Az első felvétel egy exobolygó körüli anyagbefogási korongról

Szerző: Rezes Dániel

A Chilében, az Atacama-sivatagban található Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) csillagászainak első alkalommal sikerült észlelniük egy Naprendszeren túli bolygó (exobolygó) körül található anyagbefogási korongot. A nemzetközi kutatócsoport megfigyelése új megvilágításba helyezheti a fiatal naprendszerekben lezajló bolygó- és holdképződési folyamatokat.

Az ALMA 12 méteres antennáinak egyike.
Kép forrása: Iztok Bončina/ESO – http://www.eso.org/public/images/potw1040a/; CC BY 4.0

Az ALMA a világ eddig épített legnagyobb rádiótávcső-rendszere, mely több nemzetközi obszervatórium és kutatóintézet közös projektje. A rádióteleszkópot 66 nagy-precizitású antenna építi fel. Ezek közül a rendszer fő részét – mely együttműködve egy teleszkópként üzemel – 50 darab 12 méter átmérőjű antenna teszi ki. Ezt egészíti ki 4 darab 12 méter átmérőjű és 12 darab 7 méter átmérőjű antenna. Az Atacama-sivatag nagy tengerszint feletti magassága és száraz klímája egyedülálló lehetőséget kínál a világűrből érkező milliméteres és milliméter alatti hullámhosszúságú elektromágneses hullámok detektálására, gyűjtésére és vizsgálatára. Ezek a hullámok a Világegyetem legeldugottabb és tudományos szempontból is igen érdekes területeiről hordoznak információt.

Az exobolygó, mely körül az ún. bolygó körüli korongot a kutatók azonosították, a PDS 70c jelű, Jupiterhez hasonló óriásbolygó. Az említett exobolygó és társa (PDS 70b) egy olyan csillag körül kering, mely a Földtől közel 400 fényév (~3,8×1015 km) távolságra található. A csillagászok ezidáig csak nyomait vélték felfedezni a PDS 70c exobolygót körülölelő korongnak, mivel egyértelműen nem sikerült elkülöníteni a környezetétől, így mostanáig létezését nem tudták minden kétséget kizáróan bizonyítani. Ezen felül az ALMA rendkívüli felbontásának köszönhetően nem csak azonosítani sikerült a korongot, hanem méretét és tömegét is meg lehetett becsülni általa. A mérések eredményeként kiderült, hogy a korong átmérője nagyjából megegyezik a Nap-Föld távolsággal (~1,5×108 km) és anyagának mennyisége elegendő három, Holdhoz hasonló méretű égi kísérő kialakításához.

Az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) felvétele a PDS 70c jelű exobolygót övező holdkeletkezési akkréciós korongról és környezetéről. A bal oldali felvétel középpontjában láthatjuk a naprendszer központi helyzetében található PDS 70 jelű csillagot és csillag körüli korongját, míg a jobb oldali kivágat középpontjában a PDS 70c jelű exobolygót és az azt körülvevő bolygó körüli korongot figyelhetjük meg. A bolygókettős másik tagja (PDS 70b) nem szerepel a felvételen.
Kép forrása: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al. (2021)

Amellett, hogy a felfedezés kulcsfontosságú a holdak keletkezésének megismerése szempontjából, rendkívül lényeges a bolygókeletkezésre vonatkozó elméletek alátámasztásában is, ugyanis ezeknek a hipotéziseknek a tesztelésére nem nyílt ezidáig alkalom. A bolygók fiatal csillagok körüli porkorongokban keletkeznek. Fejlődésük során pályájuk mentén a növekedésükhöz szükséges anyagot a csillag körüli akkréciós korongból nyerik. A folyamat során a bolygó saját bolygó körüli korongra is szert tehet, mely segíti a növekedést a befogott anyag mennyiségének szabályozása által. Ezzel egyidőben a bolygó körüli gáz-por korongban ütközések történnek, mely során holdak születnek. Ennek az elméletnek az eddig nem megértett hányada az, hogy a bolygók és holdak a rendszerben mikor, hol és hogyan jönnek létre.

„Napjainkra több, mint 4000 exobolygót azonosítottunk, ám ezek közül mind érett (idős) rendszerekben található. A Jupiter-Szaturnusz pároshoz hasonló PDS 70b és PDS 70c bolygókettős az egyedüli két ismert exobolygó, melynek éppen folyik a keletkezése.” – szemlélteti a távoli naprendszer fontosságát Miriam Keppler, a tanulmány egyik társszerzője.

A rendszer még mélyebb megértésében hamarosan fontos szerepet játszhat az ESO-nak (European Southern Observatory) a chilei Atacama-sivatagban jelenleg is épülő Extremely Large Telescope (ELT) nevű távcsöve. A műszer még pontosabb felbontást tesz majd lehetővé, mely által részletekbe menően válik térképezhetővé a PDS 70c exobolygót magába foglaló naprendszer.

Források:

[1] https://www.eso.org/public/news/eso2111/?lang&fbclid=IwAR3rFbY_45cp0WBZB01Kr6SuEts-F5AEEe0Iv6anNR5OhnIJRIxz6PvLgfs
[2] Benisty, M., Bae, J., Facchini, S., Keppler, M., Teague, R., Isella, A., … & Zurlo, A. (2021). A Circumplanetary Disk around PDS70c. The Astrophysical Journal Letters, 916(1), L2.
[3] https://www.almaobservatory.org/en/about-alma/

Először mutattak ki szénizotópokat egy exobolygó légkörében

Szerző: Bardóczné Kocsis Erzsó

A valamivel több, mint 300 fényévnyi távolságban található exobolygó légkörében szénizotópokat sikerült felfedezni – számol be a Sciencealert.com – Először sikerült a csillagászoknak a TYC 8998-760-1 b nevű gázbolygó körüli ködben a szén egyik izotópját, a 13-as tömegszámút kimutatni. Ebből arra következtettek, hogy az exobolygó távol a szülőcsillagától, naprendszerének hidegebb részén, az úgynevezett hóhatáron túl alakulhatott ki. Ezzel az eredménnyel a planéták képződésének eddig kevésbé ismert folyamatát tudjuk kicsit másabb oldalról is megközelíteni. Yapeng Zhang csillagász (Leideni Egyetem, Hollandia) nyilatkozata szerint igazán lenyűgöző, hogy ilyen hatalmas távolságból is tudunk méréseket végezni egy exobolygó légkörében. Már eddig is különlegesnek tarthattuk a 2019-ben felfedezett TYC 8998-760-1 b-t. A planéta az exobolygók azon rendkívül ritka csoportjába tartozik, amelyeket közvetlenül meg tudunk vizsgálni. Ha azonosítani szeretnénk a bolygókat, akkor a következő módon tudjuk azt megtenni: a csillagok nagyon-nagyon fényesek, a planéták pedig ehhez képest sokkal halványabbak. Hogy tudjuk mégis akkor észlelni őket? Meg kell figyelni, hogyan hat a környezetére, hogyan változik a gravitációs tér, hogyan halványítja el a csillagok fényét, mikor elhalad a közelükben. Ezek tökéletesen beválnak, ha az adott bolygónk a csillagához közel van. De a TYC 8998-760-1 b elég nagy távolságban kering a sajátja körül – körülbelül 160 csillagászati egységnyi távolságban. Milyen messze lehet? Összehasonlításképpen vegyük a Plutót, ami 40 csillagászati egységnyi távolságra kering a Nap körül. Vizsgált planétánk óriási, tömege tizennégyszerese és mérete kétszerese a Jupiternek. A Zhang vezette kutatócsoport ezért tudta közelebbről is megvizsgálni: a csillag által visszavert fény segítségével szerettek volna több adatot gyűjteni. Egész pontosan a chilei Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Távcsövének Spectrograph for Integral Field Observations in the Near Infrared (SINFONI) nevű műszert használták. A fény spektrumát figyelve az abszorpciós jellemzőket kereste a kutatócsoport. A spektrum egészen sötét vonalai után kutattak, amelyek akkor keletkeznek, amikor egyes elemek a bizonyos hullámhosszúságú fényt elnyelnek. A kutatók azt találták, hogy a TYC 8998-760-1 b által elnyelt hullámhosszok összhangban vannak a szén egyik izotópjával, a már említett 13-as tömegszámúval. Ez feltételezésük szerint elsősorban szén-monoxid gázban van megkötve. Az izotópok atommagjai azonos számú protonból, de eltérő számú neutronból épülnek fel. Egy adott elem izotópjai a periódusos rendszerben ugyanazon helyet foglalják el a periódusos rendszerben, csak a tömegszámuk nem ugyanaz.

A 12-es tömegszámú szén a leggyakoribb stabil szénizotóp. Minden részecskéből hat darab található benne. A 13-as tömegszámú szenet viszont hat proton, hat elektron, de hét neutron építi fel. Ezt azért fontos külön megjegyezni, mert egyrészt máshogy keletkeznek, másrészt a környezeti körülményektől függően másképp viselkednek. A TYC 8998-760-1 b-n a kutatók ezek után nagy reményekkel várták a kutatások eredményét. Az exobolygó légkörében talált 13-as tömegszámú szén mennyisége kétszerese volt a vártnak. A kutatócsoport abban bízik, hogy a kapott eredmények segíteni fognak megérteni a TYC 8998-760-1 b bolygó eredetmítoszát. Paul Mollière asztrofizikus (Max Planck Csillagászati Intézet, Németország) magyarázata szerint a bolygó több mint százötvenszer messzebb van a szülőcsillagától, mint a Földünk a Napunktól. Ilyen nagy távolságban a jég valószínűleg több 13-as tömegszámú szenet tartalmaz. Ez okozhatja a planéta légkörében ma található izotóp nagyobb arányát.

Azt már tudták a kutatók, hogy különböző gázoknak különböző hóhatára van. A vizsgált területen a szén-monoxid már kondenzálódott és gázból jéggé fagyott. Bármely exobolygó, amely az anyacsillagának melegétől ilyen messze keletkezett, valószínűleg magában foglal ilyen szén-monoxid-jeget. A kutatók állítása szerint a Naprendszer ismert bolygói nem alakulnának ki annyi szén-monoxiddal, mint a TYC 8998-760-1 b. Ennek igen egyszerű a magyarázata: sokkal közelebb vannak a Naphoz. Mégis, a Naprendszerben is találkozhatunk hasonló jelenséggel. A deutérium, azaz a nehézhidrogén a hidrogén egyik stabil izotópja. Atommagját deuteronnak nevezik, ami egy protont és egy neutront tartalmaz. Normál hidrogén ugyebár csupán egy proton alkotja. A Neptunusz és az Uránusz jóval gazdagabb deutériumban, mint a Jupiter. Ennek oka valószínűleg az, hogy a bolygók hóhatáron túl alakulhattak ki. Sok exobolygó esetében nem alkalmazható az izótópos vizsgálat. Ám ahogy a távcsöveink egyre jobbak lesznek, egyre pontosabb légkör-profilokat kaphatunk majd a többi távoli planétáról is. Ignas Snellen (Leideni Egyetem, Hollandia) szerint a jövőben ezen izotópok tovább segítenek majd a bolygók kialakulásának megértésében: hogyan, hol és mikor jöhetnek létre planéták. Ez a kutatási eredmény csak kezdete a témába vágó további vizsgálatoknak. A vonatkozó kutatási eredményt a Nature című folyóiratban publikálták.

A cikk a Sciencealert.com-on megjelent írás fordítása.

Van-e új a Mars alatt?

Szerző: Kovács Gergő

2018. november 26-án leszállt a Marsra a NASA InSight nevű szondája, hogy műszereivel mélyebb betekintést nyújtson a vörös bolygó geológiájába, belső felépítésébe, szeizmológiai jellemzőibe. Az azóta eltelt csaknem két esztendő alatt temérdek új információhoz jutottak a tudósok, melyet a NASA a napokban publikált.

Az InSight szeizmométere, a SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure – SEIS) eddig 733 marsrengést érzékelt. Ezek a mérések lehetővé teszik a tudósok számára, hogy belőlük az égitest (Föld, Hold vagy épp a Mars) belső szerkezetére következtessenek. Földünk belső szerkezetének tanulmányozása óta tudjuk, hogy a rengéshullámok egy réteghatárhoz érve irányt változtatva terjednek tovább. A geológusok ennek ismeretében jöttek rá arra, hogy bolygónk több, eltérő fizikai tulajdonságú gömbhéjból épül fel.

Az InSight mérései során fény derült arra, hogy a Mars kérge vékonyabb, mint eddig gondolták, továbbá kettő vagy három alrétegből épülhet fel, vastagsága 20 és 30 kilométer között lehet. A vörös bolygó belső szerkezetére mindez idáig csupán a bolygó méretéből tömegéből következtethettek.

Az InSight mérései pontosították ismereteinket a Mars belső felépítéséről.
Kép forrása: S. Cottaar/P. Koelemeijer/J. Winterbourne/NASA

A legfontosabb eredmény azonban az, hogy a Mars magja még folyékony lehet, a hőfeláramlás (és így a mágneses dinamó hatás) azonban már leállt vagy csak nagyon gyenge, a Mars vastag köpenye pedig egyfajta szigetelőrétegként működik, megakadályozva, a konvekció és így a mágneses mező kialakulását.

Forrás: NASA, SEIS InSight

Város-méretű kisbolygók sorozták meg a Földet

Szerző: Rezsabek Nándor

A kutatók eddig is tisztában voltak azzal, hogy a földtörténet korai időszakában planétánkat óriási méretű kisbolygók bombázták, de egy friss elemzés szerint ennek mértéke tízszerese volt a korábban feltételezettnél – számol be a Phys.org. Ez a 2,5-3,5 milliárd évvel ezelőtti, átlagosan 15 millió évente jelentkező becsapódássorozat a dinoszauruszokat kipusztító impakt eseményhez hasonló nagyságrendű volt. Ennek során egy-egy ütköző aszteroida mérete meghaladta egy városét, sőt elérhette egy megyéét is. A kutatók azt is vizsgálták, hogy mindez milyen hatással volt Föld kőzetburkának geokémiájára. Eddigi eredményeiket a Goldschmidt Geokémiai Konferencián ismertették.

Az ősi Föld környezeti viszonyai összehasonlíthatatlanul mostohábbak voltak a ma ismert anyabolygóhoz képest. A tudósok úgy gondolják, hogy planétánkat óriási számban bombázták 10 km-t is meghaladó méretű kisbolygók, és ez komoly hatással volt a felszín kémiai összetételre, valamint jelentősen befolyásolta az élet elterjedését. Akár egyetlen ilyen becsapódás is a 65 millió éve a dínókat a föld színéről eltörlő Chicxulub-eseménnyel összehasonlítható nagyságrendű volt. Tegyük azonban hozzá, hogy az ős-Föld viszonyai jelentősen különbözték a Chicxulub-korabelitől, így az impakt események hatásai is igen eltérőek voltak.

Fotó: SwRI/Simone Marchi, Dan Durda

A hasonló típusú becsapódási események során keletkezett kráterek láthatóak a Holdon, valamint a kőzetbolygókon, a Földön azonban a légkörrel összefüggő időjárási eróziós folyamatok, valamint a lemeztektonika eltüntette a szemünk elől ezen az ősi asztroblémek létezésének kézzel fogható bizonyítékait. Mindezek ellenére az ősi becsapódások „visszhangja” ott van beépülve a legrégebbi földi kőzetekben apró gömböcskék, ún. szferulák formájában. Egy-egy hatalmas becsapódás során a megolvadó és kirepülő anyag a légkörben lehült, majd a földre visszahullva üvegszerű formában épült be az alapkőzetbe. Minél nagyobb volt egy impakt esemény energiája, az erre utaló részecskék annál távolabbi helyeken is fellelhetők geológiai jelző-réteget képezve.

Dr. Simone Marchi, a Colorado állambeli Délnyugati Kutatóintézet munkatársa vezetésével most az egykori becsapódásoknak új modelljét dolgozták ki, majd ennek „működőképességét” az ősi szferula-rétegek adatainak statisztikai elemzése során „tesztelték”. Arra jutottak, hogy a Föld korai időszakára jellemző meteoritbombázás eddigi modelljei jelentősen alábecsülték a becsapódási események számát, amelynek bizonyítékait azonban az impaktitrétegek megőriztek. A becsapódások fluxusa egy tízszeres faktor bevezetését indokolja a 2,5-3,5 milliárd évvel ezelőtti jóval gyakoribb impakt eseményszám miatt. Mindez azt jelenti tehát, hogy ebben a korai földtörténeti időszakban egy-egy Chicxulub-jellegű esemény 15 millió éves gyakorisággal is bekövetkezhetett.

A kutató elmondta, hogy minél jobban megismerjük az ősi Föld viszonyait, annál jobban megértjük azt, hogy a kozmikus ütközések olyanok, mint elefánt a porcelánboltban. Energiájuk a földkéreg és a földi légkör fejlődéstörténetét alapvetően befolyásolta, ugyanakkor számuk és nagyságrendjük pontos ismeretének hiányában hatásukról a modellek gyakorta megfeledkeznek.

Példának okáért most már azt is vizsgálják, hogy a becsapódásoknak milyen szerepe volt a légkör oxigéntartalmának változásában, a légkör „evolúciójában”. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy az intenzív becsapódások időszakában a légköri oxigén aránya drámain ingadozott. Tekintettel a gáznak a Föld fejlődéstörténetében, különösen pedig az élet fejlődésében játszott fontosságára, ez az összefüggés a további vizsgálatokat különösen fontossá teszi. Dr. Simone Marchi szerint ez jelenti majd a kutatások következő szakaszát.

Az arizonai Barringer-kráter. Fotó: Wikimedia Commons

Dr. Rosalie Tostevin, a Fokvárosi Egyetem kutatójának véleménye szerint ezek a nagyenergiájú becsapódások nyilvánvalóan hatalmas pusztítást végeztek, ugyanakkor erről az időszakról már csak minimális mennyiségű földi kőzetanyag tanúskodik. Ebből következtében kevés a közvetlen bizonyíték, a környezeti és ökológiai hatások pedig csak becsülhetők. Éppen ezért a Dr. Simone Marchi által felvázolt modell nagymértékben segíthet jobban megérteni a becsapódások számát és nagyságrendjét.

A kémiai markerek egyes értelmezése szerint az oxigénszint 2,5 milliárd évvel ezelőtt megkezdődött folyamatos emelkedése előtt is már az őslégkör tartalmazta az életadó gázt – mindez azonban továbbra is vitára ad okot a témával foglalkozó tudományos közösségben. Eddig ennek kérdéskörét jellemzően a Föld, mint égitest, valamint az élet fejlődése alapján értelmezték – most az erre vonatkozó vizsgálatok tehát kiegészültek a Földön kívüli (extraterresztrikus) erők hatásainak figyelembevételével.

Vízpára a Ganymedesen

Szerző: Pál Balázs

A Hubble űrtávcső első alkalommal talált a vízpára meglétére utaló egyértelmű bizonyítékot a Jupiter legnagyobb holdján, a Ganymedesen.

A Ganymedes a Hubble Űrtávcső 1996-os felvételén. Fotó: HST/NASA/, J. Spencer

A Plutóénál több, mint 2,2-szer nagyobb sugarú Ganymedes a Naprendszer 9. legnagyobb objektuma és az egyetlen ismert hold, mely mágneses térrel rendelkezik. Szerkezete “differenciált”, tehát – pl. a Földhöz is hasonlóan – rétegekből áll, melyek egyikét nagy valószínűséggel egy felszín alatti óceán tölti ki. Ennek víztartalma a becslések szerint akár nagyobb is lehet, mint a földi óceánoké egyesítve. Jelen biológiai ismereteink egyértelműen kijelentik, hogy ahol víz található, ott akár az élet valamilyen formája is kialakulhatott. Emiatt a Ganymedes kéreg alatti óceánja kiemelt vizsgálat tárgyát képezi már régóta a Földön kívüli élet utáni kutatás terén.

A Ganymedes ultraibolya fényben, 1998-ban. Fotó: NASA/ESA/L.Roth

A Hubble űrtávcső STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) nevű műszere már 1998-tól kezdve figyeli meg az UV-tartományban a Ganymedes auróráját. Az eredmények akkori vizsgálata a Föld (és más bolygók) aurórájában is megtalálható jellegzetességek jelenlétét tárta fel. A struktúrában található feltérképezett hasonlóságokat a Ganymedes atmoszférájában található molekuláris oxigén (O2), míg a különbségeket az atomos oxigén (O) jelenlétével magyarázták.

A Ganymedes a Juno felvételén. Fotó: /JPL-Caltech/SwRI/MSSS

2018-ban a Svédországban található Királyi Műszaki Intézet (KTH), Lorenz Roth által vezetett kutatócsoportja kezdett hozzá a Ganymedes aurórájával kapcsolatos vizsgálatoknak a Hubble űrtávcső COS (Cosmic Origins Spectrograph) nevű műszerével. Az új adatok vizsgálatával, valamint a STIS műszerből származó, 1998 és 2010 közötti archív adatok összehasonlításával arra a megdöbbentő eredményre jutottak, hogy közel sem található a korábbi magyarázat bizonyításához szükséges mennyiségű atomos oxigén a légkörben. Az eredetileg megfigyelt eltéréseket tehát valami más kell okozza.

A magyarázatot végül Roth és csapata a 2021 júniusában megjelent cikkében adta meg. A 2018-as megfigyelés során a Ganymedes két helyzetében vizsgálták annak auróráját. Egyik esetben mikor az árnyékban volt a Jupiter mögött, másik esetben pedig mielőtt még a napfényből a Jupiter árnyékába került volna. A két pozícióból származó adatok összehasonlítása során arra jutottak, hogy az egyenlítő körül a Nap megvilágítása képes annyira felmelegíteni a felszínt, hogy a vízjég alkotta tartományokból vízpára szublimáljon a légkörbe.

A felfedezés nagy bizakodással tölti el az Európai Űrügynökség (ESA), 2022-ben induló JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) névre keresztelt programjában dolgozókat, melynek célja a Jupiter és annak három legnagyobb holdjának, ezek közül pedig első sorban a Ganymedesnek a vizsgálata lesz.

Források:
[1] : https://esahubble.org/news/heic2107/
[2] : Roth, Lorenz, et al. “Evidence for a sublimated water atmosphere on Ganymede from Hubble Space Telescope observations.” arXiv preprint arXiv:2106.03570 (2021).

Valahol egy ESA konferencián…

Szerző: Bardóczné Kocsis Erzsó

2021. július 6-8. között megrendezett Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) online konferenciájának résztvevője lehettem. Az „2021 ESA Teach with Space Online Conference”-t 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 megtalálható volt ismeretterjesztő-szakmai prezentációk, mint például a „A Naprendszer mérete”; „Holdra szállás”; „Növények a Marson”. Másik irány a módszertani vonal volt, amikor gyakorlati ötleteket ismerhettünk meg: hogyan nyomtassunk 3D-s rovert; hogy modellezük a holdkompokat. Kerekasztal beszélgetéseken megismerhettük a leginnovatívabb, legkreatívabb pedagógiai megoldásokat egy-egy téma kapcsán. Az ESA Education Office biztosított szakmai hátteret ehhez az eseményhez. Igazán zseniális volt a Tim Peake-kel, az Európai Űrügynökség űrhajósával való találkozás is – még így, képernyőn keresztül is átsugárzott közvetlensége, és tudásával gazdagította a mi ismereteinket is. A program online zajlott. Kimondottan üdítő volt, mikor a 2 perces bekapcsolásokra volt lehetőség. Mindenhonnan a világból meg-megjelentek a résztvevők, és 120 másodpercben gyors eszmét cserélhettünk. Általában addig jutottunk ennyi idő alatt, hogy ki honnan jelentkezik be, hol tanít, mi a projektjének a lényege. De pont ez adta vissza az oly hiányolt jelenléti konferencia-érzést… Görög, portugál, lengyel, román pedagógusokkal konstatálhattuk, hogy mindenkinek egy a célja: átadni a tiszta tudást a felnövekvő nemzedéknek.

„Women in Space History – then and now” című prezentációm itt tekinthető meg:

Bolygós rövidhírek: metán az Enceladus holdjának anyagkidobódásaiban – lehetséges életjelek?

Szerző: Ivanics-Rieger Klaudia

A Szaturnusz holdja, az Enceladus jeges héja alatt valószínűleg ismeretlen eredetű metántermelő folyamat zajlik – állítja egy új tanulmány, amelyet az Arizonai és a Párizsi Tudományegyetem kutatói publikáltak. Az Enceladusból feltörő hatalmas vizes anyagkidobódások már régóta egyaránt elbűvölik a tudósokat és a közvéleményt. Rengeteg kutatás és elmélet született a hatalmas óceánról, amelyről úgy vélik, hogy a hold sziklás magja és jeges héja közt húzódik. A Cassini űrszonda átrepült ezeken az anyagkidobódásokon és mintát vett belőle. A vegyi összetételben viszonylag magas koncentrációt észlelt olyan molekulákból, melyek a Föld óceánjainak mélyén is megtalálhatók az úgynevezett hidrotermális kürtőkben. A mintavevő csövekben különösen szokatlan mennyiségben találtak dihidrogént, szén-dioxidot és metánt. Regis Ferrier, az Arizonai Egyetem Ökológiai és Evolúciós Biológiai Tanszékének docense és a tanulmány két vezető szerzőjének egyike a következőt mondta: „Tudni akartuk, hogy a Cassini által meglepően nagy mennyiségben talált metán megmagyarázható-e olyan, a földiekhez hasonló mikrobákkal, amelyek ’megeszik’ a dihidrogént és metánt termelnek.” Hozzátette: „Ilyen, metanogénekként ismert mikrobák keresése az Enceladus tengerfenékén rendkívül nagy kihívást jelentő mély merülési missziókat igényel, amelyek viszont még több évtizedig nem lesznek a látóhatáron sem.” Ferriere és csapata ezért más, könnyebb utat választott: matematikai modelleket készítettek annak kiszámításához, hogy a különböző folyamatok, beleértve a biológiai metanogenezist, megmagyarázhatják-e a Cassini adatait. Ezen új matematikai modellek ötvözik a geokémiát és a mikrobiológiai ökológiát, hogy elemezzék a Cassini adatait és modellezzék azon lehetséges folyamatokat, amelyek a legjobban magyarázzák a megfigyeléseket. Arra a következtetésre jutottak, hogy a Cassini adatai magyarázhatók mikrobiális hidrotermális kürtők aktivitásával, vagy olyan folyamatokkal, amelyek ugyan nem tartalmaznak életformákat, de eltérnek a Földön ismertektől. A Földön hidrotermális aktivitás akkor következik be, amikor a hideg tengervíz beszivárog az óceáni aljzatba, leggyakrabban az óceánközépi lemezhatárok közelében, elhalad egy magmakamra közelében, ami felhevíti a vizet, az pedig magas hőmérsékleten ásványi anyagokat old ki. A Földön a metán is ilyen hidrotermális aktivitással állítható elő, de kis sebességgel. A metántermelés nagy része olyan mikroorganizmusoknak köszönhető, amelyek energiaforrásként hasznosítják a hidrotermálisan előállított dihidrogént, és metanogenezisnek nevezett folyamatban szén-dioxidból metánt állítanak elő. A csapat a hold körüli kémiai és fizikai folyamatok végső eredményeként vizsgálta az Enceladus anyagkidobódásának összetételét. A kutatók először felmérték, hogy a dihidrogén hidrotermális kitermelése miként illeszkedik a legjobban a Cassini megfigyeléseihez. Illetve, hogy e kitermelés „elég” ételt tud-e biztosítani a földiekhez hasonló, hidrogénnel táplálkozó metanogének populációjának fenntartásához. Ehhez kifejlesztettek egy, a fenntartásra vonatkozó dinamikus modellt. A termikus és energetikai adatokhoz a Földön ismert adatokat vették alapul. A szerzők ezt követően lefuttatták a modellt annak megállapítására, hogy egy adott kémiai feltételrendszer, például a hidrotermális folyadék dihidrogén-koncentrációja és a hőmérséklet megfelelő környezetet biztosítanak-e ezen mikrobák növekedéséhez. Megvizsgálták azt is, hogy egy hipotetikus mikróba populáció milyen hatást gyakorol a környezetére – például a dihidrogén és a metán szökési arányára. „Összefoglalva: nem csak azt tudjuk megítélni, hogy a Cassini megfigyelései összeegyeztethetők-e az élet számára élhető környezettel, hanem a várható megfigyelésekről kvantitatív előrejelzéseket is tehetünk, amennyiben a metanogenezis valóban bekövetkezne az Enceladus tengerfenéken” – magyarázta Ferriere. A becsült legmagasabb eredményekből arra lehet következtetni, hogy – az ismert hidrotermális kémia alapján – az abiotikus (biológiai segédanyag nélküli) metántermelés korántsem ad magyarázatot az anyagkidobódásokban mért metánkoncentráció mennyiségére. Azonban biológiai metanogenezis hozzáadásával elegendő metán keletkezik, így megfelelve a Cassini megfigyeléseinek. „Ettől még nyilvánvalóan nem jutunk arra a következtetésre, létezik élet az Enceladus óceánjában” – mondta Ferriere. „Inkább azt szerettük volna megérteni, mennyire valószínű, hogy az Enceladus hidrotermális kürtői lakhatók lehetnek-e a földszerű mikroorganizmusok számára. Úgy tűnik, hogy a Cassini adatokait a modelljeink legalábbis alátámasztják.” Hozzátette: „A biológiai metanogenezis úgy látszik, kompatibilis az adatokkal. Vagyis nem vethetjük el az „élet hipotézist”, ehhez ugyanis további adatokra van szükségünk, melyeket jövőbeli küldetésekből származtathatunk.”

Fantáziarajz, melyen a NASA Cassini űrszondája átrepül az Enceladus vizet kilövellő gejzíreinek egyikén. Forrás: NASA

A szerzők remélik, hogy tanulmányuk útmutatást nyújt a Cassini által tett megfigyelések jobb megértését célzó kutatásokhoz és arra ösztönzi a tudósokat, hogy tisztázzák azokat az abiotikus folyamatokat, amelyek elegendő metánt képesek termelni a jelenlegi adatokhoz. „A metán például származhat ős-szervi anyagok kémiai lebontásából, amelyek jelen lehetnek az Enceladus magjában és a hidrotermális folyamat révén részben dihidrogénné, metánná és szén-dioxiddá alakulhatnak. Ez a hipotézis nagyon elfogadható, főként, ha az Enceladus az üstökösök által hordozott szerves összetevőkben gazdag anyagok révén jött létre” – magyarázta Ferriere. „Mindez részben azon alapul, hogy mennyire tartjuk valószínűnek egy-egy hipotézisek alapját” – mondta. – „Például, ha rendkívül alacsonynak ítéljük az élet valószínűségét Enceladuson, akkor az abiotikus mechanizmusok sokkal valószínűbbek lesznek, még ha nagyon idegenek is ahhoz képest, amit itt a Földön ismerünk.” A szerzők szerint a tanulmány nagyon ígéretes előrelépés a módszertanában, mivel nem korlátozódik olyan speciális igényekre, mint például a jeges holdak belső óceánjai, illetve előkészíti az utat a Naprendszeren kívüli bolygók kémiai adatainak kezeléséhez, melyek a következő évtizedekben elérhetővé válhatnak.

NASA women az ESA konferencián

Tartalomszerkesztőnk, Bardóczné Kocsis Erzsó 2021. július 6-8. között megrendezésre kerülő Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) online Konferenciájának résztvevője lesz. Az „2021 ESA Teach with Space Online Conference”-t pedagógusoknak szervezték. A rendezvény szereplői az űrkutatást építik be az általános- illetve középiskolai munkájukba. A gyerekek természetes kíváncsiságára alapozva a tudományos módszertan eszközeivel adják át a tudásukat. A diákok így válhatnak gondolkodó, innovatív, megújulásra kész felnőttekké. Az ESA Education Office szakmai hátteret biztosít ehhez: a kollégák tapasztalatokat cserélhetnek az online felületen, egymástól tanulhatnak, kérdezhetnek, igazi párbeszéd lehetőségét kínálja az alkalom. A szekció ülések mellett a vitatémákat a résztvevők által benyújtott pályázati munkák adják. A „Women in Space History – then and now” című prezentáció az alábbi linken tekinthető meg: https://live.eventinsight.io/1844-esattc/virtualevent/#

Bolygós rövidhírek: látványos világító felhők július másodikán

Szerző: Balázs Gábor

Mint minden évben, idén sem maradnak el a parádés világító felhőjelenések. Az elmúlt napokban, hetekben a hajnali órákban voltak jellemző a másnéven NLC-nek emlegetett jelenség, de tegnap, július másodikán az esti égen kápráztatta el a megfigyelőket. Tavaly július 5-én este figyelhettünk meg a tegnapihoz hasonló kiterjedésű illetve fényességű világító felhőket.

Röviden amit érdemes tudni a jelenségről. A világító felhők nagy magasságban, 85-90 km között alakulnak ki. A magasság miatt képesek arra, hogy a nevükkel ellentétben nem világítanak, hanem a már horizont alatt tartózkodó nap fényét tükrözzék vissza a megfigyelő felé. Maradva a fénnyel való kölcsönhatásuknál. Színüket annak köszönhetik, hogy a fény alacsonyabb hullámhosszait képesek visszareflektálni.

A világító felhők létrejöttéhez elengedhetetlenek a magaslégköri felhők. Kép: Nightskyhunter.com

A világító felhők szoros összefüggésben állnak a klímaváltozással, elsősorban az emberi tevékenység során a légkörbe jutó metán miatt. A metán a magaslégkörben alkotóelemeire bomlik és szén-dioxid illetve víz keletkezik. Így kerül víz az egyébként legszárazabb légköri rétegbe.

A következő sorok pedig azoknak szólnak, aki eddig még nem láttak világító felhőket. Az NLC-k kialakulásához a nyári időszakban, a június 21-ei napforduló környékén állnak fenn a feltételek. A rendelkezésre álló idő sem mondható kevésnek. Magyarországon tipikusan a napforduló előtt illetve után 2-3 héttel szoktak világító felhő észlelések születni.

Ha a dátumunk stimmel, úgy már csak a megfelelő időpontban kell jó felé néznünk. Hogy a felhők megmutassák magukat, Napunknak 6 és 16 fok között kell a horizont alatt lennie. Ez este 21:30 és 23:00 (megközelítő értékek), hajnalban 2:30 és 4:00 óra között van. Az említett időpontokban, este északon, északnyugaton láthatóak, hajnalban északon, északkeleten. Az északi irány nem véletlen, ugyanis van a felhőknek még egy elnevezésük, ami az PMC (Polar Mesospheric Clouds), magyarul poláris (vagy sarki) mezoszférikus felhők, utalva arra, hogy a sarkpontok körül fognak centralizálódni.

És végezetül visszatérve a tegnap estére, nézzünk meg pár fotót!

Bolygós rövidhírek: óriási üstökös érkezett az Oort-felhőből

Szerző: Tóth Imre

A Naprendszer peremvidékéről érkezett nagy méretű üstököst fedeztek fel közel a Neptunusz pályájához közel, mintegy 30 CSE-re a Naptól, amely jelenleg már a naptól 20 CSE-re az Uránusz távolságában jár. A C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) üstökös a Naptól mintegy 10 CSE-re húzódó Szaturnusz pályája felé közeledik és tíz év múlva lesz ott napközelben.

A kis égitestről először 2014. október 20-án készített CCD felvételt a Sötét Energia kutatására irányuló égboltfelmérő program (Dark Energy Survey, DES) Victor M. Blanco elnevezésű 4 méteres teleszkópja Chilében, majd a következő négy évben számos további alkalommal is észlelte. Egyébként Victor Manuel Blanco (1918-2011) puerto-ricoi csillagász, aki extragalaxisok kutatásával foglalkozott és tiszteletére, emlékére nevezték el a CTIO 4 méteres távcsövét.

Mostanáig nem tudtunk a Naprendszernek erről az égitestjéről, mivel a kutatóknak a program 570 megapixeles CCD kamerájának mintegy 80 ezer felvételét kellett feldolgozni, ami becslésük szerint 15-20 millió óra CPU kapacitást igényelt. Pedro Bernardinelli brazil és Gary Bernstein amerikai asztrofizikusok a Pennsylvaniai Egyetemen ezért bukkantak rá csak idén, ezért kellett várni közel hét évet a felfedezés bejelentésére. Ez idő alatt a közeledő égitest a Neptunusz pályájának távolságából az Uránuszig jutott, de a 30 CSE távolság körül felfedezett üstökös sosem volt távolsági rekord a csillagászatban. Az első felvételeken az objektum látszó fényessége mintegy 22 magnitúdó volt és a Sculptor csillagképben mozgott. Akkor is és most is a déli félteke megfigyelői számára kedvező a láthatósága. A kis égitest ideiglenes elnevezése a kisbolygókra jellemző 2014 UN271 lett, mert a 2014-ben készült felvételen a nagy távolság miatt kisbolygónak látszott, még a 4 méteres távcső sem tudott porkómát kimutatni körülette, vagy annak mérete még a felbontás határa alatt volt.

A C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernsteion) üstökös felfedezése után három évvel készített felvétel a CTIO 4 méteres távcsövével készült 2017. októberben. A mintegy 21-22 magnitúdó közötti összfényességű halvány kis égitest a kör közepén látható a déli égbolton levő Phoenix (Főnix) csillagkép csillagai között (forrás: Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Bernardinelli & G. Bernstein (UPenn)/DESI Legacy Imaging Surveys, T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF’s NOIRLab), M. Zamani (NSF’s NOIRLab) & J. Miller (NSF’s NOIRLab).

A NASA JPL pályaadatai szerint a C/2014 UN271 üstökös nagyon elnyújtott ellipszis pályán kering a nap körül, amelynek excentricitása 0,9996464 ± 0,000070, a pályája félnagytengelye 31 ezer CSE, kb. 6000 CSE bizonytalansággal. Napközelben 10,95 CSE-re halad el központi csillagunktól, ami a Szaturnusz pályájának közepes naptávolsága. Ez a második legnagyobb perihélium-távolság, amit egy Oort-felhőből érkező üstökösnél valaha megállapítottunk.

Napközelségét csak tíz év múlva, 2031. január 23-án éri el. Naptávolban kb. 62 ezer CSE-nél, azaz durván 0,97 fényév (!) távolságban fordul vissza, az Oort-féle üstökösfelhő legkülső peremvidékén. Az Oort-felhő külső határa mintegy 1,5 fényév távolságban van a Naptól, ami a Nap tömegvonzási tartományának határa. Az Oort-felhő peremvidékén a kis égitestek mozgására már erős gravitációs zavaró hatással vannak a közeli csillagok, nagy tömegű csillagközi gáz- és porfelhők, valamint a Tejútrendszer árapály-hatása, így a C/2014 UN271 üstökös is ki volt és ki lesz majd téve ezeknek a hatásoknak. Az alábbi ábra az Oort-felhő keresztmetszetét mutatja egy onnan a Naprendszer belső téréségébe térült üstökös elnyújtott ellipszis pályájával, aminek napközelpontja a nagybolygók naptávolságában (pl. a Szaturnusz pályájánál) van, mint például a C/2014 UN271 üstökös esetében. Ez üstökös a napközelsége után visszafordul majd és visszatér az Oort-felhő peremvidéke felé (más üstökösök például elhagyhatják a Naprendszert vagy túl közel kerülhetnek a Naphoz, ahol a magjuk szétesik, illetve elszublimál).

Az Oort-féle üstökösfelhő keresztmetszete egy onnan érkező ás oda visszatérő, hosszú keringési idejű, dinamikailag új üstökös elnyújtott pályájával. A Naptól mintegy 30-50 CSE között húzódik az Edgewort-Kuiper-öv, a rövid keringési idejű üstökösök forrásvidéke. A naptávolságokat és az Oort-felhő alakját logaritmikus távolság ábrázolás érzékelteti (forrás: Sky and Telescope online, 2021.06.25., NAO).

A C/2014 UN271 ellipszis pályáján mintegy 5,45 (± 1,63) millió év alatt kerüli meg a Napot. Az üstökös pályasíkja csaknem merőleges a földpálya (ekliptika) síkjára, a pályahajlás szöge mintegy 95,6 fok. Ez úgy lehetséges, hogy a pályaszámítók 90 fok feletti szöggel jelölik, ha az égitest retrográd, azaz a Föld keringési irányával ellentétes irányban járja körül a Napot. Már amennyire ezt a közel merőleges pálya esetében értelmezhetjük. Az üstökös már a Naptól távolodóban 2033. augusztusában fogja délről-észak felé metszeni a földpálya síkját.

A C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) üstökös pályája napközeli szakasza. A pályasíkja csaknem merőleges a földpálya síkjára, az ettől való távolságot vetítővonal szakaszok érzékeltetik. A nagybolygók pályái a Neptunuszig jelölve vannak. (NASA/JPL).

A felfedezés június közepi bejelentése után azonnal számos déli teleszkópot irányítottak az új, különleges égitest irányába, hiszen azt három éve nem látta senki. Rosita Kokotanekova (Európai Déli Obszervatórium, ESO) és Tim Lister, valamint kutatótársaik (Las Cumbres Observatory, Kalifornia) és Luca Buzzi (SkyGems Remote Telescope, Namíbia) olasz amatőrcsillagász megfigyelései szerint is a friss felvételeken kómát mutat, vagyis a 2014 UN271 egy aktív üstökös. Ennek alapján gyorsan át is keresztelték, üstökös elnevezést kapott: C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein).

Felmerül a kérdés, hogyan képződhet gáz- és porkóma egy Naptól ennyire távoli üstökösnél? Az üstökösök vízjég kigázosodásának megindítására nagy naptávolságban nem elegendő a Nap, hanem a vízjégen kívül már alacsony hőmérsékleten kigázosodása képes szuperillékony szén-monoxid és szén-dioxid okozhatja a kóma kialakulását.

A kezdetben kisbolygónak látszó 2014 UN271 átmérőjére az első közelítő becslések mintegy 100-370 km-t adtak. Miután kiderült, hogy a kis égitestnek kómája van, tehát üstökösről van szó és a sajtóban erre alapozva jelentek meg a “szenzációs” hírek a “gigantikus”, “hatalmas”, „mega” üstökösről. Azonban a kutatók ekkor már hozzátették, hogy a kóma fényének járuléka miatt az üstökösmag kisebb lehet. Amennyiben a magja legfeljebb néhányszor tíz km, ez akkor már a nagyobb ismert üstökösök sorába helyezi a C/2014 UN271-et. A C/2014 UN271 üstökös magjának pontos méretének, közelítő alakjának, tengely körüli forgási idejének és egyéb fizikai tulajdonságainak, összetételének meghatározásához további megfigyelések szükségesek. E sorok írója a HST-vel végzett üstökösmegfigyelési tapasztalatai alapján megjegyzi, hogy az aktív, kómás üstökös magja fényének detektálása nem is olyan egyszerű feladat még a kis aktivitású, rövid keringési idejű (ekliptikai) üstökösöknél sem.

Így nézhet ki egy üstökösmag a Naptól távol a művészi elképzelés szerint. A felszínén a jeges-poros anyag lehetővé teszi, hogy kóma, esetleg csóva alakuljon ki (ESA, G. Bacon).

Emlékeztetőül, az 1997 tavaszán tőlünk szabad szemmel is látványos Hale-Bopp (C/1995 O1) üstökös magjának átmérője mintegy 60-80 km lehetett, ami a modern műszerek korában eddig megfigyelt legnagyobb üstökösmag méretnek felel meg (nagyobb méretű és kigázosodást is mutató kentauroknak és Neptunuszon túli objektumoknak már kötött légköre van, ami nem kóma, ezért nem üstökösök). A C/2014 UN271 sajnos nem lesz olyan látvány a napközelségekor 2031-ben, mint volt a Hale-Bopp 1997-ben.

Fontos kihangsúlyozni, hogy a C/2013 UN271 üstökös nem jelent veszélyt bolygónkra, hiszen csak a Szaturnusz pályájáig jut be, majd napközelsége után visszafordul és az üstökösfelhő peremvidékei felé folytatja útját távolodva a Naptól és bolygónktól is. Egyébként még akkor sem jelentene veszélyt, ha a belső Naprendszerbe kerülne, mert a bolygóközi tér nagyon nagy, és a mintegy 12 472 km közepes átmérőjű Földet bolygónk relatíve kicsi keresztmetszete miatt elenyészően kis eséllyel tudná eltalálni.


Források:

Discovery image of Comet Bernardinelli-Bernstein (annotated) (NOIRLab Public Image 2021.06.25.)
https://noirlab.edu/public/images/noirlab2119b/
Giant Oort Cloud Comet Lights Up in the Outer Solar System (Sky and Telescope online, 2021.06.25.)
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/giant-oort-cloud-comet-lights-up-in-the-outer-solar-system/
Don’t panic! But a gigantic comet is currently inbound toward the Sun (Bad Astronomy, 2021.06.22.)
https://www.syfy.com/syfywire/gigantic-comet-is-currently-inbound-toward-the-sun

MPEC 2021-M53: 2014 UN271 (IAU/MPC, 2021.06.19,)
https://minorplanetcenter.net/mpec/K21/K21M53.html