruhe között, Dél-Németországban fekszik Weil der Stadt, a kisváros, ahol 1571. december 27-én Johannes Kepler megszületett.

A teológiától a tudomány felé

Elszegényedett protestáns családból származott. Életkörülményei nem vallottak előkelő származásra, bár szűcsmester nagyapja volt egykor a város polgármestere. Atyja katona volt, különböző zsoldos seregekben harcolt, időnként hazatért családjához, majd megint katonáskodni ment; egy alkalommal csaknem fölakasztották. 1588-ban egy hadjáratban végleg eltűnt. Anyja, egy kocsmáros leánya füveket gyűjtött, gyógyfőzeteket készített és ajánlott ismerőseinek; később boszorkányság vádjával kis híján máglyára jutott. A weili házban nyüzsögtek a furcsánál furcsább rokonok; nem csoda, hogy a gyermek Johannes nem érezte magát köztük vidámnak és magabiztosnak. Különös betegségek kínozták, és önmagát rühes kutyához hasonlította. Iskoláiban tehetségesnek bizonyult, ezért amikor eljött az ideje, teológiát kezdett tanulni. Itt is kiváló eredményeket ért el, tanárai mégsem ítélték alkalmasnak a lelkészi pályára – s ebben alighanem igazuk volt. Inkább egy grazi matematikatanári állást ajánlottak neki. Akkor még nem értett e tudományhoz, ezért habozott, mit tegyen; végül elfogadta az ajánlatot, s lelkiismeretesen tovább képezte magát. Gondolkodásában eleinte a középkori nézetek uralkodtak, későbbi világszemléletét azonban – főként saját munkássága eredményeként – már az újkori tudományos világkép határozta meg.

Johannes Kepler (1571-1630)

Grazban a matematika mellett latint és retorikát is tanított, bár eleinte alig volt hallgatója. Hírnévre tett viszont szert kalendáriumaival, amelyeknek időjóslatai állítólag félelmetesen beváltak. Ezek persze nem meteorológiai, hanem asztrológiai előrejelzések voltak – Kepler kora misztikus világképében élt, asztrológiát is tanult, és sokáig hitt is benne. XIII. Gergely pápa 1582-ben naptárreformot vezetett be. A katolikus országokban elfogadták a változtatást, bár itt-ott heves ellenállásba ütközött, és a Gergely-naptár több országban csak évek múlva került használatba. A protestánsok még tovább tiltakoztak: Svájcban pl. csak 1821-ben fogadták el hivatalosan, Oroszországban pedig 1918-ban. Kepler megértette a naptárreform fontosságát, és támogatta a bevezetését; ezzel sok ellenséget szerzett magának.

Sokat töprengett a Naprendszer szerkezetének részletein: miért úgy keringenek a bolygók, ahogyan teszik, miért éppen hat van belőlük (akkor még csak a szabad szemmel látható bolygókat ismerték) stb. – e kérdések évezredek óta foglalkoztatták a csillagászokat. A „megoldás” egy előadás közben jutott eszébe. Egy geometriai ábrát rajzolt a táblára – szabályos háromszöget a körülírt és beírt körével –, s közben hirtelen az az ötlete támadt, hogy az egyes bolygók körpályáit meg lehet szerkeszteni, ha bizonyos szabályos sokszögek körülírt körét egy másik szabályos sokszög beírt körének vesszük. Hamar felismerte, hogy az ötlet téves, de térben elképzelve továbbfejlesztette. Évezredek óta ismeretes ugyanis, hogy öt szabályos test létezik (közéjük tartozik pl. a kocka, a szabályos tetraéder, az oktaéder stb.). Ha ezeket megfelelő sorrendben vesszük, s gömbökkel elválasztva egymásba szerkesztjük, Kepler szerint a gömbök megadják a bolygók pályáját. Íme a magyarázat arra is, miért éppen hat bolygó van!

Az elképzelés alapfeltevése, hogy a rendszer közepén a Nap áll,

amit Kopernikusz 1543-ban De revolutionibus orbium coelestium című művében állított, és amit a régi, földközéppontú világkép hívei nem vettek komolyan – Kepler azonban igen.

A bolygópályák mint fizikai problémák

Rá kellett jönnie, hogy ez az újabb elképzelés sem állja meg a helyét, mégis sokáig próbált ragaszkodni hozzá. Mysterium cosmographicum címmel 1596-ban könyvet adott ki róla. A könyv első felének tartalmára a cím elég pontosan utal. A második rész azonban egészen más hangot üt meg: a bolygók pályaadatai közt matematikai összefüggéseket keres. Úgy véli, hogy a bolygók mozgását a középen álló Nap határozza meg: erőt fejt ki rájuk, amely kifelé haladva éppúgy gyengül, mint a fényerősség a forrástól való távolsággal. Ez a zseniális gondolat talán Kepler legnagyobb eredménye és érdeme: a bolygópályák problémáját elsőként ő tekintette fizikai kérdésnek! A gravitáció fogalmáig persze nem jutott el, de kifejtette: ugyanaz az erő a Hold és a Föld között is fellép, s ez okozza az árapály jelenségét. Később egy megjegyzésben (az alább említendő Harmonices mundi vége felé) mágneses hatásra gyanakodott.

Illusztráció a Mysterium Cosmographicum-ból

Könyve példányait elküldte minden jelentős tudósnak, így Galileinek és Tycho Brahénak is. Galilei – ekkor még titokban – szintén a kopernikuszi világkép híve volt, de Kepler könyvét elutasította, mert megvetette mágikus-misztikus gondolkodásmódját. Talán Tycho volt az egyetlen, aki megsejtette a mű értékeit. Kepler pedig nagy tisztelettel és némi irigységgel gondolt Tycho gondos és alapos méréseire.

Nyolc nap helyett nyolc év

A protestánsüldözések közepette Keplernek többször is el kellett hagynia Grazot. Bejárta fél Európát (egy időben Magyarországon is lakott), s közben matematikával és fizikával foglalkozott. Ekkorra már gyakorlott matematikussá fejlődött, sőt korát megelőzve olyan problémákat is megoldott, hogy eredményei alapján a differenciál- és integrálszámítás kidolgozói közé számítható.

1600-ban meghívást kapott Prágába a királyi csillagásztól, Tycho Brahétól. Tycho korábban Dániában dolgozott, ahol a királytól egy szigetet kapott, s ott rendezte be pompás magánobszervatóriumát. Dániából való kényszerű távozása után Prágában, II. Rudolf német-római császár és magyar király udvarában dolgozott tovább. Még nem ismerte a távcsövet, de hatalmas, gondosan megtervezett műszereivel rendkívül pontos méréseket végzett. Célul ő is azt tűzte ki, hogy föltárja a bolygók mozgásának helyes elméletét. Ezt ő egy ógörög földközéppontú elméletben remélte megtalálni, amelyben a Föld van ugyan középen, de körülötte csak a Hold és a Nap kering; a többi bolygó pedig a Nap körül.

Amikor Kepler megérkezett Prágába, Tycho és segédje, Longomontanus éppen a Mars pályáját vizsgálta. Tycho hajszálpontos megfigyelési adatai ugyanis sehogy sem akartak beleilleni a fent említett régi görög elképzelésbe. Kepler nagyképűen kijelentette, bízzák rá a problémát, ő nyolc nap alatt megoldja majd. Kérése teljesült, s ő hozzálátott a munkához.

El is végezte, csakhogy a nyolc napból nyolc év lett.

A Mars pályájának vizsgálata

Munkáját a Tycho által mért rengeteg igen pontos bolygópozíció-adatra alapozta. Először is bizonyította, hogy éppúgy, mint a Földé, a Mars pályasíkja is áthalad a Napon, s a két sík 1º50′ szöget zár be. Mint elődei – köztük Kopernikusz is –, feltette, hogy a bolygók körpályán haladnak ugyan, de nem állandó sebességgel; van viszont egy pont a pálya középpontján kívül, ahonnan a bolygó mozgása egyenletesnek látszik (az ún. ekváns). Kiszámolta ennek helyét, és megpróbálta ebből meghatározni a bolygó égi helyzeteit. Pontatlan eredményeket kapott: a pontatlanság 8 ívperc is lehetett. Ekkora eltérést korábban nyugodtan mérési hibának vett volna, de Tycho mérési pontossága ezt kizárta. Az ekváns ötletét el kellett vetnie.

A pálya alakját kutatva a legkülönbözőbb görbékkel kísérletezett. Többször „belebotlott” az ellipszisbe, de mindannyiszor elvetette, míg végül egy tisztán geometriai természetű adatra rácsodálkozva megértette: mégiscsak ellipszisről van szó. A pályát meg is tudta szerkeszteni. Kiszámolta a Mars (sziderikus) keringési idejét, ami nem nehéz, ismerve a földi év hosszát és a Mars egymás utáni szembenállásai közt eltelt időt. Azt kapta, hogy a Mars keringési ideje kb. 687 nap. Ezután keresett Tycho Mars-táblázataiban olyan adatokat, amelyek ennyi idő (vagy ennek egész számú többszöröse) különbséggel készültek. A Mars ugyanis ezekben az időpontokban ugyanott van a Naprendszer terében, de a Föld nem, így a Földről a bolygó más-más irányban látszik az égen. Papíron mindkét időpontra megszerkesztve a bolygó látóirányát, a két félegyenes metszéspontja megadja a bolygó helyét. Sok ilyen adatpár felhasználásával pontonként kirajzolódott a pályagörbe, ami – mint Kepler felismerte – olyan ellipszis, amelynek egyik fókuszpontjában a Nap van (Kepler I. törvénye).

Szerencséje volt, hogy éppen a Mars pályáját vizsgálta. A nagybolygók közül a Merkúré után ugyanis a Mars pályájának a legnagyobb a körtől való eltérése (excentricitása), így azt viszonylag könnyű volt észrevenni és meghatározni. „Szerencse” továbbá, hogy Tycho mérései annyira mégsem voltak pontosak, hogy a bolygók kölcsönös gravitációs perturbációi is észlelhetők legyenek. Ha Kepler azt is észrevehette volna, nem tudta volna mire vélni, és ezért aligha merte volna I. törvényét kimondani.

Tycho 1601-ben elhunyt, egy évet sem dolgoztak együtt – talán szerencsére, mert a két csillagász sehogy sem fért meg egymással. Tycho halála után örökösei mindent megtettek, hogy Kepler helyzetét nehezítsék, no meg a király is, aki nyomorúságos éhbért ajánlott csak fel neki, azt se igen fizette ki. Pedig főnöke halála után Kepler is megkapta a királyi csillagász címet.

Astronomia nova

1604-ben Kepler megfigyelt egy „új csillagot” az Ophiuchus (Kígyótartó) csillagképben. Nem tudhatta, mi volt ez a jelenség – ma már tudjuk, egy csillag pusztulása, ún. szupernóva-robbanás –, de könyvet írt róla (De Stella nova in pede Serpentarii, azaz „Új csillag a Kígyótartó lábánál”, 1604). Nehéz dolga volt, hiszen olyasmiről írt, amiről nem voltak – nem is lehettek – helyes ismeretei. Így hát eléggé homályos fogalmazásra kényszerült. Lássuk példaként könyve egy részletét:

Az Astronomia Nova 1609-es eredeti kiadásának címlapja

Mivel ugyanis eddig még senki sem járt az égben, nyilván nem hagyatkozhatunk szemeinkre, amelyekhez a csillagok fénye képüknek mintegy meghosszabbítása útján jut el, s így hiába törekszünk ezt kikutatni. Nyilvánvaló azonban a fényről és a szcintillációról szóló fejtegetésből, hogy két eset lehetséges: saját állandó anyaga szerint vagy tűz, vagy pedig test. Ha test volt, akkor azt a vergődő mozgást vagy magában tartotta, majd e szcintilláció ama paroxizmusban sugárzott elő, vagy pedig magától volt olyan fényes, és nagy sebességgel forgott. Ám egyik esetben sem értelmezhető a dolog valamiféle élet [föltételezése] nélkül, illetve valamilyen alakító, mozgató, vagyis élő segítségének lehetősége nélkül. Én az első felé hajlok: tűz volt; hiszen mint a láng, felemésztődött, mintha tápanyaga elfogyott volna. Ebben az esetben ugyanis nem lenne szükséges a szcintilláció magyarázatául az életet használni, hacsak olyant nem, mint a lángé vagy a parázsé. Azt azonban már nem tudom megmagyarázni, miért szórta szét a sugarait körös-körül, amikor nálunk a lángok egy biztos és álló forrásból törnek a magasba” (Csaba György Gábor fordítása).

Ebben a könyvben egyébként az „új csillagot” a Jupiter és a Szaturnusz együttállásával és az Újszövetségben emlegetett betlehemi csillaggal is összefüggésbe hozta.

1609-ben adta ki korszakalkotónak nevezhető könyvét, az Astronomia novát. Ebben – rengeteg barokkos sallang és misztikus eszmefuttatás után – nyolc év fáradságos munkájának eredményeit közölte. Bebizonyította, hogy a bolygók ellipszispályán mozognak, mégpedig napközelben gyorsabban, naptávolban lassabban. (A tételeket, pontosan megfogalmazva, Kepler I. és II. törvénye néven ma – remélhetőleg – minden iskolás megismeri.)

Közben ugyanebben az évben Itáliában Galileo Galilei távcsövet szegezett az égre, és meglepő felfedezéseket tett. Többek között meglátta a Jupiter négy legfényesebb holdját, ami nyilvánvalóan megmutatja, hogy – szemben az addig az egyház által is megkövetelt világképpel – nem csak a Föld körül keringhetnek égitestek. Felfedezéseit kis könyvben hozta nyilvánosságra (Sidereus Nuncius, 1610), amelynek tudós kortársai azonnal nekitámadtak.

Kepler elolvasta a könyvet, s lelkesen Galilei hívéül szegődött, noha távcső híján nem tudta ellenőrizni a könyv állításait. Távcsövet hiába kért Galileitől, aki 16 év alatt összesen három levelet írt Keplernek, majd végleg megszakította a levelezést. Ő ugyanis szó szerint ragaszkodott a kopernikuszi világképhez, amelyben a bolygók szigorúan körpályán keringenek a Nap körül. Az ellipszispályát megengedhetetlennek tartotta, Keplernek azt az elméletét pedig, hogy a Nap és a bolygók között valamiféle vonzóerő lép fel, alaptalan asztrológiai spekulációnak tekintette. Nem foglalkozott a távcső működésével, nem is értette, ami pedig súlyos hiba volt.

A geometriai optika megalapozása

Kepler idővel kölcsönkapott valakitől egy távcsövet, s végre maga is meggyőződhetett Galilei igazáról. Kidolgozta a műszer elméletét, s Dioptrice címen adta ki könyvben, amely éppen 410 éve, 1611-ben jelent meg. Természetesen nem ez volt az első optikai témájú könyv, hiszen a fénytöréssel már a görögök, majd az arabok is foglalkoztak – bár a törés törvényére nem jöttek rá, ami elég furcsa, hisz mind a kísérleti, mind a szükséges matematikai eszközök a rendelkezésükre álltak. Maga Kepler is kiadott 1604-ben egy Astronomiæ pars optica című értekezést, amelyben megadta többek között a camera obscura, a szem és a látás, valamint a szemüvegek működésének magyarázatát. Azonban a Dioptricében fejtette ki elsőként igazán tudományos módon a geometriai optika alapjait, és több alkalmazási lehetőséget is tárgyalt, bár ezeket nem nevezte meg – a távcsöveket sem.

A könyvben Kepler a geometriai optika segítségével megmutatja,
hogyan halad a fény a különféle elrendezésű optikákban.

Így utal erre, jellegzetes stílusában, műve bevezetésének utolsó bekezdésében: „Így tehát, olvasó barátom, megkapod a távcső megbízhatóságának bizonyítását az égitestek új megfigyeléseit illetően, elsőként ama német bizonyságtétele után. Mi akadályozhatna meg tehát engem, hogy e kitűnő eszközről dicshimnuszt zengjek e geometriai könyvben; és téged, olvasó, hogy érdemének megfelelően, elszánt lélekkel s nem közönséges figyelemmel érdeklődj, midőn elmondom. E művel élesíted elmédet, a dolgok megértése útján műveltebb leszel a filozófiában, felkészültebb leszel a mechanika, valamint más hasznos és kellemes dolgok felfedezésére; szóval ezerféle módon leszel óvatosabb és biztosabb ott, ahol a sokaság tévedésbe szokott esni. Ég veled, s e bevezetésről legyen a véleményed kedvező és jó” (Csaba György Gábor fordítása).

Könyvében foglalkozott többek között a fénytöréssel (bár a törés törvényét ő sem találta meg, és nem tűnt fel neki a különböző anyagok különböző törésmutatója sem, ellenben észrevette a színszórás jelenségét), a prizmák és lencsék működésével; bemutatta egy fényszóró tervét; rájött, hogy a gömbfelületű lencsének nincs pontos fókuszpontja, szerinte ehhez hiperbolikus felületre lenne szükség stb.

Tervezett és talán el is készített egy távcsövet, amely Galileiénél sokkal jobb – ezt az ún. Kepler-távcsövet
a csillagászok ma is használják.

Közben tovább dolgozott a bolygómozgások elméletén és a bolygók pályáinak összevetésén. 1619-re született meg újabb nagy műve, a Harmonices mundi. Ez is a rá oly jellemző misztikus-racionális kettősség jegyében íródott. Számos matematikai arány és összefüggés közt fantasztikus elméleteket is közöl, így pl. a bolygók által keringés közben kiadott hangok (a „szférák zenéje”) kottáját. Ír benne az asztrológiáról is, de immár elítélően, s általában haszontalan babonaként emlegeti.

Az udvari asztrológus

Kepler ebben a könyvben mintegy mellékesen közli legfontosabb eredményét, a bolygók mozgásának III. törvényét. Ez a törvény két bolygó pályájának adatait veti össze: ha két égitest ugyanazon központi test körül kering, akkor a két égitest keringési idejének négyzete úgy aránylik egymáshoz, mint pályájuk fél nagytengelyének harmadik hatványa. E sorok írója bevallja: amikor a könyvtárban néhány órára kezébe került az eredeti mű, a törvényt szorgos keresés ellenére nem lelte a rengeteg összefüggés, képlet stb. között. De tudva, hogy a terjedelmes könyvben maga Newton fedezte föl ezt a fontos tételt, nem nagyon restelli kudarcát.

Kepler állandó anyagi és családi gondok közepette dolgozott. Egyre nőtt az összeg, amivel Rudolf tartozott neki, míg végül a császár – adósságával együtt – „eladta” őt Wallenstein hercegnek. Wallenstein is udvari asztrológusnak használta Keplert, aki kényszerűségből kiszolgálta őt, de fizetését Wallensteintől sem kapta meg.

A Kepler által készített Tabulae Rudolfinae világtérképe

A herceg horoszkópot kért tőle, amit Kepler el is készített, de gazdája, nem lévén elégedett az előrejelzések pontosságával, új számítást kért. Ez is elkészült, ránk maradt. A mai csillagjósok szerint ez csodálatos horoszkóp, 100 százalékban bevált. De ha elolvassuk, látható: a sok általános szöveg között – amivel közismert módon minden horoszkóp teli van – 24 ellenőrizhető állítás van. Ezek közül 5 vált be, de egyik sem az előre jelzett időpontban. Különösen fontosnak tartotta a hadvezér Wallenstein, hogy megtudja, mely időszakokban fenyegeti életét veszély. Kepler erre is megadott három időszakot, azzal, hogy ha ezek baj nélkül elmúlnak, akkor – a herceg életének 47. és 52. éve között – szerencsecsillaga magasra ível, javakban, hatáskörben, tekintélyben hatalmasan gyarapodni fog. Ám a herceget 51 éves korában meggyilkolták – bár ezt Kepler már nem érte meg.

Munkássága sokrétűségére jellemző, hogy 16, nem csak csillagászati témájú könyvet adott ki. Írt pl. a hópelyhek hatszögletű szimmetriájáról (1611) vagy a sörös- és boroshordók legcélszerűbb alakjáról (1615). Sőt egy fantasztikus regényt is írt Somnium címmel, amely a Holdon játszódik (a szerző halála után, 1634-ben jelent meg).

Szegénysége miatt kénytelen volt Wallensteintől gyakran követelni járandóságát, mivel – egyéb gondjairól nem is szólva – már-már nyomorognia kellett családjával. Végső szükségében 1630-ban a herceg után utazott a birodalmi gyűlésre Regensburgba, de a herceg ott sem törődött a csillagász pénzével. Kepler pedig napok óta éhezett, fázott, a hosszú utazás elcsigázta, s nem is volt már fiatal. Megbetegedett, és november 15-én elhunyt.

22 tallér, két ing, egy kabát és két művének néhány tucat példánya maradt utána. Barátai temettették el, sírkövére Kepler saját versét vésték emlékül. Ez a kő rövid idő múlva romok alá került, s elpusztult. Csak 1808 óta áll méltó emlékmű a tudomány történetének e fényes tudású, de nehéz életű alakjának nyughelye fölött.

A Kepler kráter az Apollo-12 űrhajó fedélzetéről, 1969-ben

Munkásságának eredményeképpen pontosan ismerjük, és előre ki tudjuk számítani a bolygók mozgását. De hogy miért ilyenek e mozgások, Kepler még nem tudta. Erre a kérdésre később, Kepler eredményeinek felhasználásával, Isaac Newton adta meg a választ.


A cikk a Magyar Tudományos Akadémia oldalán megjelent írás szerző által engedélyezett másodközlése.

Planetology Beszélgetések: Sosemvolt világok

Planetology Beszélgetések címmel régi/új podcasttal jelentkezik a Planetology.hu szerkesztői csapata. A soron következő adásunk szereplői valós, vagy annak vélt bolygók. Létezhettek ezek a különleges égi objektumok? Kiderül a „Sosemvolt világok” című műsorból. Ebben a lehetséges világok misztikumáról és realitásáról beszélget Kocsis ERzsó, Kovács Gergő és Rezsabek Nándor, tartalomszerkesztőnknek, Szklenár Tamásnak, az ELKH CSFK KTM Csillagászati Intézet munkatársának társaságában.

Elindult a James Webb Űrteleszkóp

Szerző: Kovács Gergő

Sikeres start! Kép forrása: Arianespace

Többszöri halasztás után ma, 2021. december 25-én, magyar idő szerint 13 óra 20 perckor sikeresen pályára állt a James Webb űrteleszkóp (JWST), a világ jelenlegi legnagyobb és legfejlettebb űrtávcsöve – számol be kiemelt szakmai partnerünk, a Spacejunkie.hu. A startra Francia Guyanában, a Kourou Űrközpontban került sor, az űreszközt egy Ariane-5 rakéta állította pályára. A JWST az infravörös tartományban fogja Világegyetemünket vizsgálni, műszereivel és 6,5 méter átmérőjű tükörrendszerével az Univerzum első csillagairól és galaxisairól is képes lehet felvételeket készíteni. Az űrtávcső történetéről, műszaki jellemzőiről és az indítását megelőző hírekről partneroldalunk ad részletes információkat.

Sikeres szétválás után a James Webb eltávolodik a rakéta második fokozatától. A kép jobb szélén a Vörös-tenger látható. Kép forrása: Arianespace

Az indítás élő közvetítésében főszerkesztőnk, Rezsabek Nándor is részt vett, mint szakkommentátor:

Andersen és a kis jégkorszak

Szerző: Ivanics-Rieger Klaudia

A fehér, hóval borított karácsonyok képét számunkra manapság nagyban meghatározzák az olyan, főleg dickensi és anderseni gyermekmesék, melyekben általában klasszikusan havas tájak, erdők, városok képe jelenik meg. Mindennek pedig oka az, hogy ezek az irodalmi művek az úgynevezett kis jégkorszak alatt vagy közvetlenül utána íródtak, a klimatikus esemény hatással volt a szerzőjükre.

Hans Christian Andersen és Charles Dickens

Fontos azonban megemlíteni, hogy a fehér karácsony tipikusan az északi-féltekén, tehát a fejlett országokban elterjedt nézet, hiszen ezen nemzetek hatása (elsősorban az angolszász, a német, holland és a szláv-orosz kultúra, illetve később az amerikai) mutatkozott meg az emberek mai elképzelésén a fehér karácsonyról és a hagyományokról. A déli országokban „zöld karácsonynak” hívják, hiszen itt az ünnep a meleg évszakra esik. A “fehér karácsony” fogalmát tulajdonképpen Charles Dickens írásai hozták be a köztudatba. A Karácsonyi énekben és más műveiben található ünnepi hófedte időszak ábrázolását gyermekkorának emlékei befolyásolták, amely egybeesett Anglia leghidegebb évtizedével. Ebben az időszakban az európai irodalom a gyermekek felé nyitott, ebben nagy szerepe volt Andersennek és Dickensnek (akik ismerték is egymást). A gyermekmunka és a szegények kihasználása azonban a korszak nagy problémája volt, a tél pedig ebben a hosszabb, hidegebb időszakban a nélkülözők számára egyet jelentett a túléléssel. Azt, hogy a telet az ember egy nehéz időszakként kezeli még a modern korban és a fejlett országokban, társadalmakban is, valószínűleg olyan evolúciós emlékekre vezethetők vissza, amikor az első embereknek még valóban meg kellett küzdenie a hideg időszakkal, mely számukra egyenlőt jelentett a halállal.

A 19. század fordulóján Európa a „kis jégkorszak” végét élte. A kifejezést 1939-ben François E. Matthes holland-amerikai geológus alkotott meg. A „kis jégkorszak elnevezés” arra az időszakra utal, amely során az éghajlat tartósan lehűlt (így hatást gyakorolt a gazdaságra, kultúrára, kereskedelemre stb.). E lehűlés a „középkori meleg időszak” végét követően, nagyjából a 17. század elején következett be, rendkívüli változást idézve elő az egész európai kontinensen. A lehűlés kezdete azonban igencsak vitatott. Sokan már a 16-14. századra vagy még korábbra teszik. De egy nagyon hosszú folyamat volt az, mely végül az 1800-as évek erőteljesebb lehűléséhez vezetett.

A globális hőmérséklet-csökkenés utolsó fázisa a “kis jégkorszak” volt – Wikipedia/RCraig09; CC BY-SA 4.0

Először is egyes elméletek úgy tartják, hogy a Salamas tűzhányó 1257/1258-as kitörése indította el a folyamatot. A legalább VEI 7-es vagy annál nagyobb erősségű kitörés Indonéziában nagyobb volt, mint a későbbi lehűléseket előidéző Tambora erupciója, oly annyira, hogy a vulkán el is pusztította önmagát. A vulkánkitörésből tartósan és nagy mennyiségben jutottak aeroszolok a légkör különböző magasságaiba, ezzel csökkentették a Föld felszínét elérő napsugárzást, ez lehűtötte a légkört, ami több éves, vagy évtizedes éhínséghez vezetett. A korabeli feljegyzésekből kiderül, hogy a meghosszabbodott telek miatt nem lehetett időben vetni és aratni, a termés csökkent, elpusztult a hideg, a fagyok és az esők miatt Európában, de másutt is. A kutatások és a bizonyítékok alapján lehetséges, hogy ez az óriási kitörés és ennek az időjárásra gyakorolt tartós hatásai a kis jégkorszak létrejöttéhez vezettek.

Ezt aztán a napsugárzásban hamarosan előálló napállandó-változás is elősegítette. A középkori meleg időszakot egy természetes lehűlés követte. A Föld élete során a hideg-meleg időszakok természetes módon váltakoznak, melyre hatnak a természeti katasztrófák és az emberi tevékenység is. 2016-ban nagy valószínűséggel igazolták, hogy egy 2300 éves ciklikus naptevékenység-ingadozás egyik része lett a kis jégkorszak. Elődje i.e. 1000 körül volt, amely például a korai görög településeket rendesen megtizedelte. A nap sugárzás maga is ciklikusan változik. Ezt egyrészt – ez főleg a napfoltok és napkitörések mértékéből mérhető – egy 11 évente bekövetkező aktív majd passzív időszak mutatja. Másrészt az úgynevezett napállandó változásai, amely a naptevékenység nyomán mindig kissé ingadozik. A napállandó a Nap kisugárzott energiamennyiségének az a része, mely eléri a földi légkört. Értéke a napfoltokkal összhangban ingadozik. A besugárzás értéke az év során hónaponként változik. Ennek oka a Nap-Föld távolságnak folyamatos változása, ahogy a Föld a Nap körül ellipszis alakú pályán kering. A Szamalasz kitörésekor zajlott az úgynevezett Wolf-minimum, – az időszak a nevét Rudolf Wolf (1816–1893) svájci csillagászról kapta, aki a naptevékenység történelmi rekonstrukcióját végezte – amely tovább erősítette a hőmérsékletcsökkenést. Ez például magyarázatot adhat arra a legendára is, hogy Mátyás királyt 1448-ban a Duna jegén koronázták meg.

A besugárzás változásai – Wikipedia/Leland McInnes; CC BY-SA 3.0

Az biztos, hogy a középkori meleg időszak olyan felfedezésekre volt hatással, mint Grönland, melyet 982-ben fedezett fel Erik Torwaldson vagy ismertebb nevén Vörös Erik. A „grönland” elnevezés etimológiája is arra utal, hogy ez a terület akkoriban zölddel borított, művelhető táj volt, bár a névadásban bujkál némi viking propaganda is, mely arra ösztönözze a telepeseket, hogy költözzenek a szigetre. De ehhez a korszakhoz illetve Vörös Erik fiához, Leif Eriksonhoz kötődik Amerika, Új-Fundland felfedezése is, melyhez szintén hozzájárult az enyhe éghajlat és a jég visszahúzódása.

A középkorban a Nap tevékenysége hosszabb ideig az átlagosnál alacsonyabb volt. A Wolf-minimumot a Spörer-minimum követte: az alacsony naptevékenység feltételezett 90 éves periódusa, körülbelül 1460-tól 1550-ig, amelyet John A. Eddy azonosított, nevét pedig Gustav Spörer német csillagászról kapta. Ezt az időszakot követte a Maunder-minimum, más néven “hosszú napfolt-minimum” 1645-1715 között. Ekkor a napfoltok rendkívül ritkák lettek. A minimumot Edward Walter Maunder (1851–1928) és felesége, Annie Russell Maunder (1868–1947) napcsillagászok írták le, akik azt tanulmányozták, hogy az idő múlásával hogyan változtak a napfoltok méretei. Ezen időszak alatt zajlott le a kis jégkorszak középső szakasza, az éghajlat pedig fokozottan lehűlt.

Norvég Karácsony, 1846-ban Adolph Tidemand festményén

Mindennek hatására a tengerek befagytak, ahogy sok tó és folyó is, mint például Londonban a Temze, melynek jegén évekig téli vásárokat tartottak. A jég megvastagodott és évszakváltáskor később olvadt el. A hajózás veszélyessé vált, mivel a tengeri jég távolabb terjeszkedett Izland és Grönland partjaitól. A telek hidegebbek, a nyarak rövidebbek és csapadékosabbak voltak. Ez élelmezésbizonytalansággal járt, – részben a kereskedelem elakadása, részben a terméspusztulás miatt – amely egész Európában problémákat okozott. A kegyelemdöfést az izlandi Laki vulkán 1783-as kitörése adta meg, mely miatt nagyon csapadékos és hideg lett az időjárás Európában, főleg a franciáknál. Tulajdonképpen ez vezetett a francia forradalomhoz, majd a napóleoni háborúkhoz. A terméskiesés emellett ösztönözte az amerikai kontinensre történő bevándorlást is.

De mi okozta a hideg időszakon belül azt drámai éghajlatváltozást, ami ennél egy még erőteljesebb lehűléshez vezetett? Az Indonéziában található Mount Tambora rétegvulkán heves kitörést produkált 1815-ben. S habár a vulkán Indonéziában található, a globális légkörzés miatt az esemény nagy hatással voltak az északi féltekére, ahogy a vulkanikus anyagot a szelek Európa felé sodorták. A kutatások arra mutattak rá, hogy a trópusokhoz közeli kitörések anyagszolgáltatása sokkal jobban elkeverednek a légkörben, mint magasabb szélességi körben létrejövő kitöréseké. 1815-re a 4300 méter magas vulkán alatt lévő magmakamra megtelt. Korabeli beszámolók szerint már 1812 óta zaj, morgás hallatszott a vulkánból, mely gyakran füstöt is eregetett. Végül 1815 április 5-én egy közepes erősségű erupcióval elkezdődött a több napig tartó kitöréssorozat, amelynek során 80 km3 mennyiségű vulkanikus anyag szabadult ki a légkörbe. A vulkánkitörési indexen az erupciók 7-es szintet értek el, ezzel ez lett a legnagyobb kitörés a Taupo 181-es erupciója óta. A kitöréssorozat során százszor nagyobb mennyiségű vulkanikus anyag került a légkörbe, mint a Mount Saint Helens 1980-as erupciójakor. Összesen mintegy 150 milliárd m3-nyi kőtörmelék, vulkáni hamu és egyéb anyag szabadult fel. A kitörés mintegy 60 000 ember halálát okozta a területen, de hatása az egész bolygón érezhető volt. A szulfát-aeroszolok több évig a légtérben maradtak, meggátolva, hogy a Nap sugarai elérjék a földfelszínt. Mindez az egyik leghidegebb periódushoz vezetett a történelem során. A nyár gyakorlatilag megszűnt létezni, a telek szokatlanul hidegek lettek. A jelenség mezőgazdaságra gyakorolt hatása óriási volt, milliók éheztek a Föld minden részén. A kitörés vulkanikus telet okozott. 1816 nyarán az északi féltekén a globális hőmérséklet 0,53 °C-kal csökkent. Ez a nagyon jelentős lehűlés közvetve vagy közvetlenül 90 000 halálesetért volt felelős. A Tambora-hegy kitörése volt tehát a legjelentősebb oka ennek az éghajlati anomáliának. Az 1815-ös kitörés kén-dioxidot bocsátott ki a sztratoszférába, amely globális éghajlati anomáliát okozott. 1815 tavaszán és nyarán tartós száraz köd volt megfigyelhető az Egyesült Államok északkeleti részén. A köd kivörösítette és tompította a napfényt, úgy, hogy szabad szemmel is láthatóak voltak a napfoltok. Sem szél, sem csapadék nem oszlatta el a ködöt, melyet később sztratoszférikus szulfát aeroszol fátyolként azonosítottak a tudósok. Ez a magas tefraszint gazdag vörös árnyalatokat a naplementékben. Az korábbi és későbbi évek festményei megerősítik, hogy ezek a feltűnő vörös színek nem voltak jelen a Tambora-hegy kitörése előtt illetve jóval később sem.

1816 maga pedig úgy vonult be a történelembe, mint „a nyár nélküli év”. Ekkor a globális átlaghőmérséklet körülbelül 0,4–0,7 °C-kal csökkent, amely elég ahhoz, hogy jelentős mezőgazdasági problémákat okozzon szerte a világon. 1816. június 4-én fagyokat jelentettek New Hampshire, Maine, Vermont és New York északi részén. Június 6-án leesett a hó Albanyban, és Dennysville, Maine államban. Június 8-án a vermonti Cabotban a hótakaró még mindig 46 cm mélynek bizonyult. Az ilyen körülmények legalább három hónapig fennálltak és tönkretették a legtöbb mezőgazdasági növényt. A lehűlés terméspusztuláshoz vezetett. Az élelmiszerárak meredeken emelkedtek, a gabonapiacok és a pékségek előtt tüntetések zajlottak, majd zavargások, gyújtogatás és fosztogatás történt számos európai városban. Egyes esetekben a zavargók „Kenyér vagy vér” feliratú zászlókat vittek magukkal. Bár az éhség idején gyakoriak voltak a zavargások, az 1816-os és 1817-es élelmiszerlázadások a francia forradalom óta a legmagasabb szintű erőszakot jelentettek. Ez volt a 19. század legrosszabb éhínsége. 1816 és 1819 között jelentős tífuszjárványok fordultak elő Európa egyes részein, így Írországban, Olaszországban, Svájcban és Skóciában, amelyeket a nyár nélküli év okozta alultápláltság és éhínség váltott ki. Több mint 65 000 ember halt meg. Hatalmas viharokat és abnormális esőzéseket, valamint Európa fő folyóinak (beleértve a Rajnát) árvizeit is az eseménynek tulajdonítják. A légkörbe kerülő vulkáni hamu hatására Magyarországon barna hó esett. Olaszország északi és észak-középső régiója valami hasonlót tapasztalt, egész évben vörös hó esett.

Az egész eseményt továbbiak súlyosbították. Több más vulkán is kitört, legalább VEI 4-es fokozattal: 1808-ban egy máig nem meghatározott, rejtélyes, VEI 6-os erejű erupció a Csendes-óceán délnyugati részén; 1812-ben a La Soufrière, a Saint Vincent és az Awu; 1813-ban a Suwanosejima a Ryukyu-szigeteken, Japánban; 1814-ben pedig a fülöp-szigeteki Mayon. Ezek a kitörések további jelentős mennyiségű vulkáni anyagot, szulfát aeroszolt halmoztak fel, emiatt még kevesebb napfény haladt át a sztratoszférán. Emellett ekkor zajlott a Dalton-minimum, egy újabb időszak, melynek során kevesebb napfoltot figyeltek meg. John Dalton meteorológusról nevezték el ezt az időintervallumot, mely 1790 és 1840 között zajlott, de nem volt annyira erős, mint a Maunder-minimum.

Hőmérsékleti anomáliák a múltban – USGS

A globális lehűlés eseménye hívta azonban életre a modern glaciológia tudományát. Megszilárdult az a korábbi feltételezés, hogy a gleccsereket az éghajlati erők formálták, illetve hogy nem a bibliai erők a felelősek a Föld felszínformálásáért. A kis jégkorszak bőséges lehetőséget adott arra, – főleg az 1800-as években – hogy a kor és a későbbi korok tudósai első kézből reflektáljanak a jégkorszak előre haladására és ellenőrizzék téziseiket. Bár itt sem mindig egyezik a tudósok véleménye, de végül az 1850-es évet kis jégkorszak végpontjaként ismerték el, amikor visszatértek a melegebb és szárazabb nyarak.

Korcsolyázók a rotterdami Pompenburg jegén 1825-ben, Bartholomeus Johannes van Hove festményén

A kis jégkorszak a kultúrára is hatással volt, a festők mellett számos irodalmi művet is megihletett. A fagyos tél visszaköszön Charles Dickens: Karácsonyi ének 1843-ban íródott művében. Bár a mű már a lehűléses időszak végén született, a havas, hideg telek és az éhínség, a szegények szenvedése nagy hatással volt Dickensre, aki a szegény gyermekek kihasználását, a sokszor kegyetlen gyermekmunkát látva írta meg világklasszikusát. De irodalomkutatók úgy tartják, hogy Mary Wollstonecraft Godwin 1816 nyarán kezdte el írni Frankenstein című regényét, amikor is a rossz idő miatt későbbi férjével, Percy Bysshe Shelleyvel és barátaikkal (köztük Byronnal) nem tudták élvezni a svájci nyaralást és a négy fal közé kényszerültek. Unaloműzőül Byron egy versenyt ajánlott: kinek a fejéből pattan ki a legijesztőbb rémtörténet. Egy viharos éjszaka és némi rémálom után így született meg Mary képzeletében Frankenstein alakja.

A Frankenstein szörnyét alakító Boris Karloff – Universal Studios, NBCUniversal

Emellett a tél motívuma többször visszaköszön Hans Christian Andersen műveiben, mint A kis gyufaárus lány, a kevésbé ismert Jégleány és természetesen a Hókirálynő című mesékben. A kis gyufaárus lány történetét – hasonlóan Dickenshez – a szegények, a szegény gyerekek szenvedése és a gazdagok által való kihasználása ihlette. A Hókirálynő esetén Andersenre egyrészt természetesen nagyban hatottak az észak-európai mítoszok. A skandináv legendák a jégről, hóról, sötétségről és a hidegről szóló történeteknek gazdag tárházát kínálták számára. Az egyik leghíresebb, jéghez kapcsolódó lény Skadi, a hegyek és a jég istennője, akit gyakran vadásznak és tehetséges síelőnek ábrázoltak. Részben az ő alakja ihlette Andersen Hókirálynőjét. De a karaktert egy valós személy, Jenny Lind svéd operaénekesnő (1820–1887) is megihlette, aki iránt Andersen romantikus érzelmeket táplált. A hölgy azonban elutasította az író közeledését, amely arra ösztönözte Andersent, hogy róla mintázza a rideg, szívtelen királynő alakját. Andersen önéletrajzában, az Életem igaz története című művében emellett azt is írja, hogy beteg apja egyszer intett a deres ablaknak, amelyen a jég olyan alakot hozott létre, amely hasonlított egy kitárt karú nőhöz. „Eljött értem” – viccelődött. Nem sokkal később pedig, apja halála után Andersen anyja azt mondta kisfiának, hogy „a jégleány elvitte őt”. Ennek a Jégleánynak megvan a maga története, mint Andersen egyik későbbi, 1861-ben írt meséjének főszereplője, egyben a Hókirálynő előképe. Ebben is egy házasodni kívánó, szerelmes fiúnak, az árva Rudynak bódítja el a személyiségét. A halálhoz kötődő hidegség gondolata, különösen egy elegáns, de veszélyes nő formájában tehát többször is megjelenik Andersen meséiben.

A Hókirálynő (dánul Snedronningen) témái a jó és rossz közötti harc, az érzelmek és a racionalitás ellentéte, a barátság, a felnőtté válás, a keresztény ideológia térnyerése a régi természeti vallásokkal szemben. Andersen 1844. december 5. és 12. között írta meg művét, mely legelőször az 1844. december 21-én kiadott Új mesék című könyvben jelent meg. A történet alapjául az ismert norvég Keletre a Naptól, Nyugatra a Holdtól népmese szolgált, melyet Andersen valószínűleg nagyanyjától hallott. Az író gyermekkorának több emlékét, élményét is beleszőtte: például a főszereplők házai az író odensei otthonát idézik, a „fehér méhek rajzása” pedig egy téli emléken alapul. A történet más részei bibliai ihletésűek, a szemléletmódot eltorzító ördögtükörtől a keresztény énekek és bibliai versek többszöri idézetéig. A mű emellett mélyen kapcsolódik Andersen saját nézeteihez a halálról, az ártatlanságról, a tisztaságról és a szerelemről. A Hókirálynőben Andersen lesz Kay maga, a főszereplő ártatlan fiú, akit a gyönyörű és elbűvölő, de végső soron hideg Hókirálynő vezetett: magával rántotta a szerencsétlen fiút, csakhogy elhagyta, miután ellopta a szívét. Ez egy erőteljes utalás a Jenny Linddel való kapcsolatára.

A Hókirálynő Elena Ringo festményén – CC BY 3.0

A mesében emellett figyelemre méltók a nemi szerepek. A kor más klasszikusaival, mint a Csipkerózsikával vagy a Hófehérkével ellentétben (melyekről ma már tudott, hogy nem olyan romantikus történetek, mint amilyeneknek a Disney később lefestette őket) nem egy férfi karakter menti meg és ébreszti fel a női karaktert, hanem egy hősnő menti ki férfi barátját a tulajdonképpeni halálból.

A mű számos más alkotót is megihletett, melyekből álljon itt néhány a teljesség igénye nélkül. A Hókirálynő megjelenik C.S. Lewis Narnia-krónikáinak második kötetében, Az oroszlán, a boszorkány és a ruhásszekrény című műben. A főszereplő, Gerda által megtett utazás ihlette Philip Pullmann: Az Úr sötét anyagai – Az arany iránytű első kötetében Lyra utazását északra. A Disney pedig 2013-ban Jégvarázs címmel készített belőle mesét, melyhez 2019-ben elkészült a folytatás is, de Elzáék és a Hókirálynő alakja megjelenik a Once upon a time… című fantasy sorozatban is. A Doctor Who egyik epizódjában, mely az 1800-as évek Londonjában játszódik, fontos szerepet kap a befagyott Temze.

A befagyott Temze – Abraham Hondius

A karácsony mai ünneplése tehát 19. századi német és angolszász hagyományokon alapul. Ma már nehéz elképzelni, de akkoriban a század elején még alig ünnepelték a karácsonyt. Sokan Viktória királynőnek tulajdonítják a változást, mert a német származású Albert herceggel kötött házassága mutatta be a karácsony néhány legszembetűnőbb aspektusát. A házasság miatt tehát erős volt a német hatás. Az egyik legismertebb tény a karácsonyfa jelképe. 1848-ban az Illustrated London News közzétett egy rajzot a királyi családról, amely egy feldíszített karácsonyfa körül ünnepel, ez a hagyomány Albert herceg németországi gyermekkorára emlékeztetett. Hamarosan Nagy-Britanniában minden otthonban volt egy fa, amelyet gyertyákkal, édességekkel, gyümölccsel, házi készítésű díszekkel és apró ajándékokkal díszítettek. Az 1880-as évekre a karácsonyi képeslapok küldése is rendkívül népszerűvé vált. E képeslapokon híresült el a betlehemi csillag hagyományos ábrázolása is (melyről ma már tudjuk, hogy a Jupiter és a Szaturnusz együttállása volt i.e. 7-8 környékén). 1848-ban egy brit cukrász, Tom Smith feltalált egy merész, új módot az édességek értékesítésére. Egy párizsi utazás ihlette, ahol bonbonokat – papírba csomagolt cukrozott mandulát – látott, kitalálta a karácsonyi ropogtatni valót: egy egyszerű, édességgel teli csomagot, amely szétpattan, ha széthúzzák. Így találta fel a szaloncukrot. Az otthonok díszítésénél az örökzöldek használata még középkori hagyományra épül. Az ajándékozás hagyományosan újévkor történt, de lassan áttevődött karácsonyra, így a viktoriánusok számára ünnep egyre fontosabbá vált. Ebben a hagyományos keresztény értékek és a Jézus születéséről való megemlékezés játszottak közre, bár tudjuk, hogy Jézus nem az időszámításunk kezdetén és nem december 24-én született. Az ünnep azért került erre a napra, mert a kereszténység így tüntetett el egy pogány ünnepet, amely a napkultuszhoz, a téli napfordulóhoz és a fény ünnepléséhez kötődött. Még Krisztus születésének ünnepének dátuma is ingadozott. Amíg a 4. században a római egyház elfogadta december 25-ét, később is inkább január 6-a volt az ünneplés napja, főleg német ajkú területeken – a mai Vízkereszt vagy németül Heilige Drei Könige, a három király, bölcs vagy mágus látogatása. Ekkor és ma is ez jelentette a karácsonyi időszak végét, nemcsak az egyházban, hanem úgy általában is. A szokások többi része is Németországból és Ausztriából származik, például a karácsonyi vásárok forgataga vagy a hógömb feltalálása. A modern ünnepekre nagy hatást gyakorolt később az amerikai kultúra – ahol Santa Claus hozza az ajándékot. Sok „amerikai” karácsonyi elem azonban Németországból illetve Hollandiából érkezett. ahol ezt a személyt Weinachtsmann-nak, vagyis Karácsonyembernek hívják. Ez a név is arra utal, hogy már Németországban is karácsony napján jött el és az ajándékokat hozta. Ábrázolása az 1840-es évek végén terjedt el, kezdetben barna, majd sokáig zöld ruhája volt, melyet az angolok is átvettek, ezt követte a piros.  Utóbbi szín már Szent Miklóshoz köthető, aki piros püspöki palástot viselt a rangja szerint. A keresztény kultúrkörben Szent Miklóst Magyarországon Miklós névnapján vagyis december 6-án ünnepeljük, más helyeken azonban valamilyen karácsonyi lény (télapó, Mikulós, Santa Claus, manó boszorkány vagy tündér) karácsonykor hozza az ajándékokat, és sok más hagyomány is kapcsolódik ide (hazánkban a betlehemezés, regölés, éneklés, a sváb településeken pedig a Christkindl-járás.) A karácsonyi lakoma gyökerei ugyan már a középkor előtti időszakra nyúlnak vissza, de a viktoriánus időszakban kezdett kialakulni az a fajta esti étkezés, amelyet ma a karácsonyhoz kötünk. A viktoriánusok a karácsony gondolatát is átalakították, így az a család köré épült. Tulajdonképpen Charles Dickens találta fel a viktoriánus karácsonyt és a fehér, havas karácsony fogalmát a Karácsonyi ének című könyvében, amely hozzájárult a fesztivál hagyományainak népszerűsítéséhez és terjesztéséhez. Az írás megszületésére nagy hatással voltak Dickens hóval kapcsolatos gyermekkori élményei, melyeket a kis jégkorszak végén élt meg. Dickens nyomán a család, a jótékonyság, a jóakarat, a béke és a boldogság témái magukba foglalják a viktoriánus karácsony szellemét, így nagyon is hozzájárulnak a ma ünnepelt karácsonyhoz.

Német, orosz és skandináv Télapó-ábrázolások

Összefoglalóan elmondhatjuk, hogy ha nem lett volna a kis jégkorszak, akkor mind történelmileg, mind kulturálisan sokkal szegényebbek lennénk. Dickens és Andersen nagyban hozzájárult a modern karácsonyi elképzelésekhez, hagyományokhoz. Maga az esemény jó példája annak, hogy az időjárás milyen hatással van a bolygóra és benne az emberre, társadalmi és gazdasági eseményeket idéz elő, s végső soron bemutatja, hogy a történelem nem egy lineáris idővonal, hanem egy hálózat, mely, ha egy helyen hatás éri, akkor az a hatás egészet képes befolyásolni.

Dupla ütközés hozhatta létre Holdunkat

Szerző: Kovács Gergő

A Hold keletkezésére a múltban számos elmélet született: egyes hipotézisek szerint kísérőnk a gyorsan forgó Földből szakadt ki; míg mások szerint a Hold eredetileg a Nap körül, elnyúlt pályán keringett, később pedig a Földhöz túl közel kerülve pályára állt bolygónk körül. Ma, a legelfogadottabb elmélet szerint 4,5 milliárd évvel ezelőtt egy Mars-méretű bolygócsíra, a Theia ütközött a Földnek, összeolvadva bolygónkkal. A kozmikus karambol során kirepülő törmelékből jött létre a Hold; továbbá egyes kutatások szerint feltételezhető, hogy a külső bolygórendszerben keletkezett, majd később a Föld közelébe került Theiáról származik bolygónk vízkészletének jelentős része.

Egy, a Planetary Science Journalban megjelent új tanulmány szerint a Holdat létrehozó bolygóütközés valójában két fejezetből állt. Az első ütközés során a Theia körülbelül 45 fokos szögben találta el a Földet, „lecsúszva” bolygónkról. Ekkor az égitest jelentős mértékben veszített Nap körüli keringési sebességéből. Néhány százezer évvel később történt a második ütközés. Ekkor a Theia már elég lassan mozgott ahhoz, hogy a Föld és a Theia végleg egybeolvadjon, anyaguk pedig összekeveredjen. E tanulmány, melynek az alapját több ezer számítógépes szimuláció szolgáltatja, nem csupán a Föld-Hold bolygórendszer keletkezésének pontosabb megismerésében segíthet, de választ adhat arra a kérdésre is, miért lett a Vénusz és a Föld ennyire eltérő?

3D szimuláció az első, feltételezetten súroló ütközésről. A Föld és a Theia itt egy órával az ütközés utáni állapotban láthatók
(A. Emsenhuber / University of Bern / University of Munich)

„A kulcs a planetológiai különbségekben rejlik.” – szögezte le Erik Asphaug, az Arizonai Egyetem munkatársa, a kutatás vezetője. Hogy miért különbözik ennyire a Vénusz és a Föld, a Hold adhatja meg a választ. „Nem érthetjük meg, hogyan keletkezett a Föld, anélkül, hogy tudnánk, hogyan jött létre a Hold.” – magyarázta Asphaug – „Ők mindketten ugyanazon kirakós részei.” A szimulációk pedig néhány új elemet tehetnek hozzá a már meglévő kirakóshoz.

Az első ütközéskor a Theia anyagának nagy része „továbbcsúszott”
(E. Asphaug et al. / Planetary Science Journal 2021 October)

Először is, a Theia sebessége nem lehetett sem túl gyors, sem túl lassú. Ha túl gyorsan ütközik a Földnek, a két égitest egy bolygóközi törmelékfelhővé robban szét. Ha túl lassan közelíti meg a bolygónkat, a Theia a Föld holdjává válik. Az eredeti, „egy ütközéses” modell nem magyarázza meg, miért e két fenti véglet közötti, ideális sebességgel ütközött a Theia a Földnek. Az új, „két ütközéses” modell azonban magyarázatot ad erre a kérdésre: kezdetben a Theia még nagy sebességgel mozgott, az első ütközés azonban lelassította annyira, hogy a második ütközés során összeolvadhasson bolygónkkal.

A második ütközés során a Földdel összeolvadó Theia létrehozott egy anyagkorongot, melyből később kialakult a Hold.
(E. Asphaug et al. / Planetary Science Journal 2021 October)

A másik probléma az eredeti modellel az, hogy a Holdnak javarészt a Theia anyagából kellene állnia. Az Apollo misszió során hozott holdkőzet minták azonban azt mutatták, a Hold összetétele nagyon hasonló a Földéhez. A Föld és a Theia dupla ütközése azonban lehetővé tette, hogy anyaguk alaposabb keveredése által egy, a Föld összetételéhez nagyon hasonló hold jöhessen létre.

Asphaug és csapata számára az igazi meglepetés az volt, mikor kiderült, az efféle dupla ütközések hogyan hatottak volna a Vénuszra. A szimulációk szerint a Földnek ferdén ütköző és így „lecsúszó” égitestek fele a Vénusz irányába haladt volna tovább, mely bolygó minden ilyen égitestet magába olvasztott volna. Minél több ilyen égitest végezte volna a Vénuszon, annál gazdagabb lett volna a külső Naprendszerből származó illóanyagokban; továbbá annál nagyobbak lettek volna a planetológiai különbségek közte és a Föld között. E felfedezés felrázta az eredeti kutatást: ha a Vénuszt több jelentős becsapódás érte, akkor többé nem az a kérdés, hogy „Miért van a Földnek holdja?”, hanem az, hogy „A Vénusznak miért nincs?” A legvalószínűbb az, hogy csak ez az egy ilyen esemény történt, amely a Holdat létrehozta; viszont ha több ilyen is volt, akkor a sorozatos kataklizmák eltüntethették a Vénusz már meglévő holdjait, ahogy az is lehetséges, hogy a Vénuszon történt becsapódások sokkal kisebb erejűek voltak. E kérdés megválaszolásához egy mintavevő küldetésre van szükség, mely felfedné, mennyire hasonlíthat a Vénusz kémiai összetétele a Föld-Hold rendszeréhez.

(Jelen cikk az Élet és Tudomány 2021/51-52-es számában megjelent cikk másodközlése.)

Hajnalban tetőznek a Geminidák

Szerző: Balázs Gábor

Holnap, december 14-én hajnalban tetőzik a Geminida meteorraj. Ekkor (persze derült ég esetén) fényes meteorokra számíthatunk, óránként akár 60 hullócsillagot is láthatunk. Ez a szám persze függ a Holdtól és az időjárástól is.

A Geminidák november 19. és december 24. között aktívak, fényes gyors tagokat produkálnak, melyek közül több tűzgömb (azaz a Vénusznál fényesebb meteor) is lehet. A tetőpontjukat december 13/14 éjszakáján érik el. A meteorraj további érdekessége, hogy ellentétben más rajokkal, a Geminidák nem egy üstököstől, hanem egy aszteroidától, a 3200 Phaethon-tól származnak. Nevüket szintén a radiánsuk elhelyezkedéséről kapták. A radiáns egy olyan pont, ahonnan a meteorok kisugározni látszódnak.

A Geminidák radiánsa

De mit várhatunk az éjjel/hajnalban?
A téli hideg ellenére mindenképp érdemes próbálkozni egy-egy tag megpillantásával. Igaz a Hold fényesen bevilágítja az éjszakai égboltot, de hajnalban, mikor a legtöbb meteort várhatjuk, égi kísérőnk már nem fogja zavarni a látványt. A fő időszak 11 és 4 óra közt várható.

A raj radiánsa egész éjjel a horizont fölött lesz, majd az este előrehaladtával egyre magasabbra kúszik a délkeleti égen, egyre jobb megfigyelési lehetőséget biztosítva.

(Ugyan ezek nem Geminidák, de ehhez a két perseidához hasonló látványra számíthatunk. A képet Balázs Gábor készítette a dabasi Dr. Gordon Hopkins Csillagvizsgáló ZWO ASI típusú All Sky kamerájával.)

Ilyen volt a Planet Budapest 2021

Szerző: Rezsabek Nándor

U Thant, az ENSZ főtitkára 1969-ben felhívta a világ közvéleményének figyelmét az emberi környezeti válságára, a globálissá váló környezeti problémák súlyosságára. Ennek eredményeként 113 ország részvételével 1972-ben Stockholmban tartották meg “Az Emberi Környezet ENSZ Konferenciáját”. Ekkor a fenntartható fejlődés definíciója ugyan még nem jelent meg, de kijelölte azt az irányt, amelyben az elmúlt napokban a Planet Budapest 2021 Fenntarthatósági Expó és Világtalálkozó koncepciója is gyökerezik. A Környezet és Fejlődés Világbizottság 1987-ben közreadott “Közös jövőnk” jelentésében olvashattuk először a fogalom meghatározását, ekkor még leánykori nevén, harmonikus fejlődésként. 1992-ben Rio de Janeiróban már 172 ország vett részt a “Környezet és Fejlődés ENSZ Konferenciáján”, melynek a fenntartható fejlődés már központi gondolatává vált. A HUNGEXPO területén november 29. és december 5. között megrendezett Planet Budapest 2021-nek szintúgy.

A “Your Planet” – “Közönségprogramok a fenntarthatóságról” címmel egy hatalmas földgömb körül elrendezve, tematikusan járhattuk be a G pavilon területét. Bolygónk vízkészletén át az erdők rekreációs szerepéig. A napelemparkok legújabb technológiai megoldásit érintve a geotermikus energia hasznosítását sürgetve. A lineáristól a körforgásos gazdaság felé haladva. A Cousteau kapitány és a Calypso óceáni küldetéseitől a tengeri túlhalászás problémájáig. A már csak retro-társasjátékokban létező GELKA valamikori üdvös szerepére emlékezve az elektronikai hulladék keletkezésének megelőzésében. A “Nature Friendly Development”“Fenntarthatósági expón” az A pavilonban sok-sok kiállító között, az elmúlt évek során kialakított a szakmai kapcsolatok révén, többek között a veszprémi Pannon Egyetem környezettudomány-környezetmérnöki alap- és mesterképzéseivel, a Magyar Hidrogéntechnológiai Szövetség egyidejű klímasemlegességi és gazdaságfejlesztési céljaival ismerkedhettünk, a gödöllői Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem standján pedig kvíz segítségével mértük fel mezőgazdasággal összefüggő tudásanyagunkat. A fémdetektorokkal és rendőrsereggel kissé túlbiztosított rendezvényt fizikailag elhagyni könnyebb volt, mint korábban becsekkolni, ugyanakkor tematikája és jövőbe tekintése a környezettudatos hozzáállásban, a fenntarthatóvá váló mindennapjaink szintjén remélhetőleg megmarad.

Őseink aszteroida-becsapódás miatt jöhettek le a fáról

Szerző: Ivanics-Rieger Klaudia

Amikor 66 millió évvel ezelőtt egy aszteroida becsapódott, és kiirtotta a nem madár-szerű dinoszauruszokat, illetve a földi élőlények háromnegyedét, a főemlősök és az erszényesek ekkor még egyedüliként a fán élő emlősök közé tartoztak. A fán élő fajokat pedig különösen veszélyeztette az aszteroida becsapódása miatt kialakult erdőtüzek által okozott pusztítás. Egy új tanulmányban a számítógépes modellek, fosszilis minták és ma is élő emlősöktől származó genetikai információk feltárják, hogy – bár a túlélő emlősök többsége nem függött úgy a fáktól – az a néhány fán élő emlősfaj (mint az ember ősei is) elég alkalmazkodó volt, hogy túlélje a veszteséget. A tanulmány rámutat a kréta-tercier (K-T) határként ismert kihalási eseménynek az emlősök korai evolúciójára és diverzifikációjára gyakorolt ​​hatására. „Az egyik lehetséges magyarázata annak, hogy a főemlősök hogyan élték túl a K-T eseményt – annak ellenére, hogy fákon élő lények voltak – bizonyos viselkedési rugalmasságnak tulajdonítható, ami kritikus tényező lehetett a túlélésükben.” – nyilatkozta Jonathan Hughes, tudományos munkatárs. ­– „A legkorábbi emlősök nagyjából 300 millió évvel ezelőtt jelentek meg, és a virágzó növények terjeszkedésével párhuzamosan diverzifikálódhattak körülbelül 20 millió évvel a K-T esemény előtt. Amikor az aszteroida becsapódott, az emlősök közül sok elpusztult. Ugyanakkor a túlélő emlősök kitöltöttek minden új ökológiai rést, amelyek akkor nyíltak meg, amikor a dinoszauruszok és más fajok kihaltak.” – fejezte be Hughes.

A tanulmányban a kutatók megvizsgálták a filogenetikai, vagyis a különböző élőlénycsoportok közötti evolúciós rokonságokat az emlősök között. Ezután az egyes, ma is élő emlősöket három kategóriába sorolták a preferált élőhelyük alapján: fán lakó, félig fán lakó és talajlakó. Olyan számítógépes modelleket is terveztek, amelyek rekonstruálták az emlősök evolúciós történetét. A K-T réteg környékéről származó emlőskövületek nagyon ritkák és nehezen használhatók fel az állatok élőhely-preferenciájának értelmezésére. A kutatók összehasonlították az élő emlősöktől ismert információkat a rendelkezésre álló kövületekkel, hogy ezekből további következtetéseket vonjanak le. Általában a modellek azt mutatták, hogy a túlélő fajok túlnyomórészt nem fán lakó voltak, de akadt két lehetséges kivétel: a főemlősök és az erszényes állatok ősei. A főemlős ősökről és legközelebbi rokonairól minden modellben azt találták, hogy közvetlenül a K-T esemény előtt is fán éltek. A modellrekonstrukciók felénél az erszényes ősökről is kiderült, hogy fán élők voltak.  A kutatók azt is megvizsgálták, hogy az emlősök csoportja hogyan változhatott az idők során. Hughes végül így zárta a nyilatkozatát: „Kiderült, hogy a K-T eseményt megelőző szűk időszakban nagy kiugrás történt. A fán élő és félig fán élő fajok nagyon gyorsan átköltözködtek a fátlan területekre és talajlakó élőlényekké váltak.”

Napfogyatkozás a Déli-sarkon

2021. december 4-én, magyar idő szerint reggel fél héttől fél tizenegyig zajlott az év utolsó, teljes napfogyatkozása, mégpedig az Antarktiszon. A napfogyatkozások ciklusában, az ún. Szárosz-ciklusban ez a fogyatkozás a 152-es Szárosz-család 13. tagja volt. A teljes fogyatkozás két percnél rövidebb ideig tartott, a totalitás sávja az Atlanti-óceán legdélebbi részén, a Weddell-tengeren, az Antarktisz nyugati felén, a Marie Byrd-földön, és az Amundsen-tengeren volt látható. Különlegessége, hogy a Hold árnyéka keletről nyugatra haladt, míg normális esetben nyugatról keletre halad. Ez csupán a sarkvidéki régiókban történhet meg.

A fogyatkozás sávja. Forrás: Eclipse Predictions by Fred Espenak, NASA’s GSFC – http://eclipse.gsfc.nasa.gov/
Az év utolsó napfogyatkozása repülőgépről szemlélve.
Fotó: Petr Horálek/Institute of Physics in Opava

A fogyatkozást a Galileo Webcast is közvetítette (NASA Live Feed):

A jelenséget egy két fős magyar csapat, az Eclipseman is megörökítette:

A jövő év első (részleges) napfogyatkozása április 22-én; míg az első, hazánkból is látható (részleges) napfogyatkozás október 25-én lesz.

Forrás:
http://saros139.hu/eclipse/TSE2021dec04.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_eclipse_of_December_4,_2021
https://www.facebook.com/PetrHoralekPhotography/photos/a.842176325897979/4602330533215854/

A késő-pleisztocén korú Pica-üveg eredete

Szerző: Rezes Dániel

Az idei év egy érdekes és fontos új felfedezéséről szóló tanulmány a közelmúltban került publikálásra és azóta is közkézen forog a meteoritok és kapcsolódó képződmények kedvelői és szakértői között, a tanulmány témáját adó impakt (becsapódásos) eredetű üveg darabjai pedig hirtelen a figyelem középpontjába kerültek. De mi is és hogyan keletkezett ez a különleges képződmény, mely Pica-üveg néven vált ismertté?

2012-ben az észak-chilei Atacama-sivatagban található Pica kisváros közelében, attól déli irányban, egy 75 km hosszúságú, É-D irányú területen megszámlálhatatlanul sok késő-pleisztocén korú (kb. 12,3-11,5 ezer éves), szilikátüveg anyagú blokkot fedeztek fel. A képződményeket öt különböző, egymáshoz közeli helyszínen azonosították. Ezeken a területeken a sivatagot 1-100 m2 területű foltokban borítják a gyakran fél méteres méretet is elérő, gyűrt-csavart, tipikusan zöld-fekete színű, hólyagüreges üvegblokkok.

(A) A Pica-üveg eddig ismert lelőhelyei É-Chilében. A 2-es számmal jelzett terület közelében fekszik a Pica nevű település. (B) Nagy méretű, sötét árnyalatú üvegből álló táblák eredeti helyzetükben a sivatagi környezetben (Schultz et al. 2021).

A Pica-üveg keletkezésére több elmélet is született, eleinte felszínközeli bolidák (hangrobbanással járó tűzgömbök) termékeként tartották számon, később viszont heves bozóttüzeknek tulajdonították a képződmény létrejöttét. Utóbbi feltételezést azonban az üveg tulajdonságai (pl. morfológia, összetétel) nem erősítik meg, így időszerűvé vált a mélyreható vizsgálat az igazság felderítésére. A friss tanulmányban elvégzett terepi és laborvizsgálatok során a kutatók visszatértek a korábbi elmélethez és nem csupán bizonyították az alacsony magasságban bekövetkezett légköri robbanás üvegképző szerepét, hanem megbecsülték a bolida természetét is.

(A) Nagy méretű gyűrt üvegblokk. (B) Üvegblokk, mely két eltérő tulajdonságú oldallal rendelkezik. Az egyik oldal üledékekben gazdag, érdes felületű, míg a másik oldal sima és folyásnyomokkal tarkított. (C) Tipikus zöld, gyűrt, hólyagüreges üveg vékonycsiszolatának képe. (D) Olvadt állapotában egymásra hajtott rétegekből álló üvegtömb vágott felülete (Schultz et al. 2021).

A kutatók egymástól 30 km-re található két helyszínről összesen több, mint 300 mintát gyűjtöttek, melyekből több, mint 70 vékonycsiszolatot készítettek a vizsgálatok elvégzéséhez. A vékonycsiszolatok ezres nagyságrendben tartalmaztak olyan ásványszemcséket és kőzettörmelékeket, melyek a helyi üledékektől idegenek. Ilyen ásványszemcsék például a Ni-troilit, buchwaldit, Si-tartalmú klórapatit, kalcium-alumínium-gazdag zárványok (CAI; calcium-aluminium-rich inclusion), korundot és perovszkitot tartalmazó Ca-Al-Ti-gazdag refraktórikus szemcsék, illetve vizes átalakulást szenvedett, Mg-gazdag szilikátokat és troilitet tartalmazó szemcsék. Az üveg olyan ZrO2 polimorf módosulatokból (pl. baddeleyit) és kovából álló képződményeket is tartalmaz, melyek cirkon szemcsék szételegyedéséből jöttek létre több, mint 1670°C hőmérsékleten. Ez utóbbi gyakori indikátora a jelentős méretű becsapódásoknak. Az extraterresztrikus ásványok és klasztok arra utalnak, hogy a Pica-üveget létrehozó bolida igen változatos összetételű volt, nagy valószínűséggel egy heterogén anyagú üstökös. Az üstökös-eredetet erősíti meg az egzotikus ásványszemcsék hasonlósága a NASA Stardust küldetése által a 81P/Wild üstökösből gyűjtött ásványszemcsékkel, valamint az, hogy vizes átalakulást szenvedett szemcsék is megtalálhatóak az üvegben.

Ősi Ca-Al-Ti-gazdag refraktórikus klaszt Pica-üvegben, mely perovszkit, geikielit, korund és Fe-szulfid ásványfázisokból épül fel (Schultz et al. 2021).

Az öt elkülönülő területen fellelhető üvegek egyidejű keletkezésére két különböző elképzelést valószínűsítenek a tanulmány szerzői. Az egyik szerint az üvegek egyetlen égitest alacsony magasságú és kis beesési szöggel rendelkező röppályájú, egymást követő darabolódása során bekövetkező robbanásaikor keletkeztek, míg a másik szerint az üvegek keletkezéshez egy már korábban feldarabolódott égitest különböző darabjainak magas beesési szöggel (>30° a vízszintestől) történő légkörbe lépésére és robbanásaira volt szükség.

A szerzők az összegzésben kiemelik, hogy a Pica-üveg képződésének ideje egybeesik a dél-amerikai jégkori megafauna eltűnésével, mely egy olyan esemény volt, ami minden más kontinensen bekövetkező hasonló eseménynél nagyobb léptékkel rendelkezett. A feltételezésnek – miszerint a jelentős területet érintő légköri robbanásnak meghatározó szerepe lett volna a kihalásban – a bizonyítása még várat magára, napjainkban még csak érdekes egybeesésként könyvelhető el.

Források:
[1] Schultz, P. H., Harris, R. S., Perroud, S., Blanco, N., & Tomlinson, A. J. (2021). Widespread glasses generated by cometary fireballs during the late Pleistocene in the Atacama Desert, Chile. Geology, 5 p.