Múltunk és jövőnk a Naprendszerben

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 alumínium­izotópok 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 Mars­méretű égitest ütközéséből alakulhatott ki a Föld­Hold 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  Tunguz­meteor 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 Torinói­skálát. Az úgynevezett Földsúroló  kisbolygók közel kerülhetnek hozzánk. A NASA NEO programjának nyilvántartása szerint  jelenleg közel 1100 veszélyes égitestet ismerünk. 2004­ben fedezték fel az Apophis kisbolygót  (99942, 2004 MN4). Egy ideig a Földdel való ütközés veszélye a Torinói­skálán a 2­es értéket  érte el, 2029­es ütközéstől tartottak ­ később ez 0­ra csökkent. 2036­ban 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 egy­két milliárd évre stabil. A becsapódások  ritkasága az elmúlt néhány milliárd évben szintén erről tanúskodik. ­ Periodikus pályaelem­változások

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 tengelyhajlás­ változási ciklusok valóban kimutathatóak (az antarktiszi fúrómagokban), de nem egyedüli okai  a klímaváltozásnak, jelentősebb, más eredetű hatások is vannak. ­ Napállandó A Nap sugárzás­erősségének 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. 4­5 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 auróra­övben 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, ~1300­1715) összefüggésbe lehet  hozni a Maunder­minimummal (1645­1715): a Nap felszínén megfigyelhető foltok alacsony  számával. (Korábbi minimumok is lehettek a fák évgyűrűinek tanúsága szerint pl. Spörer­ minimum.) 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 veszélyes­e? 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 385­410 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 Oort­ felhő 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 Oort­felhőt (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 Oort­felhőt. ­ Közeli szupernóva Egy közeli szupernóva­robbanás bizonyára okozhatna jelentős pusztulást a Földön, A  számítások szerint galaxisunkban 20­200 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 Androméda­köddel. A csillagok  nem ütköznek össze, sokkal­sokkal 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...