Gamma-tartományban ragyogó Hold
(Rovat: A hét képe, Távoli világok kutatói , Amerika és az űrcsillagászat - 2019.09.05 07:15.)

Ha a szemünk képes lenne a nagy energiájú sugárzást (az úgynevezett gamma-sugarakat) érzékelni, a Holdat fényesebbnek látnánk, mint a Napot!

A NASA Fermi-űrteleszkópja a nagy energiájú tartományban pásztázza az eget több mint egy évtizede. Más célpontok mellett égi kísérőnket, a Holdat is figyeli. A gamma-űrobszervatóriumok – köztük a Fermi – nem elég jó felbontásúak ahhoz, hogy detektálják a Hold pontos alakját, vagy bármilyen felszíni alakzatát. A Fermi-teleszkóp is csupán fényes ragyogást detektál a Hold helyén az égen.

Mario Nicola Mazziotta és Francesco Loparco, az olasz Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet munkatársai a Hold gamma-sugárzását tanulmányozták, hogy jobban megérthessék az űrből származó másik sugárzást: a gyorsan mozgó részecskéket, a kozmikus sugarakat. „A kozmikus sugarak többnyire protonokból állnak, amelyeket az univerzum legerősebb energiájú folyamatai gyorsítanak, például a felrobbanó csillagok robbanása során létrejövő energiahullámok, vagy amikor az anyag fekete lyukba hullik” – magyarázta Mazziotta. Mivel a részecskék elektromosan töltöttek, erősen befolyásolják mozgásukat a mágneses mezők. Viszont a Holdnak nincs mágneses mezeje. Emiatt még az alacsony energiájú kozmikus sugarak is elérhetik a felszínt, ezért a Hold úgy is tekinthető, mint egy ideális űrbeli részecskedetektor. Amikor a kozmikus sugarak becsapódnak a felszínbe, kölcsönhatásba lépnek a Hold poros felületével, amelyet regolitnak is neveznek, a folyamat során pedig gamma-sugárzás szabadul fel. A Hold ezeknek a gamma-sugaraknak a nagy részét elnyeli, de néhányuk kiszabadul.

Mazziotta és Loparco elemezték a Fermi Hold-megfigyeléseit, hogy megmutassák, hogyan javult a képalkotás a küldetés során. Felkerekítették azon gamma-sugarak adatait, amelyek energiaszintje 31 millió elektronvolt fölötti – több mint tízmilliószor nagyobb, mint a látható fény energiája –, és időrendbe rendezték őket, megmutatva, hogy a hosszabb expozíció hogyan javítja a képet.

A Hold fényesen ragyog a gamma-tartományban, amint ezt a NASA Fermi-teleszkóptól származó idősorában is láthatjuk. Minden 5 fokos kiterjedésű képen középen a Hold látható. A képek abban a tartományban készültek, ahol a részecskék energiaszintje meghaladja 31 millió elektronvoltot. Ezen energiaszinteken a Hold valóban fényesebb, mint a Nap. A világosabb színek nagyobb gamma-intenzitást mutatnak. A sorozat felfedi, hogyan javította a hosszabb expozíció – 2 hónap és 128 hónap (10,7 év) között – a képek minőségét. (Kép: NASA / DOE / Fermi LAT együttműködés)

A NASA bejelentette, hogy az Artemis-program program során 2024-ben újra embert juttatnak a Holdra, azzal a céllal, hogy előkészítsék az emberes Mars-utazást. Emiatt különös fontossággal bír a holdi környezet különféle tulajdonságainak minél részletesebb megismerése. Ezek a gamma-csillagászati megfigyelések arra hívják fel a figyelmet, hogy a Holdon lévő űrhajósoknak védelmet kell biztosítani a kozmikus sugarak ellen, amelyek a nagy energiájú gamma-sugárzást előidézik.

Noha a Hold gamma-sugárzása meglepő és lenyűgöző látvány, a Nap még erősebben ragyog a gamma-tartományban, amennyiben a sugarak energiaszintje eléri az 1 milliárd elektronvoltot. Az alacsonyabb energiájú kozmikus sugarak ugyanis nem érik el a Napot, mivel a Nap erőteljes mágneses tere kiszórja őket. De a sokkal nagyobb energiájú kozmikus sugarak behatolhatnak ezen a mágneses pajzson és elérhetik a Nap sűrűbb légkörét, és gamma-sugarakat generálhatnak, amelyek elérhetik a Fermi-űrteleszkópot.

Habár a Hold a gamma-tartományban nem mutat fázisokat, a fényereje nem állandó. A Fermi adatai azt mutatják, hogy a Hold fényereje körülbelül 20%-kal változik a Nap 11 éves aktivitási ciklusa alatt. A Nap ciklusa során a Nap mágneses tere jelentős változásokat mutat, aminek hatására megváltozik a Holdra érkező kozmikus sugarak sebessége, ez pedig visszahat a gamma-sugarak létrejöttére.