csillagászat

tanulási célok

e szakasz végére képes lesz arra, hogy:

  • írja le a Kentaur objektumok tulajdonságait
  • Krónika a felfedezésről és az Oort-felhő összetételének leírása
  • írja le a transz-neptuniai és a Kuiper-öv objektumait
  • magyarázza el a belső naprendszerbe belépő üstökösök javasolt sorsát

az üstökösök, amelyeket észreveszünk, amikor a Föld közelébe kerülnek (különösen azok, amelyek először jönnek), valószínűleg a legprimitívebb tárgyak, amelyeket tanulmányozhatunk, évmilliárdokig változatlanul megőrizve a külső naprendszer mélyfagyasztásában. A csillagászok azonban sok más tárgyat fedeztek fel, amelyek a Nap körül keringenek a bolygókon túl.

kentaurok

1. ábra: Chiron pályája. A Chiron 50 évente kering a Nap körül, a legközelebbi megközelítése a Szaturnusz pályáján belül, a legtávolabbi megközelítése pedig az Uránusz pályáján kívül van.

a külső naprendszerben, ahol a legtöbb objektum nagy mennyiségű vízjeget tartalmaz, az aszteroidák és az üstökösök közötti különbség megszakad. A csillagászok kezdetben még mindig az “aszteroidák” nevet használták azokra az új tárgyakra, amelyeket a Nap körül keringve fedeztek fel olyan pályákkal, amelyek messze túlmutatnak a Jupiteren. Az első ilyen tárgy a Chiron, amelyet 1977-ben találtak egy olyan úton, amely a Szaturnusz pályáján belül, a Naphoz legközelebb eső megközelítésével szinte az Uránusz távolságához vezet (1.ábra). A Chiron átmérője körülbelül 200 kilométer, sokkal nagyobb, mint bármely ismert üstökös.

1992-ben egy Pholus nevű, még távolabbi objektumot fedeztek fel, amelynek pályája 33 AU a naptól, a Neptunusz pályáján túl. A pholusnak van a legvörösebb felülete a naprendszer bármely objektumából, ami egy furcsa (és még mindig ismeretlen) felületi összetételre utal. Ahogy egyre több tárgyat fedeznek fel ezeken a távoli területeken, a csillagászok úgy döntöttek, hogy a klasszikus mitológiából származó kentaurok nevét kapják; ez azért van, mert a kentaurok félig emberek, félig lovak voltak, és ezek az új tárgyak mind az aszteroidák, mind az üstökösök tulajdonságait mutatják.

a Neptunusz pályáján túl egy hideg, sötét birodalom található, amelyet egyszerűen transz-neptuniai objektumoknak (TNO) nevezett objektumok népesítenek be. Az első felfedezett és legismertebb ilyen TNO-k a Plútó törpe bolygó. Megbeszéltük, hogy a Plútó és a New Horizons űrszonda gyűrűkben, Holdakban és Plútóban találkozik vele. A második TNO-t 1992-ben fedezték fel, és ma már több mint ezer ismert, legtöbbjük kisebb, mint a Plútó.

a Plútó utáni legnagyobbakat—Eris, Makemake és Haumea—szintén törpebolygók közé sorolják. Kis méretük kivételével a törpebolygóknak sok közös tulajdonságuk van a nagyobb bolygókkal. A Plútónak öt holdja van, és két holdat fedeztek fel a Haumea körül, és egy-egy kering az Eris és a Makemake körül.

a Kuiper-öv és az Oort-felhő

a TNO-k az úgynevezett Kuiper-öv részét képezik, amely a Neptunuszon túli nagy terület, amely számos üstökös forrása is. A csillagászok kétféle módon tanulmányozzák a Kuiper-övet. Az új, erősebb távcsövek lehetővé teszik számunkra, hogy közvetlenül felfedezzük a Kuiper-öv nagyobb tagjait. Megmérhetjük a Kuiper-övből származó üstökösök összetételét is. Több mint ezer Kuiper-öv objektumot fedeztek fel, és a csillagászok becslése szerint több mint 100 000 100 kilométernél nagyobb átmérőjű korong található a naptól körülbelül 50 AU-ig terjedő korongban.

úgy gondolják, hogy a rövid periódusú üstökösök (például Halley) a Kuiper-övből származnak, ahol a Neptunusz kis gravitációs zavarai fokozatosan elmozdíthatják pályájukat, amíg be nem tudnak hatolni a belső naprendszerbe. A hosszú periódusú üstökösök azonban egy sokkal távolabbi jeges tárgyak tározójából származnak, az úgynevezett Oort-felhőből.

2. Ábra: Jan Oort (1900-1992). Jan Oort először azt javasolta, hogy a nap gravitációs hatásának régiójában lehet egy fagyott darabok, potenciális üstökösmagok tározója. (forrás: Leiden Observatory)

a hosszú periódusú üstökösök pályáinak gondos tanulmányozása során kiderült, hogy kezdetben nagyon nagy távolságokból származnak. Pályájuk hátrafelé követésével kiszámíthatjuk, hogy az újonnan felfedezett üstökösök aphelia (a naptól legtávolabbi pontok) általában 50 000 AU közelében vannak (több mint ezerszer távolabb, mint a Plútó). Az aphelion távolságok csoportosulását először Jan Oort Holland csillagász jegyezte meg, aki 1950-ben javaslatot tett az üstökösök eredetére, amelyet ma is elfogadnak (2.ábra).

kiszámítható, hogy egy csillag gravitációs hatásköre—az a távolság, amelyen belül elegendő gravitációt képes kifejteni ahhoz, hogy keringő tárgyakra kapaszkodjon—a legközelebbi többi csillagtól való távolságának körülbelül egyharmada. A Nap közelében lévő csillagok úgy vannak elhelyezve, hogy a nap befolyási területe kissé meghaladja az 50 000 AU-t, vagyis körülbelül 1 fényévet. Ilyen nagy távolságokon azonban a Nap körüli pályán lévő tárgyakat megzavarhatja az elhaladó csillagok gravitációja. A megzavart tárgyak egy része olyan pályára állhat, amely sokkal közelebb hozza őket a Naphoz (míg mások örökre elveszhetnek a naprendszer számára).

Oort ezért azt javasolta, hogy az általunk látott új üstökösök olyan objektumok példái, amelyek a Nap körül keringenek a befolyási körének szélén, amelynek pályáját a közeli csillagok zavarták meg, végül a Naphoz közel hozva őket, ahol láthatjuk őket. Az ősi jeges tárgyak tározóját, amelyből ilyen üstökösök származnak, most Oort-felhőnek hívják.

a csillagászok becslése szerint körülbelül egy billió (1012) üstökös van az Oort-felhőben. Ezenkívül becsléseink szerint körülbelül 10-szer ennyi jeges tárgy keringhet a Nap körül a Kuiper-öv (amely gravitációsan kapcsolódik a Neptunuszhoz) és az Oort-felhő közötti térben. Ezeket az objektumokat nem fedezték fel, mert túl halványak ahhoz, hogy közvetlenül láthatók legyenek, És pályájuk túl stabil ahhoz, hogy bármelyikük befelé térhessen a Nap közelében. A naprendszerünk külső részén lévő jeges vagy üstökös tárgyak száma tehát 10 trillió (1013) nagyságrendű lehet, ami valóban nagyon nagy szám.

mekkora az 1013 üstökös által képviselt tömeg? Becslést készíthetünk, ha feltételezünk valamit az üstökösök méretéről és tömegéről. Tegyük fel, hogy a Halley üstökös magja tipikus. Megfigyelt térfogata körülbelül 600 km3. Ha az elsődleges alkotóelem a vízjég, amelynek sűrűsége körülbelül 1 g / cm3, akkor Halley magjának teljes tömegének körülbelül 6 6014 kilogrammnak kell lennie. Ez a Föld tömegének körülbelül egy tízmilliárdod (10-10).

ha becslésünk ésszerű, és 1013 ilyen tömegű üstökös van odakint, akkor a teljes tömegük körülbelül 1000 földnek felel meg—összehasonlítható az összes bolygó tömegével együtt. Ezért a jeges, üstökös anyag lehet A Naprendszer legfontosabb alkotóeleme a nap után.

a bolygórendszer korai fejlődése

az Oort-felhőből származó üstökösök segítenek a naptól nagyon távol képződött anyagok mintájában, míg a Kuiper-övből származó rövid periódusú üstökösök olyan anyagokat mintáznak, amelyek a nap-köd korongjában planetezimálisak voltak, de nem alkottak bolygókat. A Kuiper-öv tanulmányai szintén befolyásolják bolygórendszerünk korai evolúciójának megértését.

az Oort-felhőben és a Kuiper-övben lévő objektumok története eltérő, ezért összetételük eltérő lehet. A csillagászok ezért nagyon érdekeltek a két forrásrégióból származó üstökösök részletes méréseinek összehasonlításában. A múltban vizsgált fényes üstökösök többsége (Halley, Hyakutake, Hale-Bopp) Oort-felhő üstökös, de a P67 és számos más üstökös, amelyeket a következő évtizedben űrhajók mérésére szántak, a Kuiper-öv Jupiter-családú üstökösei.

a Kuiper-öv jég-és kőzetbolygókból áll, amelyek a bolygók építőköveinek maradványai. Mivel gravitációsan kapcsolódik a Neptunuszhoz, segíthet megérteni a naprendszer kialakulását és történetét. Ahogy az óriásbolygók kialakultak, gravitációjuk mélyen befolyásolta a Kuiper-öv tárgyainak pályáját. A bolygórendszer korai evolúciójának számítógépes szimulációi azt sugallják, hogy az óriásbolygók és a fennmaradó planetezimálok közötti gravitációs kölcsönhatások miatt a Jupiter pályája befelé sodródott, míg a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz pályái kiterjedtek, magukkal hordozva a Kuiper-övet.

egy másik hipotézis egy ötödik óriásbolygót foglal magában, amelyet teljesen kiűztek a naprendszerből, amikor a bolygó pályája eltolódott. A Neptunusz retrográd (hátrafelé keringő) holdja Triton (ami majdnem akkora, mint Plútó) lehet, hogy a Kuiper-öv objektum, amelyet a Neptunusz elfogott a változó pályák időszakában. Nyilvánvalóan úgy tűnik, hogy a Kuiper-öv fontos nyomokat hordozhat a naprendszerünk jelenlegi bolygókonfigurációjának eléréséhez.

üstökös vadászat mint hobbi

3. ábra: David Levy. David Levy amatőr csillagász a világ harmadik helyén áll az üstökös felfedezések terén. (forrás: Andrew Fraknoi)

amikor David Levy amatőr csillagász (3. ábra), a Shoemaker-Levy 9 üstökös társfelfedezője megtalálta első üstökösét, már 928 eredménytelen órát töltött a sötét éjszakai égbolton. De az első üstökös felfedezése csak felkeltette az étvágyát. Azóta 8 másikat talált egyedül, 13-at pedig másokkal dolgozott együtt. E lenyűgöző rekord ellenére az üstökös felfedezések számában csak a harmadik helyet foglalja el a rekordkönyvekben. De David reméli, hogy egyszer megdönti a rekordot.

a világ minden táján az elkötelezett Amatőr megfigyelők számtalan éjszakát töltenek az égbolton új üstökösök után kutatva. A csillagászat egyike azon kevés tudományterületeknek, ahol az amatőrök még mindig jelentős hozzájárulást tehetnek, és az üstökös felfedezése az egyik legizgalmasabb módja annak, hogy megalapozzák helyüket a csillagászati történelemben. Don Machholz, egy kaliforniai amatőr (és üstökösvadász), aki az üstökösök felfedezéseit tanulmányozta, arról számolt be, hogy 1975 és 1995 között az összes felfedezett üstökös 38% – át amatőrök találták meg. Ez a 20 év 67 üstökösöt eredményezett amatőrök számára, vagyis évente csaknem 4-et. Ez elég biztatónak tűnhet az új üstökösvadászok számára, amíg meg nem tanulják, hogy a tipikus Amatőr átlagosan 420 órát töltött üstökös keresésével, mielőtt megtalálta volna. Nyilvánvaló, hogy ez nem türelmetlen személyiségek tevékenysége.

mit csinálnak az üstökösvadászok, ha úgy gondolják, hogy új üstököst találtak? Először ellenőrizniük kell az objektum helyét az égbolt atlaszában, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy valóban üstökös. Mivel az üstökös első észlelése általában akkor fordul elő, amikor még mindig messze van a Naptól, és mielőtt jelentős farkát sportol, csak egy kicsi, fuzzy foltnak tűnik. És a legtöbb amatőr teleszkópon keresztül a ködök (kozmikus gáz-és porfelhők) és a galaxisok (csillagok távoli csoportjai) is. Ezután ellenőrizniük kell, hogy nem találkoztak-e már ismert üstökössel, ebben az esetben csak a hírnév és a dicsőség helyett csak a hátukat fogják megveregetni. Aztán valamikor később újra meg kell figyelniük vagy újra kell ábrázolniuk, hogy az égbolt mozgása megfelelő-e az üstökösök számára.

gyakran azok az üstökösvadászok, akik úgy gondolják, hogy felfedeztek egy felfedezést, egy másik üstökösvadászt szereznek az ország más részén, hogy megerősítsék. Ha minden rendben van, az a hely, ahol kapcsolatba lépnek a csillagászati táviratok központi irodájával a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai központban, Cambridge-ben, Massachusettsben (http://www.cbat.eps.harvard.edu/). Ha a felfedezés megerősítést nyer, az iroda elküldi a hírt a csillagászoknak és az obszervatóriumoknak szerte a világon. Az üstökös vadászat egyik egyedülálló jutalma, hogy a felfedező neve összekapcsolódik az új üstökössel—egy kis kozmikus hírnévvel, amelyhez kevés hobbi képes megfelelni.

az üstökösök sorsa

bármely üstökös, amelyet ma látunk, majdnem teljes létét az Oort-felhőben vagy a Kuiper-övben töltötte abszolút nulla közeli hőmérsékleten. De amint egy üstökös belép a belső naprendszerbe, annak korábban eseménytelen élettörténete felgyorsul. Természetesen túlélheti a kezdeti áthaladását a Nap közelében, és visszatérhet az űr hideg szakaszaiba, ahol az előző 4,5 milliárd évet töltötte. A másik végletben ütközhet a Nappal, vagy olyan közel kerülhet, hogy az első perihelion áthaladásakor megsemmisül (több ilyen ütközést figyeltek meg a napot figyelő űrteleszkópokkal). Néha azonban az új üstökös nem jön olyan közel a Naphoz, hanem kölcsönhatásba lép egy vagy több bolygóval.

a SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) kiváló videógyűjteménnyel rendelkezik a Nap közelében lévő üstökösökről. Ezen a helyen az ISON üstökös megközelíti a napot, és úgy gondolják, hogy az áthaladás során megsemmisül.

egy bolygó gravitációs hatása alá eső üstökösnek három lehetséges sorsa van. (1) hatással lehet a bolygóra, azonnal véget vetve a történetnek; (2) felgyorsulhat és kilökődhet, örökre elhagyva a Naprendszert; vagy (3) rövidebb periódusú pályára állhat. Az utolsó esetben sorsát lezárják. Minden alkalommal, amikor megközelíti a napot, elveszíti anyagának egy részét, és jelentős esélye van egy bolygóval való ütközésre. Amint az üstökös ilyen rövid periódusú pályára áll, az élettartamát több ezer, Nem milliárd évben mérik.

néhány üstökös katasztrofálisan véget vet életének (néha nyilvánvaló ok nélkül) (4.ábra). Különösen látványos volt a Shoemaker-Levy 9 halvány üstökös sorsa, amely körülbelül 20 darabra tört, amikor 1992 júliusában a Jupiter közelében haladt el. A Shoemaker-Levy töredékeit valójában egy nagyon hosszúkás, kétéves pályára rögzítették a Jupiter körül, több mint kétszeresére növelve az ismert joviai holdak számát. Ez azonban csak átmenetileg gazdagította Jupiter családját, mert 1994 júliusában az összes üstökös-töredék a Jupiter felé zuhant, millió megatonna TNT-nek megfelelő energiát szabadítva fel.

4. ábra: a comet LINEAR felbomlása. (a) egy sokkal kisebb részletességű földi nézet és (b) egy sokkal részletesebb fénykép a Hubble űrteleszkóppal, amely a LINEAR üstökös magjának több darabját mutatja. Az üstökös 2000 júliusában nyilvánvaló ok nélkül szétesett. (Megjegyzés: a bal oldali nézetben a töredékek összekeverik a fényüket, és nem különböztethetők meg. A rövid átlós fehér vonalak a képen mozgó csillagok, amelyek nyomon követik a mozgó üstököst.) (a hitel: a Hawaii Egyetem munkájának módosítása; B hitel: a NASA, Harold Weaver (a Johns Hopkins Egyetem) és a HST Comet LINEAR Investigation Team munkájának módosítása)

ahogy minden üstökös darabja 60 km / s sebességgel csapódott be a Jovi légkörbe, szétesett és felrobbant, forró tűzgolyót hozva létre, amely az üstökös porát és a légköri gázokat nagy magasságokba szállította. Ezek a tűzgolyók jól láthatóak voltak a profilban, a tényleges ütközési pont közvetlenül a jovian horizont a Földről nézve (5.ábra). Ahogy minden egyes robbanótest visszaesett a Jupiterbe, a felső légkörnek a Földnél nagyobb részét izzóvá melegítették, és körülbelül 15 percig ragyogóan ragyogtak, ezt a fényt infravörös érzékeny távcsövekkel észlelhettük.

5. ábra: üstökös hatása a Jupiterre. (a) A fehér tárgyak” húrja ” a Shoemaker-Levy 9 üstökös töredékei, amelyek közelednek a Jupiterhez. (b) az üstökös első töredéke becsapódik a Jupiterbe, az érintkezési pont a kép bal alsó részén található. A jobb oldalon a Jupiter holdja, Io. A felső képen ugyanolyan fényes folt az üstökös töredék, amely a maximális fényerőig fellángol. Az alsó kép, amelyet körülbelül 20 perccel később készítettek, mutatja az ütközés elhúzódó fáklyáját. A nagy vörös folt látható Jupiter központja közelében. Ezeket az infravörös képeket egy német-spanyol távcsővel készítették a dél-spanyolországi Calar Altón. (a hitel: az ESA munkájának módosítása; B hitel: Tom Herbst, Max-Planck-Institut fuer Astronomie, Heidelberg, Doug Hamilton, Max-Planck-Institut fuer Kernphysik, Heidelberg, Hermann Boehnhardt, Universitaets-Sternewarte, Muenchen, és Jose Luis Ortiz Moreno, Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada)

6. ábra: ütközési porfelhő a Jupiteren. A diffúz, külső gyűrű belső széle körülbelül akkora, mint a Föld. (hitel: a munka módosítása H. Hammel, mit és NASA / ESA)

a Shoemaker-Levy 9 üstökös Jupiterrel való ütközése után sötét törmelékfelhők telepedtek le a Jupiter sztratoszférájába, hosszú életű “zúzódásokat” eredményezve (amelyek mindegyike még mindig nagyobb, mint a Föld), amelyek még kis távcsöveken keresztül is könnyen láthatók.Ezeket a tulajdonságokat először a Hubble űrteleszkóppal látták 105 perccel az ütközés után, amely a 6. ábrán látható sötét gyűrűket eredményezte (a kompakt hátsó pont egy másik töredékből származott). Később a Jupiter szelei ezeket a vonásokat egy széles foltba keverték, amely több mint egy hónapig látható maradt.

világszerte emberek milliói nézték a Jupitert távcsöveken keresztül, vagy televízión vagy interneten keresztül követték az eseményt. 2009 nyarán egy másik ütközési tulajdonságot láttak a Jupiteren, jelezve, hogy az 1994-es események korántsem voltak egyediek. Látva ezeket a nagy, becsapódási robbanásokat a Jupiteren, segít megérteni azt a katasztrófát, amely bolygónkkal történne, ha üstökös vagy aszteroida sújtana minket.

az olyan üstökösök esetében, amelyek nem érnek ilyen drámai véget, a légkörükben lévő gáz és por mennyiségének mérése lehetővé teszi számunkra, hogy megbecsüljük a teljes veszteséget egy pályán. A Nap közelében lévő aktív üstökös tipikus vesztesége napi egymillió tonna, pályánként mintegy tízmillió tonnát tesz ki. Ilyen ütemben egy tipikus üstökös eltűnik néhány ezer keringés után. Hosszú távon valószínűleg ez lesz a Halley üstökös sorsa.

ez a History Channel videó egy rövid beszélgetést és animációt mutat be a Universe című televíziós dokumentumfilm-sorozatból, amely a Shoemaker-Levy 9 üstökös és a Jupiter ütközését mutatja be.

kulcsfogalmak és összefoglalás

Oort 1950-ben javasolta, hogy a hosszú periódusú üstökösök abból származnak, amit ma Oort-felhőnek nevezünk, amely a napot körülbelül 50 000 AU-ig (a nap gravitációs hatáskör határához közel) veszi körül, és 1012 és 1013 üstökös között van. Az üstökösök a Kuiper-övből is származnak, egy korong alakú régió a Neptunusz pályáján túl, amely a naptól 50 AU-ig terjed. Az üstökösök primitív testek, amelyek a külső naprendszer kialakulásából maradtak fenn. Miután egy üstökös átirányult a belső naprendszerbe, általában nem több, mint néhány ezer perihelion átjárót él túl, mielőtt elveszíti az összes Illékony anyagát. Néhány üstökös látványos halált hal meg: például a Shoemaker-Levy 9 20 darabra tört, mielőtt 1994-ben ütközött a Jupiterrel.

szószedet

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.