Elmélkedő csillagpor I. – Hol vagyunk mi, és hol vannak mások? Vannak mások?! – Fröhlich Viktória

Értsük meg a Naprendszert!

Az emberiséget időtlen idők óta foglalkoztatja, vajon hogyan keletkeztek az éjjeli egünket pettyező csillagok – és hogy ezek körül létezhet-e, kialakulhat-e a földihez hasonlóan burjánzó, komplex élet. Jelen cikksorozat első részében utunk a Naprendszer és az exobolygók felfedezéséhez kapcsolódó tudományos elképzelések áttekintésével indul. A második részben egy bolygóvá váló porszemcse rögös életútját járjuk majd be. Végül a harmadik részben az élet kialakulásához szükséges feltételek kerülnek célkeresztbe – hogy mindez mennyire gondolatébresztő, kísérleti alapon alátámasztott vagy éppen spekulatív, arról már maga az Olvasó dönthet.

Kalandunkat kezdjük ott, ahol otthon érezzük magunkat: a Naprendszerben. A Naprendszer keletkezésének és fejlődésének megértése ugyanis kulcsfontosságú, ha más csillagrendszerek sorsát is vizsgálni szeretnénk. Nem mehetünk el szó nélkül a mellet, hogy a saját csillagrendszerünk az egyetlen, ahol közvetlenül tanulmányozhatjuk a Földön kívüli égitesteket, amelyekről mintákat is hozhatunk laboratóriumainkba.

A Naprendszer szerkezetéről sokáig nagyon egyszerű kép élt bennünk: csillagunk, a Nap körül nyolc (vagy kilenc – attól függ, csillagászokat, égi mechanikusokat, vagy Walt Disney-t kérdezi-e az ember) nagybolygó kering. A bolygók körül holdak járják útjukat; a gázóriások (Jupiter, Szaturnusz) esetében a számuk a százat is meghaladja Ezek a holdak, annak ellenére, hogy távol keringenek a Naptól, akár az élet számára is kedvező környezetet rejthetnek. Ez utóbbi témára részletesen visszatérünk a következő cikkekben. A bolygóközi térben ezen felül aszteroidák és üstökösök ezrei keringenek. Keletkezésük, sorsuk és különös tulajdonságaik részletes tárgyalása már túlmutat ennek az írásnak a keretein, és egy külön cikksorozatban fogunk visszatérni rá.
Első pillantásra tehát Naprendszerünk felépítése aránylag egyszerűnek tűnhet: Nap, bolygók, holdak, aszteroidák. Könnyű volna azt gondolni, hogy a Naprendszer leírása viszonylag kevéssé összetett tudomány, és a csillagászok már minden lényeges kérdést megválaszoltak. Ha így gondoljuk, tévedünk.

Már az is számos kérdést vet fel, hogy a nagybolygók mindegyike miért kering szinte tökéletes körpályán, közel ugyanabban a kitüntetett síkban? Vagy hogy a bolygótömegek eloszlása miért olyan furcsa: a Mars túl kis tömegű, az Uránusz és a Neptunusz helyzete pedig mintha felcserélődött volna. Aztán ott a kérdés, hogyan alakulhatott ki a Föld viszonylag rövid idő alatt úgy, hogy közben temérdek víz megmaradt a felszínén? És vajon hogyan magyarázható az aszteroidaöv hosszú távú stabilitása? Ezek a kérdések ma is foglalkoztatják a szakma élén járó csillagászokat és űrkutatókat.

Egy kis történelem…

Lépjünk most egy kicsit hátrébb – hiszen nem lehet jó előadást vagy cikket írni anélkül, hogy el ne hangozzék: „már az ókori görögök is”. Jöjjön hát egy ilyen mondat. (Ha a kedves Olvasó ezen a ponton a történelemlecke helyett inkább az exobolygók vadítóan változatos világába utazna, nem hibáztatom túlságosan. Ugorjon pár bekezdéssel lejjebb – de az olvasást méltóztassék nem abbahagyni!)

Már az ókori görögök is elgondolkodtak arról, vajon hogyan keletkezhetett a Naprendszer. Az egyik legelfogadottabb elképzelés szerint, melynek egyik fő szószólója Anaxagoras volt, csillagunk és a körülötte keringő bolygók egy összehúzódó por- és gázfelhőből alakultak ki. A későbbi korok nagy gondolkodói közül is sokan, többek közt Descartes, Kant és Laplace hasonló következtetésre jutottak. Az összehúzódó csillagbölcső hipotézise később nebuláris elmélet néven vált ismertté.

Népszerű volt azonban a katasztrófaelmélet és a befogási elmélet is. Előbbiben a Naprendszer egy másik csillaggal való ütközés törmelékeként született volna; utóbbiban pedig azt feltételezték, hogy a Nap valamiképp „elcsente” bolygóit egy másik csillagtól. Kérdem én – sok más tudóssal együtt, fejemet ingatva -, akkor a másik csillag körül mivel magyarázzuk a bolygók keletkezését? Látva a befogási elmélet elegáns kitérését, és lelki szemeink előtt felidézve a csillagok közti ütközés elenyésző valószínűségét, szóljunk inkább arról, miért volt (lényegében) igaza Anaxagorasnak és a nebuláris elmélet híveinek.

Anaxagoras igazolásához most elsősorban nem a Naprendszer példájára fogok támaszkodni. A mi csillagrendszerünk (amint azt a cikksorozat utolsó harmadában majd részletezem) bizonyos szempontból roppant különleges a Galaxisban. Ezzel szemben mára ötezernél is több olyan csillagrendszert ismerünk, amelyben bolygók keringenek. Ezek adnak remek alapot egy statisztikai elemzéshez: segítségükkel következtetéseket vonhatunk le arról, hogyan viselkednek általában a bolygórendszerek.

Bolygók mindenütt!

A Naprendszeren kívüli bolygók, azaz az exobolygók felfedezése egészen az 1980-as évek végéig váratott magára. Az első nagy találatok (köztük Mayor és Queloz 1995-ös felfedezése, amely 2019-ben Nobel-díjat is ért) a nyolcvanas-kilencvenes évek „egyslágeres” rockbandáira emlékeztettek: ritkán jöttek, nagyot szóltak, és úgy tűnt, nincs két hasonló eset. Akkoriban az exobolygók ritkaságnak, kivételnek számítottak, és nem volt két bolygó, ami hasonlított volna egymásra.

Tekerjünk azonban előre néhány évtizedet! Kerüljünk közeli kapcsolatba a modern űrtávcsövek precíz kameráival és spektrográfjaival, és a felfedezések száma máris robbanásszerűen növekedni kezd.

Az exobolygók gyakorisága ma már megkérdőjelezhetetlen: a mérések alapján nyugodtan mondhatjuk, hogy a bolygók legalább annyira gyakoriak, mint a csillagok. Ha az adatokat kivetítjük a teljes Galaxisra, átlagosan akár 2-3 bolygó is juthat egy csillagra. És nem csak az exobolygók száma hajmeresztő: változatosságuk a legvadabb fantáziájú csillagászokat is elképeszti. Méretük, összetételük, pályáik bonyolultsága olyan gazdag képet mutat, hogy az ember óhatatlanul is újragondolja Naprendszerünk átlagosságát…

Az elmúlt évtizedekben a saját csillagrendszerünkben ismeretlen bolygótípusok sokaságát fedezték fel a kutatók: néhány földtömegű, sziklás szuperföldek; csillagukhoz a Merkúrt is megszégyenítően közel keringő forró jupiterek; illetve a Naprendszer gázbolygóinál jóval kisebb tömegű, de még mindig jelentős gázburkot hordozó mini-Neptunuszok. És ez még korántsem minden! Bolygókat találtak „halott” csillagok (fehér törpék és pulzárok) körül, kettőscsillag-rendszerekben (ugye mindenkinek megvan a Csillagok háborúja Tatooine-ja?), sőt olyan jelölteket is ismerünk, amelyek anyacsillag nélkül, a csillagközi térben kóborolnak.

A csillagászok feladata ezzel megsokszorozódott. A sokféleség megértéséhez már nem elég a Naprendszer keletkezéstörténetének felvázolása: általánosabb képre van szükségünk. A következő részben ezt a „tágabb” képet fogom felrajzolni, ezúttal egy kozmikus porszemcse perspektívájából, végigkövetve a bolygókeletkezés izgalmas és veszélyes lépéseit.

Az írás alapjául szolgáló előadás 2023-ban a Visegrádi Mátyás Király Művelődési Házban, majd ugyanebben az évben a VEGA’23 táborban  hangzott el. Köszönet illeti Csizmadia Ákost a meghívásért.

Related posts:

Széteső bolygók fehér törpecsillagok körül – Fröhlich Viktória Élet nyomai egy bekebelezett bolygón? – Lemeztektonika a Földön kívül – Fröhlich Viktória Gondolatok exoholdakról és lakhatóságukról – Fröhlich Viktória Extrém körülmények között II. – Élet egy naptalan égbolt alatt? – Fröhlich Viktória Az NGC- és IC-katalógusok és összeállítójuk: John Louis Emil Dreyer (1852-1926) – Csizmadia Szilárd