Port okádó kutak és gödrök formájában először sikerült közelről megfigyelni, hogyan válik aktívvá egy üstökös magja. Tóth Imre, az MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének kutatója személyében magyar tagja is van annak a nemzetközi kutatócsoportnak, amely az Európai Űrügynökség Rosetta űrszondájával közelről tanulmányozza a 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstököst. A gáz- és porkibocsátási források megfigyelése alapvető ismeretekkel járul hozzá az üstökösök aktivitásának megértéséhez. A kutatócsoport a Nature-ben számolt be eredményeiről.

rosetta_500

A Rosetta a 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstökös közelében (illusztráció)

Forrás: ESA/ATG medialab; ESA/Rosetta/Navcam

Egy üstökös legfontosabb része a szilárd mag, vagyis az a Nap körüli pályán keringő kis égitest, amely szinte változatlan formában őrzi a bolygórendszerünk kialakulásának idején uralkodó fizikai és kémiai viszonyok lenyomatát. Az ilyen értelemben őseredeti objektumok legtöbbje vagy a távoli Oort-féle üstökösfelhőből, vagy a Neptunusz pályáján túli, kis égitesteket tartalmazó régióból származik. A megfigyelhető üstökösök pályaváltozások következtében kerülnek a Naprendszer külső vidékeiről a belső térségbe, s ahogy közelednek a Naphoz, magjuk felszínéről jeges-poros anyag szabadul ki: atomok, ionok, molekulaionok, gázmolekulák, gyökök, valamint porrészecskék. Így képződik a mag körüli por- és gázburok, a kóma (más néven a nevüket adó „üstök”). A Nap elektromágneses sugárzása és a bolygóközi plazmaáramlás, a napszél a kóma anyagát „elfújja”, aminek hatására hosszan elnyúló gáz- és porcsóváik alakulnak ki.

Az Európai Űrügynökség Rosetta űrszondáját azért küldték a 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstökös (67P/C-G) közvetlen közelébe, hogy kiderítsék, valójában hogyan válik aktívvá – azaz gáz- és poranyagot kibocsátóvá – egy üstökös, illetve pontosan mi az üstökösaktivitás mechanizmusa. A szonda műszereivel az aktivitás kezdetétől fogva közvetlen közelről tanulmányozza az üstököst. A megfigyelés időszaka kiterjed a napközelségre (2015. augusztus 13.), amikor az üstökös áthalad pályájának Naphoz legközelebb eső pontján (ekkor lesz a legnagyobb a gáz- és porkibocsátása), majd folytatódik, mikor a Naptól távolodva az üstökös aktivitása alábbhagy.

A 67P/C-G a Jupiter üstököscsaládjához tartozik (más elnevezéssel ekliptikai üstökös). Mai ismereteink szerint a Neptunuszon túli övezetben alakult ki, és onnan került a Naprendszer belső térségeibe. A mintegy 6,5 éves keringési idejű üstökös ellipszis alakú pályáján naptávolban 5,68 CSE-re, napközelben pedig 1,24 CSE-re jár a Naptól (1 CSE = 1 csillagászati egység; ez a közepes Nap-Föld-távolság, azaz 149,6 millió kilométer).

A kezdeti aktivitás megfigyelése

A Rosetta űrszonda 2014. augusztus 6-án állt pályára a 67P/C-G magja körül. Az üstökösmag kis tömege miatt kisebb pályaszakaszokból összetett pályán, sok-sok pályamanőver közbeiktatásával hol közelebbről (mintegy 6 km), hol távolabbról (mintegy 100 km) tanulmányozza a kis égitest felszínét, valamint gáz- és poranyagát. A szonda OSIRIS (Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System) képfelvevő rendszerének kislátószögű (NAC) és nagylátószögű (WAC) kamerái segítségével tanúi lehettünk, ahogy 2014. április-májusának fordulóján nagy, 4,1 CSE (613 millió km) naptávolságban megkezdődött az üstökös gáz- és porkibocsátási aktivitása.

Az egyik legérdekesebb kérdés az, hogy az üstökösmag felszínének mely részéről származik a megfigyelt por, illetve azonosíthatók-e az aktív területek a 67P/C-G magján? Az aktivitás megindulásának megfigyelése és a fenti kérdések megválaszolása még a legnagyobb földi teleszkópokkal sem lett volna lehetséges, de az üstököstől akkor már „csak” mintegy kétmillió kilométerre levő Rosetta fedélzeti műszereivel megfigyelhető volt az aktivitás megindulása.

Rendkívül változatos égitest

Tóth Imre, az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet munkatársa a Rosetta OSIRIS képfelvevő rendszerével készített képfelvételek tudományos kiértékelésében vesz részt egy nemzetközi kutatócsoport tagjaként. A kutatócsoport vezetője Philippe Lamy kutatási igazgató (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, CNRS), illetve az OSIRIS kutatócsoport mérnök-kutató vezetője, Holger Sierks (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen).

Már az OSIRIS első képei is egy kisebb és nagyobb összetevőből álló, rendkívül változatos, meghökkentő felszínű kis égitestnek mutatták a 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstökös magját. Az üstökösmag felszínének ez idáig feltérképezett része a teljes felszínnek mintegy 70 százalékát teszi ki – a déli féltekéje és pólusvidéke ugyanis még sötétségbe burkolózik, csak a napközelsége körüli időszakban fogja a Nap megvilágítani. A felszín már felderített része geomorfológiailag öt különböző területre osztható, amelyek összesen 19 felszíni egységet, régiót alkotnak:

1_abra_tothi_nature_cikk_mta_hir_500px

Az üstökösmag felszínének geomorfológiai régiói.

Forrás: ESA/Rosetta/MPS, OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

A felszín feltérképezése a fedélzeti kamerákkal folyamatosan történt. A Rosetta megérkezését követő első három hónapban 3-7 méteres felbontással készültek felvételek, de egyes kisebb területekről 15-80 centiméteres felbontású képek is születtek. Mindezek nyomán elkészült a felszín nagy méretskálájú geomorfológiai térképe, amelyen 19 felszíni egység különböztethető meg. A kutatók természetesen már el is neveztek egyes felszínformákat, amihez elsősorban az ókori Egyiptomhoz kötődő valós vagy mitikus személyek, földrajzi helyek nevét használták.

Port lövellő kutak és gödrök: először látják az aktivitás pontos forrásait

Arra a kérdésre, hogy melyek az aktivitás fő forrásai az üstökös magján, a Rosetta maghoz közeli pályákon történő vizsgálatai kezdték megadni a választ. A Jean-Baptiste Vincent (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen) által vezetett kutatócsoport – amelynek tagja Tóth Imre is, a Nature-cikk egyik társszerzője – az OSIRIS-felvételeken a 67P/C-G magján megfigyelhető „kútszerű” mélyedéseket vizsgálta. Ezek lényegében henger formájú gödrök vagy lyukak, peremük szabályos kör alakú. A legfeltűnőbbek a mag felszínének Ash, Ma’at és Seth régiójában vannak, átmérőjük 50-300 méter között, mélységük 10-210 méter között mozog.

2_abra_tothi_nature_cikk_mta_hir_500px

Az eddig megvizsgált, felszíni lyukakkal, gödrökkel tarkított területek az Ash, Ma’at és Seth nevű régiókban, amelyek az égitest poranyag-kibocsátásának fő forrásai.

Forrás: Nature-cikk; ESA/Rosetta/MPS, OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Kiderült, hogy ezek a lyukak a forrásai a felszínből sugarasan felfelé kiáramló porsávok, porsugarak (porjetek, röviden jetek) egy részének. A jetek további forrásai például a mag felszínén elszórtan vagy csoportokban megtalálható, néhány métertől néhány tíz méterig terjedő nagyságú, poros-jeges „sziklatömbök”, amelyek persze nem földi értelemben vett kőzetsziklák, hanem kigázosodásra képes poros-jeges blokkok. (Egyéb kigázosodási források is lehetnek a felszínen, amelyek vizsgálatára később kerül sor.)

A többféle aktivitási forrás és a mag változatos felszíni formái a 67P/C-G üstökösmag felszínének nagyfokú heterogenitására utalnak, ami az aktivitás különböző, eddig még fel nem tárt mechanizmusainak, az üstökösmag hosszú idő alatt végbement evolúciójának következménye.

3_abra_tothi_nature_cikk_mta_hir_500px

Az OSIRIS túlexponált felvételén jól látszanak a 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstökös magjának kisebbik összetevőjén, a Ma’at régió területén levő lyukakból kiinduló porjetek (porsugarak, a bal oldali képen balra felfelé), amelyek a szaggatott körvonalon belüli területen vannak (jobb oldali képen balra fent).

Forrás: Nature-cikk; ESA/Rosetta/MPS, OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

A Nature cikke kizárólag a szabályos lyukak, gödrök elemzésére szorítkozik. Több olyan lyuk és gödör OSIRIS-felvétele is szerepel benne, amelyek belsejéből porsugarak (jetek) törnek elő, vagyis a jetek, a porkibocsátási aktivitás jól megfigyelhető jelenségének forrásai közvetlenül is azonosíthatók. Ez fontos előrelépés az üstökösök aktivitási mechanizmusának megismerésében.

4_abra_tothi_nature_cikk_mta_hir_500px

A 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstökös magján, a Seth régió északi részén található lyuk (bal oldali kép), falából porjetek törnek elő, amelyek az OSIRIS kamera túlexponált felvételén a sötét, árnyékos oldalon jól látszanak (jobb oldali kép).

Forrás: ESA/Rosetta/MPS, OSIRIS Team

Beomló üregek árulkodnak az üstökös belső szerkezetéről

A Nature cikkének szerzői leírják, hogyan alakulhatnak ki az ilyen aktív lyukak és gödrök. Eszerint az üstökösmag felszíne alatti, néhány tíz, de legfeljebb száz-kétszáz méteres mélységben egy hőforrás (például a vízjég bizonyos amorf-kristályos fázisátalakulása) kigázosodásra – a vákuumban szublimációra – készteti a vízjeget, aminek következtében egy egyre táguló üreg jön létre. Ebből a gázanyag a mag felszíne felé tör, gyengítve a poros-jeges maganyagot, majd áttöri a felső kérget – illetve a felszín egyszerűen beszakad -, és kialakul a megfigyelhető lyuk, gödör. Ennek a lyuknak a falából továbbra is porsugarak, gázanyagok törnek elő, amelyek jetek formájában figyelhetők meg. Ez fontos eredmény az üstökösök belső szerkezetéről, amelyről eddig csak merész feltételezések léteztek, közvetlen megfigyelések nélkül.

Amikor a 67P/C-G napközelbe kerül, és a Nap megvilágítja az üstökösmag ma még ismeretlen déli féltekéjét és pólusvidékét, érdekes lesz megtudni, hogy a mag eddig fel nem térképezett területén milyen az üstökös aktivitása, és milyen további forrásai vannak a kigázosodásnak és a por kibocsátásának (vannak-e az északi félteke régióiban megfigyeltekhez hasonló aktív lyukak és gödrök).

Feléledt a Philae
A Rosetta leszállóegysége, a Philae 2014 novemberében – viszontagságos leszállás után – a tervezett célpontja helyett egy árnyékos mélyedésben landolt. Mivel kevés napfény érte, 54 órányi, rengeteg értékes adatot szolgáltató működés után akkumulátorai lemerültek, és hibernálta magát, hogy majd napközelben újra feléledhessen.Az üstökösmag körül keringő anyaszonda, a Rosetta fényképei, valamint a Philae mérései alapján hónapokon át próbálták azonosítani a leszállóegység pontos helyzetét, míg végül 2015. június 11-én – korábbi felvételek elemzése nyomán – rábukkantak. Ez önmagában is nagy hír volt, két nappal később azonban a Philaejelet is adott magáról, ami azt jelenti, hogy a vártnál korábban felmelegedtek akkumulátorai, és elég fényt kaptak napelemei ahhoz, hogy újra működni kezdjen.A két egység között azonban egyelőre nem sikerült stabil adatátviteli kapcsolatot teremteni. A Rosetta és a Philae között az ESA összefoglalója szerint összesen hétszer jött létre kapcsolat (június 13-án, 14-én, 19-én, 20-án, 21-én, 23-án és 24-én), de az adások mindegyike szakadozott volt. 19-én kétszer két percig, 24-én már húsz percig élt a kapcsolat, ám ez utóbbi sem volt zavartalan, így csak 80 telemetriai adatcsomagot sikerült letölteni a Philae memóriájából. A problémákat az okozza, hogy huszonnégy óra leforgása alatt nagyjából kétszer „lát rá” a Rosetta a Philae-re, és a hatékony adatátvitelhez pedig 50 percnyi zavarmentes kapcsolatra van szükség. A kölni irányítóközpont jelenleg a Rosetta pályájának módosításával igyekszik ezt elérni, mert stabil kapcsolat híján a Philae sem irányítható. A pályamódosítások során viszont a biztonság a legfőbb szempont, tekintettel az egyre aktívabbá váló üstökösre.

 

További információ:

Tóth Imre
MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet
E-mail: tothi@konkoly.hu
Telefonszám: (1) 391-9360