Űrodisszeák

Hideg, sötétség, végtelen magányosság – gyakran e szavakkal jellemezzük a világűrt. Pedig tele van mozgással, változással, csodálatosan aktív tevékenységgel. E folyamatok nagy részét azonban érzékszerveink nem érzékelik. Ahhoz, hogy megismerjük őket, műszereket kell építenünk és célba juttatnunk. Mit találtak a műszerek, és milyennek látjuk ma ennek alapján Naprendszerünket? – e kérdéssel indította Szegő Károly fizikus a Mindentudás Egyeteme múlt heti előadását.

–
2002. 11. 30. 0:00
VéleményhírlevélJobban mondva - heti véleményhírlevél - ahol a hét kiemelt témáihoz fűzött személyes gondolatok összeérnek, részletek itt.

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.

Ne maradjon le a Magyar Nemzet legjobb írásairól, olvassa őket minden nap!

Google News
A legfrissebb hírekért kövess minket az Magyar Nemzet Google News oldalán is!

Portfóliónk minőségi tartalmat jelent minden olvasó számára. Egyedülálló elérést, országos lefedettséget és változatos megjelenési lehetőséget biztosít. Folyamatosan keressük az új irányokat és fejlődési lehetőségeket. Ez jövőnk záloga.