A Ceres törpebolygó planetológiája

Szerző: Balogh Gábor

A Ceres (1), a kisbolygóöv királynője eddig a legkisebb, valamint a Naphoz legközelebbi törpebolygó a Naprendszerben, és az egyetlen, ami a kisbolygóövben található. A 4 Vesta proto-planéta is törpebolygó planetológiailag, az ide való besorolását csak azért nem kapta meg, mert a déli sarkon egy hatalmas becsapódás lerobbantotta anyagának egy részét, és emiatt alakja nem gömbölyű. Ez a besorolás talán változni fog, hiszen a törpebolygók definíciójának része a gömb alak, de ez természetesen az objektum kialakulására és fejlődésére kell, hogy utaljon, nem pedig későbbi sorsára. 

A Ceres törpebolygó. Kép: Wikipedia

A 940 kilométeres, gömb alakú Ceres volt az első aszteroida, amelyet felfedeztek (Giuseppe Piazzi, a palermói csillagászati obszervatóriumában 1801. január 1-jén). Eredetileg bolygónak vélték, de az 1850-es években aszteroidává minősítették, miután számos más, hasonló pályán lévő objektumot is találtak. Később természetesen aszteroidáról törpebolygónak sorolták át. Nevét Ceresről, a földművelés római istennőjéről kapta (2). Tömege a kisbolygóöv mintegy negyedét adja. Eredetileg az ismert aszteroidák körülbelül 75%-át alkotó C-típusú kisbolygók közé sorolták be, tehát a szenes kondritokból álló kisbolygók közé, de átsorolták a C egy alosztályába, a G-típusba (3), miután kőzetei hidratált filloszilikátokat, agyagásványokat tartalmaznak (4), emiatt az UV-tartományban színképe erős abszorpciós vonalakat tartalmaz.

Egy zseniális törvény, ami nem létezik, de gyakran működik.

A Titius-Bode törvény (5,6) „Titius–Bode law” melyet magyarul kicsit árnyaltabban Titius–Bode-szabálynak neveznek, egy empirikus szabály, amely megadja a bolygók hozzávetőleges távolságát a Naptól. Először 1766-ban jelentette be Johann Daniel Titius német csillagász, de csak 1772-től népszerűsítette és pontosította Johann Elert Bode. A szabály működése feltehetőleg a pályarezonanciák hatásával magyarázható, miszerint a bolygók pályarezonanciái olyan területeket hoznak létre, amelyekben nem alakulhatnak ki stabil bolygópályák. Stabil pályák csak a Naptól való bizonyos távolságokra korlátozódhatnak. Titius-Bode szabálya inkább matematikai érdekesség, mint fizikai törvény.

Johann Elert Bode még természetesen azt hitte, a 2,8 csillagászati egység távolságra felfedezett Ceres a hiányzó bolygó, csillagászati jelet is kapott. A problémák akkor kezdődtek, amikor sorra fedezték fel az újabb és újabb égitesteket hasonló pályákon. Be kellett ismerni, hogy ezek nyilvánvalóan nem bolygók, Sir William Herschel 1802-ben nevezte el ezeket az égitesteket aszteroidának, „csillagszerűnek”. Hamarosan meg is született a hipotézis, hogy bár ezek nem bolygók, de talán egy korábbi felrobbant bolygó törmelékei – ez a hipotetikus bolygó a Phaeton nevet kapta (7).

A Földre érkező meteoritok vizsgálata azonban meglepő eredmény hozott. Noha egy kis részük akondrit, tehát differenciált törpebolygóról származik, többségük mégis a Naprendszer eredeti, nyers, ősi anyagából áll, a kondritokból (8, 9). Az ismert aszteroidák többsége a Mars és a Jupiter pályája között kering a Nap körül, kialakulásukkor a Jupiter hatalmas tömege által keltett pályarezonanciák a megszületett planetezimálok 99%-át eltávolította, maradékuk bolygóvá alakulását pedig meggátolta. A kisbolygóöv tehát olyan égitestekből áll, mely nagyrészt a Naprendszer bolygóinak nyersanyaga, olyan kisbolygókból, melyek nem álltak össze egy nagyobb bolygóvá. A Ceres azonban kivétel.

A Ceres planetológiája

Tudjuk, hogy a Ceres nagyméretű, szferoid, nyilvánvalóan differenciált égitest, nem ősi, egyszerű planetezimál. Lehet-e a Ceres olyan felépítésű, mint a Föld és a föld-típusú bolygók vasmaggal, nehéz szilikátos köpennyel és bazaltos kéreggel? Ennek rögtön ellentmond alacsony sűrűsége, ami 2,077 g/cm³. Másik tény, hogy a Vestával ellentétben, a Ceresről nincsenek beazonosított akondritok.

Problémánk nyitja Naprendszerünk kezdeti ásványtana. Noha Naprendszerünk hozzávetőleges összetétele 98% gáz, 1,5% jegek, 0,5% fémek, ezeknek az anyagoknak az eloszlása nem véletlenszerű. A legtöbb gáz nyilvánvalóan a Napban található, a bolygókat, ezek holdjait, valamint a kisebb égitesteket tekintve a Nap közelében a jegek (vízjég, ammónia és metánjég) természetesen nem stabilok, ezek csak a Naptól messze létezhettek, a kőbolygókat alkotó fémek és szilikátok viszont eltűrték csillagunk közelségét. A Naptól való távolság szerint, ahhoz legközelebbi anyagok a fémek, a szilikátok, távolodva tőle a szén, majd a jegek következnek. A Ceres régiójában a fémek már ritkábbak, gyakoribb a szilikát és a szén, differenciációja tehát elegendő fém hiányában nem volt tökéletes, a kevés radioaktív izotóp nem tudta kellően felmelegíteni az égitestet.

De nézzük csak mit talált a Dawn szondája (10, 11), mely 2015 tavaszán állt pályára a törpebolygó körül. A Ceres gravitációjára és domborzatára vonatkozó információk alapján ki lehet jelenteni, hogy Ceres valóban differenciált égitest. Ceres felszínének albedója 0,09, amely meglehetősen sötét a külső Naprendszer holdjaihoz képest. Ennek oka a Ceres felületének viszonylag magas hőmérséklete, a Dawn által mért maximális hőmérsékletet −38°C volt. Vákuumban a jég nem stabil ezen a hőmérsékleten, a felszíni jég szublimációja által hátrahagyott szenes anyag magyarázhatja a Ceres sötét felületét. Noha felszínét ez a sötét, szenes anyag borítja, kérge jég, hidratált ásványok és evaporitok keveréke. Ez alatt egy túltelített sós vizes réteg, majd a hidratált szilikátokból, agyagokból álló köpeny következik. Mélyebbre már nem „látott” le a Dawn, de feltételezések szerint magja száraz szilikátok és fémek keverékéből állhat, semmiképp sem olvadt, aktív, forró fémmagból (12).

A Ceres belső felépítése a Dawn szonda adatai alapján. Kép: Wikipedia

A Ceres felszínformái is különlegesek. Az égitesten megfigyelhető alacsony kráterek is azt jelzik, hogy viszonylag lágyabb rétegeken, valószínűleg vízjég felett fekszenek. A Kerwan-kráter például rendkívül lapos, 284 kilométer átmérőjű, ami a Tethys és az Iapetus nagy, lapos krátereire emlékeztet. Mérete alapján kifejezetten sekély, és nincs központi csúcsa.

A Kerwan crater. Kép: Wikipedia

Sok hosszú, egyenes vagy finoman ívelt kanyont talált Dawn. Kialakulásukért valószínűleg több különböző mechanizmus is felelős lehet. Ezek némelyike Ceres kérgének a zsugorodása miatt keletkezhetett, amikor a belső hő fokozatosan kisugárzódik az űrbe, a feszültségek megtörhették a sziklás, jeges talajt (13).

Kanyonok a Ceresen. Kép: Wikipedia

A Ceresen huszonkét azonosított hegy (montes) található. Ezek többségének felszínformái az idő múlásával jelentősen eltűntek, és csak a régi kriovulkánok várható alakjának modellezése után azonosították őket. A legismertebb hegyek egyike a Ceresen az Ahuna Mons (14), egy kriovulkán (15), mely körülbelül 6 kilométer magas és 15 kilométer széles. Lejtőin világos csíkok futnak felülről lefelé, melyek valószínűleg sóban gazdag ásványokból állnak. A hegy alacsony kráterszáma azt sugallja, hogy ez a kriovulkán nem lehet 200 millió évnél régebbi, ezt a jég plasztikus relaxációjának modelljei is alátámasztják (15).

Az Ahuna Mons. Kép: Wikipedia

A Ceres törpebolygón számos fényes foltszerű felszínformát (faculae) is felfedezett a Dawn űrszonda 2015-ben. A legfényesebb folt az Occator kráter közepén található, az úgynevezett “5. fényes folt”. 130 fényes területet fedeztek fel Ceresen, amelyekről azt gondolják, hogy sóban – magnézium-szulfát-hexahidritben (MgSO4 · 6H2O) és ammónia-vegyületekben gazdag (16, 17), mely ásványok a Ceres belsejéből származnak.

Az Occator kráter közepén található, az úgynevezett “5. fényes folt”.
Kép: Wikipedia
A Cerealia Facula az Occator kráterben.
Kép: Wikipedia

A Dawn űrszonda egyik legizgalmasabb felfedezése az Ernutet-kráter régiójában talált szerves molekulák voltak. A bizonyítékok arra utalnak, hogy ez a szerves anyag is a Ceres mélyéből,  egy belső, folyékony vizet tartalmazó rétegből származhat (18, 19).

Források:

  1. Asteroid (1) Ceres – Summary, https://newton.spacedys.com/astdys/index.php?pc=1.1.0&n=1
  2. Schmadel, Lutz (2003). Dictionary of minor planet names (5th ed.). Germany: Springer. p. 15. ISBN 978-3-540-00238-3.
  3. Tholen, D. J. (1989). “Asteroid taxonomic classifications”. Asteroids II. Tucson: University of Arizona Press. pp. 1139–1150. ISBN 978-0-8165-1123-5.
  4. The surface composition of Ceres: Discovery of carbonates and iron-rich clays, http://irtfweb.ifa.hawaii.edu/~elv/icarus185.563.pdf
  5. Hoskin, Michael: Bodes’ Law and the Discovery of Ceres. Observatorio Astronomico di Palermo “Giuseppe S. Vaiana”
  6. Bode’s law, https://www.britannica.com/science/Bodes-law
  7. Chisholm, Hugh, ed. (1911). “Phaëthon” . Encyclopædia Britannica. 21 (11th ed.). Cambridge University Press. p. 342
  8. Wood, J.A. (1988). “Chondritic Meteorites and the Solar Nebula”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 16: 53–72
  9. Systematics and Evaluation of Meteorite Classification https://www.lpi.usra.edu/books/MESSII/9014.pdf
  10. “Dawn at Ceres”, https://solarsystem.nasa.gov/system/downloadable_items/2733_dawn-ceres.pdf
  11. Legacy of NASA’s Dawn, Near the End of its Mission, https://www.jpl.nasa.gov/news/legacy-of-nasas-dawn-near-the-end-of-its-mission
  12. Modelling the internal structure of Ceres, https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2015/12/aa27083-15.pdf
  13. Dawn Journal: Ceres’ Intriguing Geology, https://www.planetary.org/articles/0630-dawn-journal-ceres-intriguing-geology
  14. Ahuna Mons, https://planetarynames.wr.usgs.gov/Feature/15409
  15. Ceres takes life an ice volcano at a time, https://phys.org/news/2018-09-ceres-life-ice-volcano.html
  16. Dawn And Ceres: A Dwarf Planet Revealed, https://www.forbes.com/sites/kevinanderton/2016/03/26/dawn-and-ceres-a-dwarf-planet-revealed-infographic/?sh=40e671614c07
  17. New Clues to Ceres’ Bright Spots and Origins, https://www.jpl.nasa.gov/news/new-clues-to-ceres-bright-spots-and-origins
  18. Dawn Discovers Evidence for Organic Material on Ceres, http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6751
  19. The Origin of Organic Matter on Ceres, https://www.calacademy.org/explore-science/the-origin-of-organic-matter-on-ceres

HÍREK: A Dawn és a Kepler alkonya, az Osiris hajnala, közeledés a Naphoz

A Dawn alkonya

Végéhez ért a Dawn űrszonda 11 éves, sikerekkel teli küldetése. Az űreszköz stabilizálásához szükséges üzemanyag kifogyott van, így a szonda működésképtelenné vált: antennái már nem tudnak a Föld felé fordulni, és a napelemtáblái sem fognak a Nap felé nézni, így az energiaellátása is véget ér. Bár ezek után még évtizedekig marad Ceres-körüli pályán, az űrszondáról már nem fogjuk hallani.

A Dawn tizenegy éve igen sikeres volt: két kisbolygóövbeli égitest körül is pályára állt, a Vesta kisbolygó, illetve a Ceres törpebolygó körül. Előbbin felfedezett egy hatalmas hegycsúcsot, a Rheasilvia-kráter közepén magasodó központi csúcsot, melyről kiderült, a marsi Olympus Mons után a legmagasabb hegycsúcs a Naprendszerben.

A Vesta a Dawn felvételén. A kép alsó felén látható a Rheasilvia-csúcs (NASA).

Utóbbin, a Ceres-en többek között felfedezett egy rejtélyes, világos foltcsoportot, az Occator-kráterben, melyről később megállapították, hogy a relatíve sötét égitesten “világító” pontok valójában sókiválások.

A Ceres, középen a rejtélyes Occator kréterrel (NASA).

A Ceres a Dawn felvételeiből összeállított animáción (NASA).

Mivel a Dawn hajtóanyaga bármikor elfogyhat, a NASA biztonsági okokból olyan pályára állította a szondát, melyen legalább két évtizedig stabilan fog a Ceres körül keringeni.

Forrás: NASA

Véget ért a Kepler missziója

A Dawn-nal ellentétben a Kepler missziója már véget ért, az űrtávcsőnek mostanra teljesen elfogyott a hajtóanyaga, így 9 évnyi működés után végleg leállt, továbbra is stabil pályán maradva a Nap körül. Küldetésének évei alatt több, mint 2600 Naprendszeren kívüli bolygót, más néven exobolygót fedezett fel, úgynevezett tranzit módszerrel, melynek során a csillagnak az előtte áthaladó bolygó okozta fényességcsökkenését mérte.  A több, mint 2600 felfedezett bolygó mellett még további 4600 exobolygó-jelölt, illetve 8 apró, lakhatósági zónában található kőzetbolygó felfedezése köthető a Kepler nevéhez.

A Kepler egy festő ábrázolásában. A küldetés rávilágított arra, hogy több bolygó lehet a Galaxisban, mint ahány csillag (NASA/Ames/Wendy Stenzel).

Forrás: NASA

Közeledik a Bennuhoz az OSIRIS-REx

Az OSIRIS-REx, mely december 3-án érkezik meg úticéljához, a Bennu kisbolygóhoz, pár napja egy káprázatos fotóval örvendeztetett meg minket. A montázs október 29-én, az aszteroidától 330 kilométerre készült.

A 330 km-re lévő Bennu aszteroida (NASA).

Forrás: NASA

Rekord közel a Naphoz a Parker Solar Probe

November 11-én kerül ember alkotta űreszköz legközelebb a Naphoz, a Parker Solar Probe mindössze 47 millió kilométerre közelíti meg központi csillagunkat, megdöntve  az amerikai-német Helios-2 1978-as, 43 millió kilométeres rekordját. A Nap külső légkörét vizsgáló űrszondának ez lesz az első “napsúrolása” a 24-ből, melyek során egyre kisebb távolságra suhan el csillagunk mellett.

Forrás: NASA

Szerző: Planetology.hu