Visszatekintés a Rosettára (3. rész)
(Rovat: Rosetta üstökösprogram, Távoli világok kutatói - 2016.10.26 07:15.)

Véget ért a Rosetta küldetése. Sorozatunk első cikkében a „vég” eseményeit és a magyar vonatkozásokat, második részében a szonda kalandos útját tekintettük át. Lássuk most az eredményeket!

A Rosetta még csak közeledett célja felé, de a távolról készült felvételeken már feltűnt a 67P/Csurjumov–Geraszimenko-üstökös különös alakja, kettős szerkezete. Később bebizonyították, hogy az üstökös két test nagyon kis sebességű (legfeljebb 1 m/s) ütközése eredményeképpen állhatott össze. A felvételek a nyaki részen több száz méter hosszú repedést mutattak, ami azt sejteti, hogy a társulás nem stabil és örökkévaló – az üstökös egyszer majd kettészakadhat. A további eredmények a Rosetta 11 és a Philae 10 műszere mérési eredményeinek köszönhetők, illetve a különböző műszerek adatainak egybevetéséből származnak.

A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös „személyi adatai” a Rosetta mérései alapján. A bal oldali oszlopban: térfogata, tömege, sűrűsége, porozitása. A középső oszlopban: főbb méretei, a por és a gáz aránya, deutérium/hidrogén arány, átlagos vízgőz kibocsátás három időpontban. A jobb oldali oszlopban: tengelyforgási idő (óra), forgástengely iránya (rektaszcenzió és deklináció), a forgástengely ferdesége, felszíni és felszín alatti hőmérséklet, átlagos albedo (fényvisszaverő képesség). (Kép: ESA)

A távolról (Fred Whipple 1950-es modellje alapján) egyszerűen csak piszkos hógolyóknak tekintett üstökösökről – legalábbis erről az egyről – kiderült, hogy geológiailag korábban elképzelhetetlenül aktív égitestről beszélhetünk, amelyen a folyamatok sokasága alakítja ki a mag aktivitását és rendkívül változatos felszínét. Ami viszont a piszkos hógolyó képet illeti, abban van ugyan némi igazság – de a mag összetételét bemutató táblázatot tanulmányozva egyes kutatók szerint a jeges porcsomó találóbb lenne.

Az üstökös összetétele a legapróbb porszemekre vonatkozó, a GIADA műszerrel végzett mérések alapján. Az első adat szerint a tömegét tekintve a por 8,5-szeresen múlja felül a jég mennyiségét. A többi összetevő mennyisége térfogatszázalékban látható. A por porózussága 52%-os, az összetömörített porszemcsék sűrűsége pedig 1,66 kg/dm³ lehet, de a hibahatárt figyelembe véve akár a 4 kg/dm³-t is elérheti. (Kép: ESA, Thurid Mannel előadása)

Marco Fulle (Asztrofizikai Obszervatórium, Trieszt) összegzése szerint a Rosetta legfontosabb tudományos eredményei a következők. Minél több üstököst tanulmányozunk, annál porosabbnak tűnnek. A 67P por/víz (jég) aránya legalább 6, de valószínűleg még nagyobb. A 0,1–1 mm mérettartományban a por tömegének 99%-a kompakt, az üstökösmag átlagsűrűségénél nagyobb sűrűségű szemcsékből áll. Következésképpen a mag jelentős részét alkotják a szilikátok és a szulfidok. A Rosetta adatai megerősítik, hogy a 67P a rendkívül hideg környezetben keletkezett illékony jegek és a melegebb környezetben, a protoszoláris öv belső részében keletkezett ásványok keverékéből áll. Az eredmények alapján újra kell gondolni a kutatóknak, milyen ütközések következhettek be a Naprendszer összetömörülésekor az Uránusz–Neptunusz térségében és azon túl.

Egy ősi üstökös profilja. A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös ősi eredetét alátámasztó bizonyítékok. (Kép: középen: ESA / Rosetta / NavCam – CC BY-SA IGO 3.0; körben: ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA; Fornasier et al. 2015; ESA / Rosetta / MPS for COSIMA Team MPS / CSNSM / UNIBW / TUORLA / IWF / IAS / ESA / BUW / MPE / LPC2E / LCM / FMI / UTU / LISA / UOFC / vH&S; Langevin et al. 2016)

A mérések megerősítik azt a feltevést, miszerint az üstökösök valóban ősi képződmények, így bepillantást nyújtanak abba, milyenek lehettek 4,6 milliárd évvel ezelőtt a mai nagyobb égitestek építőkockái. Meglepő volt a molekuláris oxigén felfedezése. Emellett molekuláris nitrogént és nemesgázokat is kimutattak, ami a nagy deutérium/hidrogén aránnyal együtt azt mutatja, hogy a 67P nagyon hideg környezetben keletkezett, a Naprendszer nagyon távoli térségében. A nitrogén és az oxigén ugyanis csak nagyon alacsony hőmérsékleten eshet csapdába az üstökös jéganyagában, viszont a két elem a vízzel együtt gázosodott ki a magból, tehát a mag keletkezése óta benne voltak a jégben. A hideg környezetben történt keletkezésre utal a magas D/H arány is.

A deutérium és a hidrogén aránya a Naprendszer különböző égitestjein. A négyszögek a helyszíni méréseket, a körök a csillagászati megfigyeléseket jelentik. A színek a különböző égitesttípusokat mutatják. Az óriásbolygók légkörében a molekuláris hidrogénben előforduló D/H arányt tüntetik fel, a bal alsó sarokban lévő pont a protoszoláris ködre vonatkozó becslés. A középső vízszintes vonal a földi óceánokra jellemző arányt mutatja (1,56 × 10-4). A 67P/C–G üstökösből kiáramló vízpárában több mint háromszor ekkora a D/H arány (5.3 × 10-4). Az eredmény nyomán fellángolt a vita, hogy az üstökösök vagy az aszteroidák egykori becsapódásai szállítottak-e több vizet az ősi Földre. (Kép: Altwegg et al. 2014)

A magas D/H arány (lásd az ábrát) egyúttal ismét felveti azt a kérdést, hogy a kisbolygók vagy az üstökösök becsapódása szállíthatta az ősi Földre az óceánok vizét. A Rosetta mérései szerint a Csurjumov–Geraszimenko-üstökösben háromszor nagyobb ez az arány, mint a földi óceánokban. Egyes szakemberek szerint ma már nem az a kérdés, hogy az üstökösök hozták-e a Földre a vizet, hanem az, hogy vízkészletünk hányadrésze származik az üstökösökből, mennyi a kisbolygók becsapódásaiból és mennyi lehetett eredetileg is itt a Földön.

A Rosetta nem okozott csalódást az üstökösmag további kémiai összetevőinek vizsgálatával sem. Kimutatta a fehérjékben gyakori glicin nevű aminosav, valamint a DNS és a sejtfal fontos alkotórészét jelentő foszfor jelenlétét. Ezeken kívül a Rosetta és a Philae számos további egyszerű és bonyolult vegyületet is talált az üstökös anyagában. Ezek sokaságának felsorolásától eltekintünk, azok a „Rosetta állatkertje” című ábráról leolvashatók, méghozzá kémiai szempontból logikus csoportosításban.

„A Rosetta állatkertje” – a Rosetta és a Philae mérései nyomán számos összetett szerves molekulát találtak a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös anyagában. (Kép: ESA, Kathrin Altwegg előadása)

Fontos eredmény az üstökösmag felszíne, a különböző alakzatok és az üstökös aktivitása közti kapcsolat kimutatása. A mag forgástengelye stabil helyzetű marad a térben, ami évszakok kialakulását eredményezi, a forgástengely helyzete és a mag kettős szerkezete miatt az évszakok nagyon eltérőek a mag északi és déli félgömbjén (már amennyire egy ilyen szabálytalan alakú test esetében értelmezhető a „félgömb” fogalma). A 6,5 éves keringési idő legnagyobb részében (5,5 évig) az északi felén nyár van, miközben a déli fele hosszú és sötét telet kénytelen elszenvedni. Nem sokkal a perihélium elérése előtt változik csak meg a helyzet, akkor kezdődik a déli félgömbön a rövid, de viszonylag meleg nyár.

Az aktivitás hatására jelentősen változik az üstökös magjának forgási periódusa. 2014 márciusában a periódus 12,404 óra (12 óra, 24 perc 14 másodperc) volt, később enyhén nőtt, majd a perihéliumátmenet (2015. augusztus) körüli hónapokban drasztikusan csökkent. A küldetés végén a periódus 12,055 óra (12 óra 3 perc 18 másodperc) volt. Korábban is bekövetkeztek hasonló változások, a földi mérések szerint 2009-ben a forgási periódus 12 óra 45 perc volt. (Kép: ESA)

Az évszakok változása hatással van a por mozgására. A Rosetta megfigyelte, hogy a perihélium környéki hónapokban néhány milliméterestől esetenként méteres nagyságú porszemcsék, pordarabok áramlottak, lebegtek át a gyenge gravitációs térben a déli félgömbről az északira, amit a kutatók a Rosetta egyik legmeglepőbb felfedezésének tekintenek. A jelenséget akár porzápornak is nevezhetnénk, ám a gyenge gravitációban (a mag felszínén a gravitációs erő a Föld felszínén mértnek a százezred részét sem éri el) a nagy becsapódási sebességet sugalló „zápor” szó félrevezető lenne. Egyes porszemcsék elérik a szökési sebességet, így végleg elhagyják a magot. Ezek egy részét sikerült a Rosetta porgyűjtő műszereinek befogniuk. Tisztázatlan kérdés marad azonban, hogy pontosan milyen folyamatok eredményeképpen hagyják el a porszemcsék a mag felszínét, ahol nem a gravitáció, hanem az ott annál sokkal nagyobb Van der Waals-féle elektrosztatikus erők igyekeznek a szemcséket helyben tartani.

Az üstökös anyagkibocsátásának változása (tonna/nap). A színek a különböző műszerekkel végzett méréseket jelentik. Látható az aktivitás több nagyságrendet kitevő változása. A különböző műszerek adatai tökéletes egyezést mutatnak. Számítások szerint az ilyen ütemű anyagkibocsátás mellett Nap körüli keringésenként 2–4 méter erodálódik az üstökösmag felszínéből. A gáz és a por kibocsátási üteme hasonló menetet mutat. (Kép: ESA, André Bieler előadása)

A vízgőz, a szén-dioxid és a metán kibocsátásának változása a Rosetta mérései alapján. (Kép: ESA, André Bieler előadása)

További meglepetést jelentett a kutatóknak a diamágneses üreg kimutatása. A diamágneses üreg az a mágneses tértől mentes tartomány, amely a napszél és az azzal ellentétes irányban áramló, a magból jövő gáz kölcsönhatásának eredményeképpen alakul ki. Más üstökösök megfigyelése alapján végzett elméleti számítások szerint az üreg legfeljebb 50–100 km-re érhet a magtól, ám a Rosetta mérései 170 km távolságban is kimutatták a jelenlétét. Az üreget és annak határfelületét rendkívül dinamikusnak, időben változónak találta a Rosetta.

A diamágneses üreg a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös körül, és a mágneses tér erőssége az RPC–MAG műszer mérései szerint. Az üreg mérete a várt többszöröse (lásd a cikkben). A Rosetta műszere több alkalommal is észlelte az üreg határán történő áthaladást, a diagramon az látható, amint 2015. július 26-án 15:16-kor belép az üregbe, majd 15:40 körül kilép abból. (Képek: rajz: ESA / C. Carreau, mérés: ESA / Rosetta / RPC / IGEP/IC)

A felsorolt és a fel nem sorolt, valamint az adatok elemzésével csak az elkövetkező években, évtizedekben megszülető tudományos eredményeken kívül volt a Rosetta küldetésének még egy fontos eredménye. Ezt Bernard Zufferey, az ESA PECS Iroda korábbi vezetője a portálunknak adott, korábban már hivatkozott interjúban így fogalmazta meg. „Valaki azt mondta, hogy az ESA azon a napon vált ismertté Európában, amikor a Rosetta leszállt az üstökösre. Ennek a küldetésnek köszönhetően tudták meg az európai emberek, hogy nekünk is van egy űrügynökségünk. A történetek, az elnevezések és a jó PR munka szimpátiát keltett a küldetés, és azon keresztül az ESA iránt.”

A Rosetta felvétele 60 km távolságból a mag felszínén látható egyik gödörről. A bal oldali az eredeti kép, a jobb oldali a számítógéppel felerősített változat, amelyen jól látszanak a gödörből kiinduló gáznyalábok. (Kép: ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS team)

A jó PR munka alapját természetesen elsősorban azok a kitűnő minőségű közeli képek jelentették, amelyeket a szonda OSIRIS és navigációs kamerája készített. E képekből sokat már portálunkon is bemutattunk, aki még többre kíváncsi, az az ESA honlapján a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös felszínének legapróbb zugát is szemügyre veheti. A képeken meghökkentően változatos, izgalmas és szép világ tárul az érdeklődők szeme elé; a látvány még a laikusokat is ámulatba ejti.

A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös legfényesebb kitörései az OSIRIS, illetve a navigációs kamera 2015. július és szeptember közötti felvételein (Kép: OSIRIS: ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA; NavCam: ESA / Rosetta / NavCam – CC BY-SA IGO 3.0)

Befejezésül álljon itt az a két bekezdés, amelyekre az ESA sajtóközleményei minden alkalommal felhívják az újságírók figyelmét, portálunkon azonban rendszeresen „megfeledkeztünk” róla, gondolván, hogy „ezt úgyis mindenki tudja” és „ezt mindenki, mindenütt rengetegszer megírta”. Lássuk tehát, hogyan összegezi az ESA kommunikációs részlege a Rosetta küldetését.

„A Rosetta az ESA küldetése volt, amelyik a tagállamok és a NASA közös erőfeszítése eredményeképpen valósult meg. A Rosetta Philae leszállóegységét a DLR, az MPS, a CNES és az ASI által vezetett konzorcium készítette el [a rövidítések a német, a francia és az olasz űrügynökségeket, illetve a Naprendszerkutatási Max Planck Intézetet takarják – B.E.]. A Rosetta volt az űrkutatás történetének első olyan küldetése, amelyik nemcsak találkozott egy üstökössel, hanem azzal együtt repülve keringett a Nap körül. Ez volt az első szonda, amelyik leszállóegységet küldött egy üstökös magjára, majd később, előre eltervezetten és irányítottan maga is becsapódott a mag felszínébe.

Az üstökösök olyan időkapszulák, amelyek megőrizték az ősi anyagot abból a korszakból, amikor a Nap és bolygói kialakultak. Az üstökösből származó gázt, port és szerves anyagokat, valamint a mag szerkezetét a távolból és a helyszínről egyaránt tanulmányozó Rosetta küldetésnek kulcsfontosságú szerepe van a Naprendszer történetének és fejlődésének felderítésében.”