Múltunk és jövőnk a Naprendszerben Holl András MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézete Vetített változat: http://www.konkoly.hu/staff/holl/petofi/nemesis.pdf Az emberiség a Naprendszerben született, s talán itt is tűnik majd el ha nem vigyázunk, a kelleténél hamarabb. A Földre, a földi életre leselkedő veszélyek közül a legfenyegetőbbek valószínűleg emberi eredetűek környezetszennyezés, háború ám nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a legalapvetőbb feltételek, korlátok természeti eredetűek. Ezek közül is az elsődlegesek ha nem is a legfontosabbak csillagászatiak. Hogyan keletkezett a Föld, hogy jött létre az a csillagászati környezet, ami az élet lehetőségét biztosította, és mennyi ideig marad változatlan? Milyen csillagászati hatások alakították bolygónkat, milyen veszélyek fenyegetnek bennünket? A Föld múltjának és jövőjének megismerését a Naprendszer kialakulásánál kezdjük. Mint egyes alumínium izotópok előfordulási gyakoriságából tudjuk, a Naprendszer kialakulását rövid időn belül (néhány millió év) szupernóvarobbanás előzte meg. Ez a szupernóva nemcsak a szoláris köd nehéz elemekkel való dúsításához járulhatott hozzá, de szerepe lehetett az összehúzódás elindításában is. Az összehúzódó ősködben középen kialakult a Nap, hozzá közel, a melegebb régióban a kőzetbolygók, távolabb a gázóriások. A bolygók Naptól való távolságát égi mechanikai hatások a már összeállt nagyobb ősbolygók és az apróbb bolygócsírák keringési rezonanciái, illetve az apró égitestek kiszórása a nagyok által határozták meg. Rengeteg ütközés is történhetett puha ütközésekkel növekedhettek a bolygók, később pedig a már nagyobb kőzetbolygók ütközései is előfordultak: az Ősföld és egy Mars méretű égitest ütközéséből alakulhatott ki a Föld Hold rendszer, és a Merkúr jelenleg megfigyelhető szerkezete is egy ilyen nagy ütközés során alakulhatott ki. Nézzük meg, milyen nagyobb események befolyásolhatták a múltban a Földet (és az időközben rajta kialakult életet), és mi történhet bolygónkkal a jövőben? *
Nagyobb égitest becsapódása A Hold medencéinek korát vizsgálva azt láthatjuk, hogy nagyjából 4 milliárd évvel ezelőtt rengeteg becsapódás történt, utána pedig ezek száma jelentősen lecsökkent. Kráterekkel borított a Merkúr, a Jupiter Ganümédész holdja, és minden olyan égitest, ahol a kráterek hosszú ideig megmaradhatnak. A becsapódások krátereinek nyomai megtalálhatók a Földön is. A feltevések szerint 65 millió évvel ezelőtt a dinoszauruszok kihalását is egy becsapódás okozhatta. Ismerünk viszonylag fiatal krátereket, mint az arizonai Barringer kráter, közismert a Tunguz meteor esete és évről évre megfigyelik apró, néhány kilogrammos meteoritok hullását. Néhányszor tíz méteres égitest becsapódása már nagy pusztítást végezhet az adott helyen, egy több kilométeres égitesttel való ütközés pedig globális katasztrófát okozhat. A veszélyesség bemutatására dolgozták ki a Torinói skálát. Az úgynevezett Földsúroló kisbolygók közel kerülhetnek hozzánk. A NASA NEO programjának nyilvántartása szerint jelenleg közel 1100 veszélyes égitestet ismerünk. 2004 ben fedezték fel az Apophis kisbolygót (99942, 2004 MN 4 ). Egy ideig a Földdel való ütközés veszélye a Torinói skálán a 2 es értéket érte el, 2029 es ütközéstől tartottak később ez 0 ra csökkent. 2036 ban újabb találkozás történik, mely során kis eséllyel úgy módosulhat a pályája, hogy egy következő találkozáskor összeütközhet velünk. A veszélyes égitestek felderíthetők már eddig is sok program foglalkozott a felfedezésükkel (pl. Catilina Sky Survey), és a jövőben még ambiciózusabb programok várhatók (Pan STARRS és a Large Synoptic Survey Telescope). Vajon ha felfedezünk egy ütközési pályán lévő égitestet, tudunk tenni valamit? A kérdés az, mennyivel az ütközés előtt fedezzük fel. A pálya pontos meghatározásával, és hosszú idő alatt csekély ráhatással az ütközés megelőzhető. Pályastabilitás A Naprendszerben a bolygók nem mindig ott keringtek, mint ma: az óriásbolygók vándoroltak keletkezésük után, ezt már tudjuk. Az Uránusz és a Neptunusz jelentősen közelebb keletkezett a Naphoz, mint ahol jelenleg keringenek. A vándorlás legvalószínűbb oka az apró égitestekkel való kölcsönhatás, a nagyobb égitest egy közeli találkozás során kilövi a kisebbet, miközben saját pályája is módosul csekély mértékben. Sok ilyen esemény már jelentős pályamódosulást okozhat persze ehhez az kell, hogy sok apró égitest keringjen a bolygó közelében. A mai helyzetben ez nem áll fenn. A számítások szerint a Naprendszer a következő egy két milliárd évre stabil. A becsapódások ritkasága az elmúlt néhány milliárd évben szintén erről tanúskodik. Periodikus pályaelem változások
Milutin Milankovics szerb mérnök az első világháború kitörésekor Magyarországon rekedt, internálták. Engedélyt kért, és kapott arra, hogy az MTA Könyvtárában dolgozzon. Internálása során dolgozta ki elméletét, mely szerint a Föld pályaelemeinek és forgástengelyének irányának változásai okozzák a jégkorszakokat. A Földre jutó összes napsugárzás nem változik, de annak időbeli és felszíni eloszlása igen. Hosszú, enyhe, de csapadékos telek, hűvös nyarak eljegesedéshez vezethetnek. Milankovics elméletét Bacsák György finomította, javította, magyarázta. Mai ismereteink szerint a 100 ezer éves pályaexcentricitási és a 40 ezer éves tengelyhajlásváltozási ciklusok valóban kimutathatóak (az antarktiszi fúrómagokban), de nem egyedüli okai a klímaváltozásnak, jelentősebb, más eredetű hatások is vannak. Napállandó A Nap sugárzás erősségének változása is nyilvánvalóan befolyásolja a Földi klímát. Hosszú, milliárd éves távlatban a Nap fejlődésével a sugárzás erőssége is változik. A Nap, mint törpecsillag, milliárd éveken keresztül a Fősorozaton tartózkodik, sugárzása csak kis mértékben és nagyon lassan változik. 4 5 milliárd év múlva, amikor vörös óriás lesz belőle, jelentősen felfúvódik majd, és alighanem felperzseli a Földet. Napaktivitás A naptevékenység a felszínen megjelenő foltok, fáklyák, a flérek (napkitörések) befolyásolják az időjárást. A 11 éves napciklust ki lehet mutatni a fák évgyűrűiben. Ez az időjárási hatás az auróra övben a legerősebb, ez az összekapcsolódás helye: a mágneses tér szerkezete miatt itt hatolhatnak be a Napból érkező töltött részecskék. A középkor során tapasztalt elhidegedést (kis jégkorszak, ~1300 1715) összefüggésbe lehet hozni a Maunder minimummal (1645 1715): a Nap felszínén megfigyelhető foltok alacsony számával. (Korábbi minimumok is lehettek a fák évgyűrűinek tanúsága szerint pl. Spörerminimum.) Az európai festészetben megfigyelhető a téli tájképek gyakori ábrázolása ebben az időszakban (mint az idősebb és a fiatalabb Pieter Brueghel által megfestett Téli táj madárcsapdával ). Mágneses pólusváltás A mágneses dipóltér eltűnése, majd fordított polaritású visszatérése geofizikai jelenség. Csillagászati analógiája a 11 éves napciklushoz tartozó pólusváltás. A földön véletlenszerűen, átlagosan negyed millió évenként történik. A pólusváltás maga viszonylag gyorsan, néhány száz, vagy ezer év alatt megy végbe. Hogy veszélyes e? A mágneses tér véd minket a kozmikus sugárzástól és a Napból származó töltött részecskéktől ezért került a kozmikus veszélyforrások közé. De mint az elmúlt pólusváltások geológiai nyomai mutatják, nem jár
nagy katasztrófával. Talán valamilyen maradványtér vagy indukált tér akkor is marad, amikor a dipóltér eltűnik. Amióta a mágneses teret mérjük, az intenzitása csökken talán egy néhány ezer éven belül bekövetkező pólusváltás előtt állunk? (Az utolsó pólusváltás már több, mint 700 ezer éve volt...) A Föld forgássebességének változása Ez a hatás rendkívül lassú, és egyáltalán nem veszélyes. Geológiai időskálán játszódik le, évszázadonként 1.7 milliszekundummal rövidül a nap hossza. (A Devon korban 385 410 nap volt egy évben.) A lassulás oka a Hold által keltett dagálypúp okozta súrlódás. A Nap keringése a Tejútrendszerben A Nap kb. 230 millió évenként tesz meg egy fordulatot a Tejútrendszer középpontja körül, közben spirálkarokon halad át. A spirálkatokban megnövekszik a csillagokkal, óriás molekulafelhőkkel, porfelhőkkel való találkozás gyakorisága, nagyobb az esélye egy közelben robbanó szupernóvának. A közeli találkozások gravitációs hatása megzavarhatja az Oortfelhő üstököseit, melyek a Naprendszer belső terébe jutva megnövelhetik az ütközések valószínűségét. Találkozás egy másik csillaggal Nem az ütközés a veszély ennek nincsen számottevő valószínűsége hanem a már említett perturbáló hatás. Nem csak a spirálkarokon való áthaladáskor történhet meg, akkor csupán valószínűbb. Felmerült az ötlet, hogy a Napnak egy nagyon távoli kísérője erősen elnyújt pályán keringve periodikusan zavarhatná meg az Oort felhőt (ez lett volna a Nemesis), de erre semmilyen komoly bizonyíték nincs. A Gliese 710 jelű csillag jelenleg 63 fényévre van, 1 millió év múlva 0.75 fényév távolságban halad el mellettünk. Szerencsére nagyon gyorsan elszáguld mellettünk, talán kevéssé zavarja meg az Oort felhőt. Közeli szupernóva Egy közeli szupernóva robbanás bizonyára okozhatna jelentős pusztulást a Földön, A számítások szerint galaxisunkban 20 200 évente történik szupernóvakitörés. Szerencsére egy II. típusú szupernóva csak kb. 10 parszeken belül lenne veszélyes, és ilyen távolságban nem számíthatunk rá. A nagyobb energiafelszabadulással járó, I. típusú kitörés már egy nagyságrenddel messzebbről is veszélyes lehetne. Talán egy gammakitörés? (Szupermasszív csillag összeomlása vagy két neutroncsillag összeolvadása.) Szerencsére a valószínűség kicsi. A Tejútrendszerben talán millió évente lehet számítani egyre, és mivel a sugárzásuk erősen nyalábolt, annak igen kicsi a valószínűsége hogy a Naprendszer felé irányuljon.
Galaxisütközés Úgy két milliárd év múlva a Tejútrendszer összeütközik az Androméda köddel. A csillagok nem ütköznek össze, sokkal sokkal kisebb az esélye egy ütközésnek mint golyós puskával találomra madárrajba lőve eltalálni egy madarat. A csillagok eloszlása persze megváltozik, a Nap kikerülhet egy, a galaxisközi térbe kihúzódó csóvába. A galaxismagok fekete lyukainak összeolvadása aktív galaxismagot hoz létre valószínűleg de ez a magoktól várhatóan távolabb maradó Naprendszert nem nagyon érinti majd remélhetőleg. * Bármilyen veszélyeket jelent csillagászati környezetünk, megnyugtathat bennünket a geológiai múlt bizonysága: kihalások, katasztrofális események csak ritkán történtek és szerencsére a Föld, az élővilág egésze akkor sem pusztult el. Nagy kihalási események között évszázmilliók teltek el. Nem csupán veszélyeket jelent a Földre nézve a csillagászati környezet. Lehetőségeket is: a Nap felfúvódásakor talán kiköltözhet az emberiség a Jupiter vagy a Szaturnusz valamelyik holdjára. Addig pedig az űrkutatás számára nyersanyagokat bányászhatunk a kisbolygókon vagy üstökösökön...