Széljegyzet a James Webb űrteleszkóp első színes felvételéhez

Szerző: Pál Balázs

Közép-európai nyári idő szerint a 2022. július 11-ét és 12-ét határoló éjfél tájékán vált a nagyközönség számára is publikussá a James Webb Űrteleszkóp (JWST) első színes, már éles üzemben készült felvétele.

A Webb’s First Deep Field. Fotó: NASA/ESA/CSA/STScI

A kép a Webb’s First Deep Field (WFDF) nevet kapta, mely arra utal, hogy a kép az ég egy nagyon apró szegletére fókuszálva, hosszú expozíciós idő mellett készült, így az égbolt egy nagyon keskeny, de “mély” darabját örökíti meg. A JWST elképesztő képességeit jól jellemzi, hogy míg a WFDF összesen 12,5 órányi expozíciós időt igényelt, addig a Hubble Űrteleszkóp hasonló méretű területet lefedő, de sokkal rosszabb felbontású képéhez, a Hubble Deep Field (HDF) elkészítéshez több, mint 100 órányi expozícióra volt szükség!

Az infravörös tartományban készült képet a JWST “Near-Infrared Camera” (NIRCam) névre hallgató képalkotó műszerének segítségével örökítették meg, mely középpontjában a SMACS J0723.3-7327 (vagy röviden csak SMACS 0723) elnevezésű galaxis klaszter helyezkedik el.

Sok helyen olvasható az a kijelentés – mely eredetileg a JWST hivatalos oldalának hírfolyamáról származik -, hogy “a JWST képe a SMACS 0723 galaxis klasztert mutatja, ahogyan az 4,6 milliárd évvel ezelőtt volt látható”. Ezt az adatot a különféle űrügynökségek (pl. a NASA és az ESA) és a hírportálok is egy-az-egyben átvették. Az egyetlen probléma, hogy ez a kijelentés így, ilyen formában, nem pontos és nem is precíz. Habár a hiba ebben az esetben apró, a precizitást hiányát pedig teljes mértékben a közérthetőségre való törekvésnek róhatjuk fel és így természetesen egyetlen hírügynökség sem kell megdorgálnia miatta az újságíróit, mégis fontos érdekességekkel ismerkedhetünk meg azáltal, ha beszélünk róla.

Sokféle távolságot leíró mértékegység létezik, amik közül mindig az adott helyzethez legmegfelelőbbet szokás alkalmazni. A csillagászatban pl. a távoli objektumok távolságát fényévben szoktuk (többek között) megadni. Egy “fényév” alatt azt a távolságot értjük, amit a fény egy év leforgása alatt megtesz. Ez alapján az talán egy sokak számára már ismert, de mindenképp könnyen érthető koncepció, hogy ha egy csillag tőlünk pl. 8 fényévnyi távolságra található, akkor annak a fénye pontosan 8 év alatt ér a csillag felületéről a szemünkbe.

Ezzel is egyetlen probléma van csak: ez a kijelentés sem igaz általánosan! A világunk sajnos sokkal bonyolultabb, mintsem, hogy ennyire egyszerű összefüggések és ökölszabályok azt maradéktalanul leírhassák. Már csak a fény esetén és előjönnek olyan, annak természetét alapvetően befolyásoló jelenségek, amikhez elengedhetetlen alkalmazkodnunk a korrekt fizikai leírás reményében. Csak az univerzumban történő fényterjedés esetén gondoljunk a nagytömegű objektumok által görbített téridőre, vagy az univerzum folyamatos tágulására, melyek már önmagukban döntően hatással lesznek arra. Ez pedig csak két ismert példa a sok befolyásoló tényező közül, mely megnehezíti mind egy objektum távolságának, mind pedig annak az időnek a becslését, ami alatt az objektum fénye elért hozzánk.

Annak érdekében, hogy a különféle helyzetekben az épp releváns fizikai jelenségeket is figyelembe lehessen venni a kozmológiai skálákon történő idő- és távolságmérések során, a fizikusok számtalan mérési módszerrel, valamint többféle idő- és távolság definícióval rukkoltak elő. A teljesség igénye nélkül a JWST elsőként publikált színes felvétele kapcsán csak három ilyet fogalmat érdemes megemlítenünk.

Az első és legfontosabb mennyiség a vöröseltolódás. Ez a fogalom számtalan esetben témája különféle ismeretterjesztő írásoknak, előadásoknak és műsoroknak is, hisz amennyire fontos koncepció, annyira egyszerűen és szemléletesen mutatható be annak jelentése. Ahogyan egy szirénázó mentőautó hangja egyre magasabbá válik ahogy felénk közeledik, majd hirtelen elmélyül, miután elhaladt mellettünk, úgy a fény esetében is bekövetkezik egy ezzel teljesen analóg jelenség. A felénk közeledő objektumokról a szemünkbe érkező fény “kékebbé”, míg a tőlünk távolodó objektumokról érkező fény “vörösebbé” válik. Minél erősebb ez a hatás, annál nagyobb sebességű az objektum felénk történő közeledése, vagy távolodása. Ennek a hatásnak a mértékét számszerűsíti a “vöröseltolódás” nevű mennyiség. Azt is szokás mondani, hogy minél erősebben “elvörösödött” egy objektum fénye, “annál nagyobb a vöröseltolódása”.

Az 1920-as és 1930-as évek fordulóján Edwin Hubble csillagász – a saját és Georges Lemaître pár évvel korábbi megfigyelései alapján – azt a roppant megdöbbentő megfigyelést tette, hogy minél távolabbra található tőlünk egy objektum az univerzumban, annál nagyobb annak vöröseltolódása. Az előbb említett definíció alapján ez lefordítva azt jelenti, hogy minél távolabbra található egy objektum, annál nagyobb sebességgel távolodik tőlünk! Ez volt a legelső mérési bizonyítéka annak a feltételezésnek, hogy az univerzumunk tágul.

Hubble megállapításaiból következik, hogy ha egy objektum vöröseltolódását valamilyen formában direktben meg tudjuk mérni (amire egyébként a tudomány már régóta képes), akkor abból egyértelműen megadható annak az objektumnak a távolsága. Ezt az összefüggést hívjuk ma Hubble–Lemaitre-törvénynek.

A második megemlítendő fogalom az angolul “proper distance” névvel illetett mennyiség, melynek nincsen egyetlen kifejezéssel leírható magyar fordítása sem. (Talán a “tényleges távolság” egy elfogadható fordítás lehetne, azonban erre jelenleg nincsen a magyar nyelvben konszenzus.) Ez az a mennyiség, ami a hétköznapi életben is használt “távolság” kifejezéshez a legközelebb áll. Ha valaki egy nagyon hosszú mérőszalaggal lemérné a Föld és egy távoli objektum (pl. a WFDF fókuszában álló SMACS 0723 galaxis klaszter) távolságát egy adott időpillanatban, akkor pontosan azt az értékét kapná meg, amit “proper distance” néven emlegetnek. Ahogy a múltban az univerzum tágult és a benne található dolgok egymástól folyamatosan távolodtak, úgy változtak a távoli testek egymástól vett tényleges távolságai”. Az Ősrobbanás idején ez minden test esetén 0 volt, azóta pedig ez a tágulás következtében folyamatosan nő. Sajnos a Hubble–Lemaitre-törvény ezt a változást nem veszi figyelembe, így nagyobb távolságokon az egyre pontatlanabbá és pontatlanabbá válik. A “proper distance” egy megfelelő korrekció így nagyobb távolságskálákon egy objektum távolságának leírásában.

Ez a távolságérték könnyen kiszámítható a SMACS 0723 galaxis klaszterre is. Csupán annak vöröseltolódásának mértékére és néhány általános fizikai paraméterre van szükségünk. A klaszter vöröseltolódása már régebbi mérésekből ismert: 0.390. Ebből egyértelműen kiszámítható a SMACS 0723 távolsága, amire az 5,12 milliárd fényév távolságot kapjuk. Habár kicsinek tűnik az eltérés a híroldalak által is lehozott 4,6-es értékhez képest, gondoljunk bele: ez az érték milliárd fényévben van kifejezve!

A harmadik és egyben utolsó tisztázandó fogalom több angol elnevezéssel büszkélkedhet. Kontextustól függően szokták “light-travelling distance”, “lookback distance”, vagy esetleg “lookback time” néven is emlegetni. Azonban minden verziója roppant beszédes. Ez a távolság-definíció ugyanis azt fejezi ki, hogy ma, az objektumról a szemünkbe érkező fény pontosan mennyi idővel ezelőtt indult el felénk útjára. A fentebb pedig már említett, a fény által megtett út és hozzá szükséges idő közismert összefüggése alapján megállapítható, hogy az objektumról érkező fény mekkora utat tett meg ez idő alatt. Ezért szerepelnek mind a “distance” (távolság), mint pedig a “time” (idő) szavak ezen definíció elnevezéseiben, ugyanis egyszerre képes becslést adni egy csillagászati objektum térbeli távolságára, emellett pedig megadni, hogy egy róla készült fénykép az objektum “mennyire régi arcát mutatja”.

Hasonlóan a “proper distance”-hez, a “lookback distance” is kiszámítható egy objektum vöröseltolódása alapján. Ez a SMACS 0723 esetén 4,35 milliárd fényév, vagy ha időről beszélünk és “lookback time”-ot emlegetünk, akkor ez 4,35 milliárd év. Tehát a JWST fényképén a rajta szereplő galaxis klasztert láthatjuk olyan formában, ahogyan az 4,35 milliárd évvel ezelőtt kinézett!

Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy persze, az interneten elterjedt “4,6 milliárdos” érték egy teljesen elfogadható közelítés egy, a nagyközönségnek szóló hírfolyam esetében, ahol ez az adott hír tartalmának lényegét valójában nem befolyásolja. Azonban nem szabad elfelejteni, hogy a precizitásra minden esetben fontos törekednie egy olyan forrásnak, ami megbízhatóvá szeretne válni az emberek széles körében!

És újra valahol egy ESA konferencián…

Szerző: Kocsis ERzsó

2022. július 5-7. között megrendezett Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) online konferenciájának résztvevője lehettem. Az „ESA Teach with Space Online Conference 2022”-t ebben az évben is az általános-, illetve középiskolában tanító kollégáknak szervezték. A gyerekek eredendő kíváncsiságára alapozva a tudományos módszertan eszközeivel vezetjük be a ránkbízottakat az űrkutatás rejtelmeibe. Támogatásunkkal diákjaink így válhatnak önállóan gondolkodó, új utakat kereső felnőttekké. Munkánkhoz a különböző szekcióülések hathatós segítséget adtak. A témák közt megtalálhatóak voltak ismeretterjesztő és szakmai prezentációk is, mint például a „Az űr megtisztítása”, vagy a „Robotok és a mesterséges intelligencia”. Virtuális sétás lehetett tenni az ESTEC létesítményei között. Újra landolhattunk a Holdon, terraformálhattuk a Marsot. Samatha Christoforetti „űrjógáját” is ki lehetett próbálni. Kerekasztal-beszélgetéseken egy-egy téma kapcsán megismerhettük a legfrissebb, leginnovatívabb pedagógiai megoldásokat. A program online zajlott. Hiányoltam a tavalyi kétperces bekapcsolásokat, amikor szerte a világban egymás között is lehetett tapasztalatokat cserélni, hiszen a klasszikus konferencia-jelleget az adta meg. Idén így kicsit magányos szemlélődő lehettek csak a résztvevők… Szakmailag mégis sokat lehetett fejlődni: főleg a módszertani része volt erős az idei ESA online konferenciának, ami a következő tanévi munkámat igen színessé tudja tenni. …és, hogy egy kis színessel fejezzem be: a napokban világot látott szenzációs asztrofotókra visszautalva például hajtogathatunk akár saját James Webb űrtávcsövet is!

Magyar felfedezésű földsúroló

Szerző: Maróti Tamás

Odafigyelni a világűrben körülöttünk keringő sziklákra érdemes, hiszen egy esetleges becsapódó kisbolygó az egész emberi civilizációt lemoshatja a Föld színéről. A dinoszauruszok nem törődtek ezzel, és lám mi lett a vége. De felmerül a kérdés: lehet-e a mai világban – amikor nagy távcsövekkel, kiváló asztroklímájú helyszínekről automata távcsövekkel profi csillagászok figyelik az eget – amatőr eszközökkel elérni valamit? Én megpróbáltam és a szisztematikus keresésnek 2022 július 4-én meglett az eredménye. Az utolsó képsorozat hajnali fél háromkor ért véget. A lefuttatott keresés a lassú kisbolygókra nem mutatott semmit, elindítottam a gyorsakra keresést, és alig vártam, hogy vége legyen, olyan álmos voltam már. És akkor ott a szemem előtt egyszer csak megjelent az a program válasza az ismeretlen mozgó objektumról.

A szerző műszere

Ekkor már hajnalodott, tehát ellenőrző mérésre, új adatgyűjtésre nem volt lehetőség. Azért elvégeztem néhány ellenőrzést. Látta-e már valaki előttem? Nem műhold-e? Nem műszerhiba-e? Miután ezeket rendben találtam ellenőriztem, hogy esetleg egy NEO-t (Near Earth Object, földsúroló kisbolygó) találtam. Az ellenőrző oldal azonosította a paraméterek alapján, hogy valóban NEO, ezek után beküldtem az észlelést a Minor Planet Centernek, majd aludni tértem. Persze túl izgatott voltam, így egy rövid 4 órás alvás után már ismét a gép előtt ültem. Akkor már láttam, hogy Amerikában valaki szintén észlelte, és később még két másik obszervatórium is megerősítette, hogy ezúttal egy valódi szikladarab került a cső végére.

A 2022 ND kisbolygó

Másnapra már 38 észlelés jött össze összesen 10 obszervatóriumból. Az a szép adatmennyiség elegendő volt ahhoz, hogy kiderüljön, egy Amor típusú kisbolygót kaptam el. Ezek a földpályán mindig kívül maradnak, tehát az ütközés lehetősége nem áll fent. De napközelben elég közel tudnak jutni, naptávolban viszont a Mars pályáján is túlra. Dél felé aztán megérkezett a bejelentés a Minor Planet Centertől, hogy megkapta az előzetes jelölést. Ezentúl a neve 2022 ND lesz.

A kisbolygó pályája (fehér ellipszissel) Naprendszerünk kőzetbolygóihoz képest (NASA/JPL)

A felfedezés részletes leírása, a technikai részletekkel várhatóan a Meteor 2022 szeptemberi számában fog megjelenni.

Egzotikus szén-mikrokristályokat találtak a cseljabinszki meteoritporban

Szerző: Ivanics-Rieger Klaudia

Amikor egy világűrből érkező test belép a Föld légkörébe, a felszíne nagy nyomásnak és hőmérsékletnek van kitéve. A légáramlás kis cseppeket szakít le a meteoroidról, porfelhőt képezve. A kutatók egyedülálló szénkristályokat találtak a 2013-ban hullott cseljabinszki meteorit így kialakult porában. A 2013. február 15-én a dél-uráli Cseljabinszk térségében lehullott szuperbolida a méretét tekintve egyedülálló jelenség volt, óriási közvélemény- és tudományos érdeklődést váltott ki. A 21. században a mai napig ez volt a legnagyobb meteoroid, és a legnagyobb bolida a Tunguszka-esemény után. E körülbelül 18 méteres kezdeti átmérőjű test lezuhanása semmilyen fejlett laboratóriumban nem megismételhető körülményeket teremtett, melyek által egyedülálló anyagokat hozott a bolygónkra. A cseljabinszki meteorit lezuhanását jelentős pusztulás kísérte, aminek következtében nagyszámú szilánk hullott a Föld felszínére. Szétesése gáz- és porcsóva képződésével, majd a porkomponens leülepedésével is együtt járt. A cseljabinszki porcsóvát, amely 80-27 km magasságban alakult ki, több műhold is észlelte. Evolúciója során kelet felé mozdult és négy nap alatt megkerülte az egész földgömböt. A meteoritpor lehullásának körülményei egyedülállónak tekinthetők: 8 nappal a meteorit megjelenése előtt havazás volt, amely határozott határvonalat hozott létre, lehetővé téve a porréteg kezdetének meghatározását. Körülbelül 13 nappal a meteorit lehullása után is volt egy havazás, amely viszont megőrizte az addigra már lehullott meteoritport. Oliver Gutfleisch kutató és munkatársai egy új kutatás során mikrométer méretű szén-mikrokristályokat találtak e cseljabinszki porban. Pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) vizsgálták meg e kristályokat és megállapították, hogy azok különféle szokatlan formákat öltöttek: zárt, kvázi gömb alakú héjak és hatszögletű rudak képe jelent meg a műszer alatt. „A meteoroid porkomponenséből származó szénkristályok egyedi morfológiai sajátosságaira összpontosítottunk” – magyarázták. – “Az első szénkristályt a por optikai mikroszkópos vizsgálata során találtuk meg, mivel a lapjai véletlenül a fókuszsíkban voltak. A későbbi, optikai elektronmikroszkóppal végzett vizsgálatok kimutattuk, hogy sok hasonló kristály volt a meteoritporban. Elektronmikroszkóppal azonban meglehetősen nehéz volt megtalálni őket kis méretük (körülbelül 10 µm) és alacsony fáziskontrasztjuk miatt.”

Optikai (a) és pásztázó elektronmikroszkóppal (b-d) készült felvételek a cseljabinszki meteoritpor szénkristályairól. Kép forrása: Taskaev et al., doi: 10.1140/epjp/s13360-022-02768-7.

A Raman-spektroszkópiával és röntgenkrisztallográfiával végzett további elemzések kimutatták, hogy a szénkristályok valójában a grafit egzotikus alakú formái. Ezen struktúrák valószínűleg úgy jöttek létre, hogy a grafénrétegek ismétlődés szerűen tapadtak a zárt szénatommagokhoz. E folyamatot a kutatók számos ilyen struktúra növekedésének molekuláris dinamikai szimulációival vizsgálták. A tudósok összegzésként a következőt nyilatkozták: „Azt találtuk, hogy számos lehetséges embriószén nanoklaszter – a buckminsterfullerén (C 60 ) és a polihexaciklooktadekán (-C 18 H 12 -) – lehet a fő gyanúsított, amelyek felelősek a vizsgálatban megfigyelt zárt héjú, kvázi gömb és hatszögletű rúdgrafit mikrokristályok kialakulásáért”

Forrás: sci-news.com

Egy marsi hidrotermás rendszer megismerése egy nakhlit meteorit által

Szerző: Rezes Dániel

Svéd, skót, ausztrál, brit, dán és francia kutatók egy olyan tanulmányt publikáltak a közelmúltban a Science Advances nevű szaklapban, melyben egy Marsról származó nakhlit meteorit mélyreható vizsgálatát végezték el. A kutatók arra igyekeztek fényt deríteni, hogy az e típusba tartozó meteoritok forráskőzetét ért vizes átalakulások térbeli és időbeli kiterjedése biztosíthatott-e élhető környezetet egyes mikroorganizmusok megtelepedéséhez.

Az NWA (Northwest Africa; Északnyugat-Afrika) 10645 marsi eredetű nakhlit meteorit olvadási kéreggel borított felszíne.
(https://www.meteorite-times.com/nwa-10645-martian-nakhlite/)

A nakhlit típusú meteoritok olyan Marsról származó magmás kőzetek, melyekben finomszemcsés alapanyagban nagyobb részben piroxén, kisebb részben pedig olivin fenokristályok (szabad szemmel jól látható méretű kristályok) találhatóak. Az eddig felfedezett nakhlitok mind ugyanabból a feltételezett vulkáni rendszerből származnak, mivel hasonlítanak egymásra kőzettani és geokémiai tulajdonságaikban, valamint a Marsból történt kilökődése mindnek ~11 millió éve következett be. A nakhlitok képződése legalább négy magmás eseményhez köthető, kristályosodási koraik 1416 és 1322 millió év között változnak. Az ide tartozó meteoritok lehetséges forrásterületei közt említhető az Északi Síkság (Northern Plains) hatalmas vulkanikus területe, a Tharsis-régió, az Elysium-Amazonis vulkanikus síkságai és a Syrtis Major területe. A nakhlitok fontosak a tudomány számára, mivel olyan olivinszemcséket tartalmaznak, melyeket még a Föld felszínére érkezés előtt, marsi körülmények között ért vizes átalakulás. Erre bizonyíték az olivinekben érként megjelenő iddingsit. Az iddingsit olyan finomszemcsés, hidratált ásványok (pl. szmektitek, vas-oxidok és -hidroxidok) gyűjtőfogalma, melyeket az olivin alacsony hőmérsékleten történő vizes átalakulása hoz létre. A nakhlitokban előforduló iddingsit marsi eredetét izotóposan (δD érték alapján) bizonyították, valamint összetétele megegyezik a marsi in-situ (helyben történt) méréseknél kapott adatokkal. A vizes átalakulás a magmás kőzeteket a Mars amazoni korszakában érte ~633±23 millió évvel ezelőtt.

Az Antarktiszon talált MIL 03346 nevű, marsi eredetű nakhlit meteorit egy polírozott szeletének és a szelet kinagyított részleteinek fényképei (A, D és F), valamint ugyanezen területek BSE (backscattered electron; visszaszórt elektron) képei (B, C és E). Az A és B jelű ábrán szaggatott körvonallal jelzett részeket erős vizes átalakulás érte a Mars amazoni korszakában. A képeken olivin, augit (piroxén) és titanomagnetit ásványok láthatóak. Egyes olivin szemcséken belül sötét vörös iddingsit erek figyelhetőek meg (Martell et al. 2022).

A nemzetközi kutatócsapat a MIL (Miller Range; Miller-vonulat) 03346 nevű, Antarktiszon talált nakhlit meteoritot vizsgálta meg neutron- és röntgen-tomográfiás módszerekkel annak érdekében, hogy kiderítsék, hogy a marsi alapkőzet részeként a meteorit mekkora részét érintette a vizes átalakulás. A térbeli kiterjedés vizsgálata azért fontos, mivel általa a hidrotermás rendszer méretére következtethetünk, mely egy bizonyos kiterjedés esetén a mikrobiális élet számára már megfelelő lehet. Számos földi hidrotermás rendszer is tartalmaz mikrobiális életet. A vizsgálatokhoz felhasznált röntgen-tomográfia megfelelő módszer a tárgyak roncsolásmentes vizsgálatára, míg a neutron-tomográfiát az ebben az esetben rendkívül fontos hidrogén-érzékenysége miatt használták fel a kutatók. A két módszer kombinálásával meghatározható, hogy a kőzeten belül az egyes fázisok (olivin-iddingsit) hol helyezkednek el és milyen térbeli viszonyban állnak egymással.

A MIL 03346 meteorit neutron- és röntgen-tomográfiás vizsgálatának eredménye. Az olivin szemcsék kék színnel, a hidratált ásványok pedig lila színnel jelennek meg a képen, míg az egyéb ásványfázisok átlátszóak. A szaggatott vonallal jelölt rész nem mutat vizes átalakulást, míg az azt körülvevő részben összefonódó repedéshálózatot találunk, mely átfedést mutat a hidratált ásványok térbeli elhelyezkedésével (Martell et al. 2022).

A vizsgálatok azt az eredményt hozták, hogy a MIL 03346 nakhlit meteoritnak csak egészen kis része alakult át a vízzel történt érintkezés során, illetve az átalakult részek között is csak kis mértékű összeköttetés van jelen. Ez arra enged következtetni, hogy az egész, eredeti kőzettestet tekintve nem valószínűsíthető egy nagy hidrotermás rendszer jelenléte. A legvalószínűbb feltételezés az, hogy az átalakulást előidéző víz kis mennyiségű felszín alatti jégből származott, mely egy becsapódás során megolvadt hozzávetőleg 630 millió évvel ezelőtt. A kis térfogatú víz és a becsapódás nyomán kialakult feltételek rövid időbeli fennállása kizárja ebben a rendszerben az élet megtelepedésének lehetőséget. Azonban fontos megjegyezni, hogy ennek az egy tanulmánynak az eredményei még nem jelentik azt, hogy az élet más helyeken vagy időben ne létezhetett volna a vörös bolygó más régióiban.

Források:
[1] http://www.sci-news.com/space/martian-meteorite-water-10807.html
[2] Martell J. et al. (2022). The scale of a martian hydrothermal system explored using combined neutron and x-ray tomography. Science Advances, 8(19), eabn3044., 7 p.