Az űrkutatás költséges mulatság. Nemcsak az eszközöket felrepítő rakéták drágák, de drága a kapcsolattartás is, és jelentős személyzet kell a szonda pályájának folyamatos tervezéséhez, működésének fenntartásához, az adatfolyam kezeléséhez, archiválásához, feldolgozásához. Sajnos volt példa arra, hogy még működőképes szondát „adtak fel”, mert kellett az antenna, a személyzet és főképp a pénz más űrmissziókhoz. E szót érdemes megjegyezni, hiszen a szonda csak a jéghegy látható csúcsa: a szonda, az őt életben tartó háttér, az emberi tudás és szervezettség együtt alkotja a missziót.
Az űrmissziók drágák. Egy „olcsó” kis küldetés költsége 150 millió dollár, a nagy, drága misszióké meghaladja az egymilliárdot is. Ezért az űrkutatásban önálló nemzeti missziók ma gyakorlatilag nem léteznek. Egy-egy űrmisszió „összerakása” nagyon izgalmas feladat. Magam is több ilyen munkában vettem részt: a Halley-üstökös kutatását végző Vega-szondák építésében, egy – sajnos balul sikerült – leszállóegység megalkotásában, amely a Mars Phobos nevű holdjára szállt volna le, jelenleg pedig az Európai Űrügynökség Rosetta-missziója leszállóegységének építésében, amely 2011-ben száll le a Wirtanen-üstökösre.
De vajon mi újat tudtunk meg Naprendszerünkről az űrmissziók segítségével?
A Naprendszer látható összetevői – a Nap, a bolygók, az aszteroidák és az üstökösök – nagyjából ismertek. Az utóbbiak abból az ősanyagból maradtak meg, amely nem épült be a bolygókba. Talán kevésbé ismertek a Naprendszer láthatatlan komponensei: por, sugárzások, töltött és semleges részecskék. Az űrkorszak egyik legfontosabb felfedezése a láthatatlan plazmaáramlások jelentőségének, szerepének feltárása volt. E láthatatlan komponens energiát és impulzust szállít, kapcsolatot teremt a látható összetevők között.
Mit tudunk a Naprendszer további elemeiről?
Kezdjük a Nappal! A Földről a Napot csak nagyon speciális szögből, nevezetesen mindig az ekliptika síkjában vizsgálhatjuk. Az első (és mindmáig egyetlen) szonda, amely e síkból kilépve felülről és alulról is vizsgálta a Napot, az Európai Űrügynökség Ulysses-szondája volt, ez mind a mai napig működik. A Napról nagyon sok új adatot gyűjtött a Soho-űrszonda, most elsősorban ennek az adatait használjuk.
A Napot a belső magban lezajló fúziós folyamatok, a hidrogén – és egyéb könnyű atommagok – egyesülése fűti. Ez a folyamat csak a Nap legbelsejében zajlik, onnan a hő sugárzás formájában terjed, majd a külső rétegekben az áramlási folyamatok dominálnak. A hő a Nap anyagában heves ütközéseket vált ki, az anyag jelentős része plazmaállapotba kerül.
Különböző hőmérsékletekhez más és más spektrális tartomány tartozik, ezért a Nap képe is különbözik attól függően, hogy milyen hullámhosszúságú sugárzásokat figyelünk meg. A Nap felszínén a plazma mozgása a bonyolult szerkezetű mágneses erőtereket követi. A Nap mágneses tere hasonlít egy dipol teréhez, bár attól el is tér. A sarki részről kiinduló, balerinaszoknyaszerű alakot mutató mágneses erővonalak a Naprendszer távoli vidékeire is elnyúlnak, az egyenlítői részen pedig a Nap felszínén záródnak. A napfoltok kialakulása a lokális mágneses tér zavaraival kapcsolatos, ezért van időbeli kapcsolat a napfoltok és a Nap mágneses pólusváltásai között.
A Nap látható felszíne és az afelett elhelyezkedő kromoszféra feletti tartomány a napkorona: ez szabad szemmel a napfogyatkozások alkalmával figyelhető meg. A korona anyaga nagyon híg, de igen forró; a fűtés mechanizmusát még ma sem értjük. A benne levő töltött részecskék sebessége igen nagy, a Nap északi és déli pólusai közelében eléri a 800–1000 kilométer/szekundum sebességet, az egyenlítői tartományban átlagosan 300–400 km/s. A Napból folyamatosan kiáramló anyag a napszél. Időnként igen gyors és heves anyagkilövellések történnek: ezek során sok száz Gellért-hegynyi anyag kerül a Naprendszerbe. A Nap folyamatairól sokat megtudhatunk, ha a kilövellések során kiáramló, nagy energiájú részecskéket vizsgáljuk. Ezeket a Soho fedélzetén működő Lion nevű detektor méri (amely részben magyar, a KFKI–RMKI-ban épített egységeket is tartalmaz).
Műszereinkkel ma már belátunk a felszín alá, észleljük a Nap rengéseit, a felszín alatti hatalmas áramlásokat, a felszíni mágneses struktúrák mélybeli szerkezetét. A Nap aktivitása sokfajta periodicitást mutat: közülük a legfontosabb a Nap mágneses pólusainak változásával kapcsolatos 11 éves periodicitás.
A Napból kiáramló anyag kölcsönhatásba lép a bolygók környezetében található mágneses térrel és töltött részecskékkel. Ez utóbbiak a légkör legfelső rétegeinek anyagából keletkeznek a Nap ultraibolya sugárzásának hatására, de könnyen kiszabadulnak a bolygók vonzásából. Kölcsönhatásaik eredményeként speciális plazmaszerkezet alakul ki a bolygók körül: a bolygó magnetoszférája, amelyben éles határok választják el a különböző plazmatartományokat. A magnetoszféra alakja a bolygó körüli és a Napból kiáramló plazma kölcsönhatásából alakul ki. A bolygó magnetoszférája eltéríti a világűrből érkező anyag egy részét, és pajzsként véd a Nap káros sugárzásai ellen. A kölcsönhatás egyik érdekes formája a hullámok keletkezése, ezek frekvenciája gyakran esik a hallható tartományba: ha az antennához hangszórót kötünk, hallhatjuk a szférák modern zenéjét.
A napszél egy része a mágneses bolygók esetében a mágneses pólusoknál beáramlik, és sarki fényt okoz. A sarki fény a Föld felszínéről nézve vibráló, színes függönyszerű tünemény, az űrszondákról nézve glóriaként veszi körbe a sarkokat. E jelenséget valamennyi mágneses bolygónál megfigyelték.
Bár a napszélben az energia sűrűsége sokkal kisebb, mint a napfényé, a magnetoszféra képes felhalmozni e kis energiákat, amely gyors mágneses viharok formájában szabadul fel, s kihat a földi folyamatokra is. Például egy nagy mágneses vihar miatt Kanadában egyszer olyan zavar keletkezett, amely hosszú országos áramkimaradást okozott. Áramok keletkeznek a nagy olajvezetékekben, de a Föld felszíni rétegeiben is. A nagy napkitörések zavarokat okoznak a műholdak elektronikai rendszereiben, megzavarva akár a földi távközlést is. Ma már védekeznek ezek ellen.
A naptevékenység hatását a földi jelenségekre űridőjárásnak nevezzük. A Nap megfigyelése az űrből és a Föld környezetében levő műholdak lehetővé teszik a nagy napkitörések néhány napos előrejelzését. Régóta vitatott kérdés, hogy a Nap működése kihat-e a földi időjárásra. Lassan egyetértés alakul ki abban, hogy létezik ilyen kapcsolat: például a Nap ultraibolya sugárzása befolyásolja az ózonkeltést, s ez kihat a légkör cirkulációjára. Vagy: a napszél befolyásolja a felső légkör elektromos jellemzőit, ez hat az alsóbb rétegekre is, a naptevékenység csökkenése idején pedig a behatoló töltött részek befolyásolják a felhőképződést. Valószínűleg hosszú távú hatások is vannak, de egyelőre kevésbé bizonyíthatók.
A Nap mellett az űrmissziók fontos célpontjai az üstökösök, amelyek a Naprendszer kialakulásával egy időben keletkeztek a Naptól távolabbi részeken, így gyakorlatilag változatlan formában őrzik a Naprendszer ősanyagát, ezért vizsgálatukkal mintegy visszanyúlhatunk a múltba.
A jégből és porszemcsékből álló üstökösmag leginkább piszkos hógolyóhoz hasonlít. Az üstökösök színét a piszok határozza meg, ezért talán a Naprendszer legsötétebb objektumai. Időnként különböző okokból visszakerülnek a Nap közelébe, ekkor a központi égitest melegének hatására anyagkiáramlás indul meg felszínükről: a látványosan távozó gáz és por alkotja az üstökösök látható kómáját és csóváját. Az első üstökös, amelynek magját emberi szem megpillantotta, a Halley-üstökös volt. 1986-ban a Vega-szondákra épített magyar–orosz–francia kamerák küldték az első képet a magról, három nappal később az ESA Giotto-szondája is lefényképezte. A mag szabálytalan alakú, legnagyobb átmérője mintegy 16 kilométer. A kiáramló gáz és por kölcsönhatásba lép, ez alakítja ki a látható, kilövellésszerű struktúrákat. Azóta a NASA egyik missziója lefényképezte a Borrelli-üstökös magját is. Fontos lenne azonban az üstököst alkotó anyagot közvetlenül is elemezni: ezt a feladatot tűzte ki az ESA Rosetta-missziója, amelyet január 13-án indítanak. Hosszú útja lesz, csak 2011-ben ér a Wirtanen-üstököshöz, és le is száll rá. E miszszióban jelentős a magyar részvétel: a KFKI–RMKI, a KFKI–AEKI és a BME munkatársai építették a fedélzeti elektronika egy részét.
S most lássunk néhány érdekességet a bolygókról!
Az utóbbi évek izgalmas eredménye annak kimutatása, hogy a Marson volt és van víz. A mai felszíni viszonyok olyanok, hogy az alacsony nyomás és hőmérséklet miatt a víz azonnal elpárolog. Mégis számos vízfolyásnyomot találtak a felszínen. A hatalmas kanyonok, vízmosások hálózata sok víz korábbi jelenlétére utal. A Mars-kutatás egyik nagy kérdése: hová lett ez a vízmennyiség? A Mars Odyssey űrhajón egy speciális neutrondetektor is van, amely a felszín alatti anyagokból a kozmikus sugárzás miatt kilökött neutronokat méri. A sarkok körül e neutronok száma nagyon kicsi, ami neutront elnyelő közeg jelenlétére utal: ez lehet víz is. A Mars időjárása igen változatos, a földihez hasonló évszakokkal. Gyakori a felszíni szél, és ismertek a hatalmas porviharok.
A Jupitert és holdjait több éven át vizsgálta a NASA Galileo-szondája. A Naprendszer legnagyobb bolygója hatalmas, befelé egyre sűrűsödő gázgömb, belsejében a gáz a növekvő nyomás hatására folyékonnyá, majd szilárddá válik. Felszíni jelenségei közül a „nagy vörös folt” a legismertebb. Ez mintegy 150 éve ismert turbulenciajelenség, de szerkezete igen gyorsan változik. A Jupiter felhőiben vizet és ammóniát is kimutattak, villámlásokat észleltek.
A Jupiter egyik holdját, az Europát jég borítja, a felszínt hatalmas rianások szabdalják. A mágneses tér vizsgálatából arra következtetnek, hogy a jég alatt folyékony víz található, erre utalnak a jégen látható olvadási foltok. A folyékony víz jelenléte miatt sokan azt gyanítják, hogy az Europán élet is kialakulhatott.
Összegzésként elmondhatjuk, hogy a Naprendszert kutató űrmissziók megerősítették, miszerint a fizika alaptörvényei mindenütt azonosak. Ennek ellenére igaz, hogy a szondák csaknem mindenütt más jelenségeket tártak fel, mint amit az emberek korábban a karosszékekben gondolkodva vártak. Talán a legérdekesebb általános tanulság, hogy a Naprendszer egységes egészként érthető meg: a Nap és a bolygók a láthatatlan plazmakomponens jelenléte miatt állandó kölcsönhatásban vannak, de befolyásolják az eseményeket a közeli csillagközi térben lejátszódó folyamatok is. Ezért Naprendszerünket folyamatos mozgás és átalakulás, egység és sokféleség, állandóság és változatosság jellemzi.
A Naprendszer kutatásában a magyar hozzájárulás is jelentős. Fontos lépés a Halley-üstökös megismerése a Vega-szondákon repülő, a KFKI-ban és a BME-n készült elektronikák segítségével, majd ennek folytatása a Rosetta-misszió keretében. A Mars kutatásában az orosz Fobosz-szondákra készültek műszerek a KFKI-ban, a KFKI–RMKI részt vesz a Marsra leszálló Netlander építésében. Ugyanitt készült elektronika repül a Soho-szondán, részt veszünk a Cluster- és Ulysses-missziók adatfeldolgozásában. Az ELTE kutatói berendezést építettek a Föld térségében észlelhető hullámjelenségek vizsgálatára is. A Szaturnusz felé repülő Cassini-szonda szintén a KFKI–RMKI mérnökeinek közreműködésével jött létre. Bekapcsolódtunk a NASA tervezett Stereo-missziójába is. Nagyon remélem, hogy a későbbi űrmissziók adatainak feldolgozásába a fiatal magyar kutatók közül is bekapcsolódnak majd néhányan.
*
A fenti szöveg a november 25-én elhangzott előadás rövidített, szerkesztett változata.
Az előadás megtekinthető november 30-án (szombaton) a Duna Televízióban 13.10-től, december 1-jén (vasárnap) 13.00-tól az MTV-n, valamint 22.50-től az M 2-n.
A Mindentudás Egyetemének következő előadása december 2-án 19.30-kor kezdődik a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem informatikai épületének B28-as előadójában (Budapest XI., Magyar tudósok körútja 2/B).
Az előadások teljes szövegét a hozzászólásokkal és a vitával együtt a www.mindentudas.hu weblapon találják meg az érdeklődők.
Rétvári Bence
Ha Brüsszelen múlt volna, nem épült volna meg az ultramodern egészségház
