Most érkezik a Dawn űrszonda a Ceres kisbolygóhoz – izgalmas szakasz kezdődik a Naprendszer kutatásában
A Dawn űrszonda 2007. szeptember végén indult a Földről, hogy közelről megvizsgálja a két legérdekesebbnek tartott kisbolygót: a Vestát és a Cerest. A NASA űreszköze 2011–12-ben – valamivel több mint egy éven át – hivatalosan 2012. szeptember 5-ig a Vestát tanulmányozta. A tervezett program sikeresen befejezése után energiatakarékos ionhajtóművével továbbindult a Ceres felé. Holnap, március 6-án, 3,5 km/mp sebességkülönbséggel áll a kisbolygó körüli pályára.
Az űrszonda eddigi, alapvetően sikeres működése alatt adódott már néhány probléma. Tavaly szeptember 11-én másodszor kapcsolt biztonsági üzemmódba, feltehetően azért, mert az ionhajtómű egyik egységét eltalálta egy nagy energiájú kozmikus sugár (töltött részecske) – valószínűleg kb. három évvel ezelőtt is hasonló átmeneti zavar lépett fel. Emiatt visszaesett a Dawn meghajtása, és a tervezettnél egy hónappal később ért a Cereshez. A szonda négy helyzetstabilizáló pörgettyűje közül kettő már hibásan működik, ezért a további műveleteket körültekintően kell megtervezni. Ez a hiba azonban nem veszélyezteti az űrszonda küldetését, mivel elég hidrazin üzemanyag áll rendelkezésre térbeli helyzetének stabilizálásához.
A Ceres megközelítése után a Dawn először 13 500 km-re fog a kisbolygó körül keringeni, majd ezt a távolságot 4430, 1480 és végül 375 km-re csökkentik.
A Ceres a Naprendszer legnagyobb kisbolygója. Olyan égitest, amely elindult a nagybolygóvá válás „útján”, de megrekedt, és végül sem nagybolygó nem lett, sem egy másik nagybolygó anyagába nem épült bele. Sok vízjeget tartalmaz, amiből időnként egy kevés vízgőzt ritka légkörként ki is ereszt magából. Belső szerkezetéről és felszíni folyamatairól csak bizonytalan modellek vannak. Nem tudható, mennyire differenciált, illetve volt-e egykor folyékony víz a felszíne alatt. Noha a felszíne viszonylag változatlan lehet, és idős becsapódásos kráterek mellett sok egyéb alakzatra nem számítanak a szakemberek, elképzelhető, hogy jég is található rajta, sőt jeges pólussapka is van a sarki területein.
A Cereshez közeledő Dawn űrszonda első felvételein az egyébként viszonylag homogén felszínen sok becsapódásos kráter látszik. A képsorozatok nyomán az égitest forgása is jól kivehető. Két fényes folt is látszik a felszínén, amelyek eredete eddig ismeretlen.
A kutatás fontos lépés a Naprendszer apró égitesteinek vizsgálatában. A kisbolygók és üstökösmagok (valamint egyéb átmeneti égitestek) csaknem változatlan vagy alig átalakított állapotban őrzik a Naprendszer ősanyagát és ősállapotának nyomait. Elemzésük tehát segíthet meghatározni, miből keletkeztek a bolygók, köztük a Föld.
Kérdések és válaszok a Ceres kisbolygóról
A Ceres kivételes égitest a Mars és a Jupiter között keringő több millió kisbolygó sokaságában.Az olaszGiuseppe Piazzi bukkant rá 1801-ben. A Ceres volt az elsőként felfedezett kisbolygó, bár megtalálásakor Johann Elert Bode kutató még bolygónak (azaz nagybolygónak) sorolta be, s ezt a státuszát csaknem fél évszázadon keresztül megőrizte. Később, mivel sok hozzá hasonló égitestet találtak még a Mars és a Jupiter között, átminősítették kisbolygóvá, majd a Plútó besorolása körüli változtatásokkal összefüggésben átlagos kisbolygóból törpebolygóvá, ami lényegi változást nem jelent, mivel a törpebolygó esetünkben a legnagyobb kisbolygó.
A Föld, a Hold és a Ceres méretének összehasonlítása (CWite, wikipedia)
A Ceres közel 950 km-es átmérőjével a legnagyobb égitest a Mars és a Jupiter közötti térségben, és egymaga a teljes kisbolygóöv tömegének mintegy fele (ez egyébként a mi Holdunk tömegének 4%-a). Felszínének területe nagyjából Indiáéhoz közelít. A Ceresen egy év 4,6 földi évig tart, tengelyforgási ideje 9 óra 4 perc. Pályája kissé elnyúlt (excentricitása 0,08; összehasonlításként a Marsé 0,09), és kis szögben hajlik a Naprendszer fősíkjához képest (inklinációja 10,7 fok; összehasonlításként a Merkúré 7 fok). Forgástengelye egyes becslések alapján 12,3 fokos szöget zár be a pályasík merőlegesével, de más mérések 3 fokot javasolnak – a valódi értéket a Dawn mérései adják majd meg.
A Ceres átlagsűrűsége 2,0-2,2 g/cm3. Anyagának kb. egynegyede vízjég, ami a Föld teljes vízkészletéhez hasonló nagyságrendű mennyiség. Egyes modellek alapján a belseje differenciált, a kőzetmagot pedig jégréteg fedi, azonban olyan elgondolás is napvilágot látott, amely szerint a külső100 km vastag réteg főleg vízjégből áll (ami tömegének akár negyede, térfogatának akár fele is lehet), alatta pedig vegyesen található kőzet és jég. Elgondolkodtató az egykori, felszín alatti vízóceán ötlete is (amelynek anyagát talán az égitest élete kezdetén felszabaduló hő olvasztotta meg), de erre utaló megfigyelést még nem tettek.
A Cerest kráterekkel teli, inaktív vidéknek lehet elképzelni. A korábbi mérések alapján viszonylag homogén a felszíne, amely a ráeső fények 4–10%-át veri vissza. A Hubble űrtávcső képei alapján sikerült néhány nagyobb, több esetben 10 km-es, a környezeténél kissé sötétebb, illetve világosabb foltot kimutatni rajta – amelynek részletes feltérképezése a Dawn feladata marad. Noha a kisbolygónak nincs légköre, és állandó a hideg a felszínén, délben alacsony szélességen, főleg a sötétebb vidékeken elméletileg akár –40 Celsius-fok körüli „melegek” is előfordulhatnak.
A színképi vizsgálatok alapján a felszínén sok a hidratált ásvány, egy részük feltehetőleg filloszilikát lehet, főleg úgynevezett szerpentinek számottevő vastartalommal. Emellett megtalálhatók rajta a magas Mg-tartalmú karbonátok, valamint a bucit ásvány – Mg(OH)2 – is. Mivel ezek az ásványok eltérő körülmények között keletkezhettek, valószínűleg egymástól függetlenül jöttek létre, esetleg kis mélységben a felszín alatt, ahonnan becsapódások hantolták ki őket. A Ceres színképe a C-típusú kisbolygókéra emlékeztet leginkább, főként a 10 Hygiea és a 324 Bamberga aszteroidákéra.
A földi radarmérések alapján is szenes kondrit jellegű anyag található a felszínén, amelynek a sűrűsége 1 g/cm3 körüli, esetleg még kisebb – azaz erősen porózus lehet (talán a becsapódások miatt), és hőtehetetlensége is kicsi (tehát könnyen melegszik és hűl a napi besugárzás ciklikus változásának megfelelően).
Két kép a Ceresről 83 ezer km távolságból (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)
Egyes kisbolygókról a becsapódások során kirobbant kőzetdarabok akár a Földön is landolhatnak. A Dawn űrszonda által meglátogatott Vesta kisbolygó darabjai a HED-meteoritok formájában jól ismertek bolygónkon. A Ceresből származó meteoritot eddig még nem azonosítottak, és nem is valószínűsítik ilyenek meglétét. A felszíni karbonátok és vasban gazdag filloszilikátok jelenléte alapján a meteoritok közül a CI-típusú szenes kondritok állhatnak legközelebb a Ceres anyagához – de e terpületen még sok a bizonytalanság.
Évek óta vizsgálják a szakemberek földfelszíni és űrtávcsöves megfigyelésekkel, vajon lehet-e valamilyen ritka gázburok a Ceres körül. A gyenge gravitációs tér és a mágneses védőburok feltételezhető hiánya miatt jelentős légkörre nem számítanak, azonban elvégeztek néhány olyan mérést, ami ritka vízgőz jelenlétére utal az égitest körül. A Herschel űrtávcső 2014-i mérései alapján lett egyértelmű, hogy az égitest egyes felszíni területeiről vízgőz jut az űrbe. Ennek mennyisége szerény: másodpercenként 3–6 kg-nyi H2O-molekula távozik a Ceres felszínéről, ami rendkívül ritka, a vákuumhoz hasonló sűrűségű és nagyon változékony légkört alkot. A gáz folyamatosan szökik az űrbe. Koncentrációja egyes területek felett nagyobb, ami arra enged következtetni, hogy a kisbolygón néhol gazdagabb vízgőzforrások találhatók – feltehetőleg vízjég formájában. A legintenzívebb kibocsátás két sötétebb területről, a Piazzi és a Region A (A régió) nevű vidékről származik. Magas szélességű vidékeken a ritka légkör elméletileg részben akár vissza is fagyhat a felszínre, jégsapkára emlékeztető képződményt hozva létre. A vízmolekulák tehát vándorolhatnak is a Ceresen – de ez a figyelemre méltó felvetés még további megerősítésre vár.
Mai tudásunk alapján 4,6 milliárd évvel ezelőtt, a Naprendszer keletkezésekor a Ceres is megindult a nagybolygóvá fejlődés útján, azonban a térségben lévő anyag jó része a közeli Jupiter gravitációs zavaró hatása miatt kiszóródott, az addig kialakult nagyobb objektumok pedig összeütköztek. Széttörésükkel létrejöttek az egyes kisbolygócsaládok – nagybolygó pedig nem született a térségben. A Ceres története azonban különbözik a társaiétól. Ez az égitest ugyanis nem tagja kisbolygócsaládnak – viszonylag nagy, magányos objektum. Mégsem tartják nagybolygónak, mert nem „uralja” a környezetét (nem tisztította meg gravitációs terével), ugyanakkor nem is darabolódott szét, mint sok társa. Noha léteznek vele hasonló pályán mozgó kisbolygók, azok színképi jellemzőikben eltérnek a Cerestől – feltehetőleg csak átmenetileg kerültek hozzá hasonló útvonalra a különböző pályaváltozások révén. A Ceres minden bizonnyal egy „túlélő” protobolygó, amely nem ütközött össze egy hasonló társával, hogy aztán Föld-típusú bolygót alkosson, és a Jupiter gravitációs zavara sem lökte ki a térségből.
Nagyobb változásokra valószínűleg a fejlődése elején került sor. A főleg 26-os Al-izotópokból felszabaduló hő talán elegendő volt, hogy részben megolvassza az anyagát, amely kőzetmagra és jeges köpenyre-kéregre vált szét – de ezt a Dawn űrszonda méréseinek kell majd igazolniuk vagy cáfolniuk. Napjainkban a beeső napsugárzás és a ritka becsapódások nyomán feltehetőleg a jég kis részének a vándorlása okoz változást az égitesten. A becslések alapján a Ceres egyenlítői térségében a 10–100 m vastag porózus réteg alatt a Naprendszer születése óta megmaradhatott a jég, míg a 40 fokos földrajzi szélesség feletti területeken ugyanehhez 1–10 m vastag porózus anyag is elegendő volt. Szerencsés esetben tehát a jég a felszínhez egész közel található.
A Hold (a nagy égitest a háttérben), valamint néhány kisbolygó méretaránya. Balról jobbra: Ceres, Pallas, Juno, Vesta, Astraea, Hebe, Iris, Flora, Metis, Hygiea (Vystrix Nexoth, wikipedia)
A Földhöz hasonló nagybolygók anyaga fejlődésük során jelentősen átalakult, a kisebb égitestekben nem szabadult fel annyi energia (pl. radioaktív bomlás vagy az összeállás ún. akkréciós hője révén), ami erősen megolvasztotta és átalakította volna őket. Elemzésükből ezért kiderülhet, milyen anyagok voltak a Naprendszert 4,6 milliárd éve kialakító ősi felhőben. Ezen belül fontos kérdés, hogy mennyi H2O volt jelen, és milyen formában, továbbá hogy mennyi szabad oxigén volt az ősködben, és oxidálódott-e pl. a szén, ami a keletkező ásványok jellemzőit befolyásolja. Az sem ismert pontosan, hogy a csillagközi térben létrejött szerves molekulák közül mennyi maradt meg, és hullott a többi között a mi Földünkre is az élet kialakulásához vezető prebiotikus fejlődés során. Az ősi izotóparányok révén bepillantást nyerhetünk a Naprendszer születése előtti állapotokba, a közeli csillagok által kibocsátott anyagok néhány jellemzőjébe. Az apró égitestekben végbement folyamatok megértése pedig arra is rávilágíthat, milyen átalakulás várható más bolygórendszerek kisebb égitesteiben, valamint mi alakítja ki a nagybolygók általunk is ismert jellemzőit.
A Ceres kisbolygóról készült felvételekből összeállított animáció. A fekete területekről még nincsenek adatok
Milyen kérdésekre keres választ a Dawn űrszonda?
# Mennyire differenciálódott a Ceres belseje? Volt-e rajta valamikor globális felszín alatti óceán vagy legalább kisebb folyékony víztestek a belsejében? Mindennek megállapításában a kráterek alakjának mérése segíthet.
# Miért „fejlettebb” a Ceresnél a nála majdnem kétszer kisebb Vesta? A Vestán egykor vulkánok törtek ki, míg a Ceresen hasonló folyamatoknak nyoma sincs, sőt még vízjég is maradhatott rajta.
# Pontosan mekkora a Ceres, és mennyire lapult? A korábbi földi mérések 967×892 km és 975×909 km közötti egyenlítői és sarki átmérőket adtak.
# Miben különbözik a Ceres a többi kisbolygótól? Elképzelhető, hogy a legnagyobb aszteroida nemcsak méretében, hanem egyéb tulajdonságaiban is elüt a társaitól.
# Mennyi folyékony víz volt a Ceres belsejében? Az elmúlt években kiderült, hogy (függetlenül a kiterjedt óceán fent említett ötletétől) sok apró égitest fejlődésének kezdetén mikroszkopikus skálán víz cirkulált a belsejükben, talán a Ceres esetében is hasonlóképpen történt.
# Miért nem lett a Ceres nagybolygó, és mennyire őrzi az ősi állapotokat? A Naprendszer keletkezése idején sok ún. protobolygó létezett, amelyek később vagy széttörtek, esetleg kilökődtek a rendszerből, vagy beépültek a nagyobb égitestek anyagába – máig nem tudjuk, hogyan is festett egy ilyen ősi égitest.
# Kapcsolódnak-e meteoritok a Cereshez? A korábban meglátogatott Vesta kisbolygóval ellentétben nem tudni, mely meteoritok származnak az égitestről.
Magyar vonatkozások
Magyar közreműködés a Dawn űrszonda munkájában és a Ceres kutatásában csak közvetetten jelenik meg. Az MTA CSFK-banKiss Csabavezetésével működő Naprendszer-kutató Kutatócsoport által kidolgozott szoftvert a Herschel űrtávcső méréseinek kiértékelésében használnak. Emellett a szintén az MTA CSFK-ban tevékenykedő Asztrofizikai és Geokémiai Laboratóriumban is vizsgálják a primitív szenes kondritok hidratációját, talán az ilyen meteoritok anyagához hasonló fordul elő a Ceres felszínén.
Fontosabb hazai közreműködésünk a Naprendszer apró égitesteinek űrszondás kutatásában, pl. a Rosetta programban: a Csurjumov–Geraszimenko-üstökösre leszállt Philae-egység több műszerét és egyéb rendszerét részben magyar szakemberek fejlesztették ki.
Honlapajánló:
A Dawn űrszonda honlapja a JPL-nél
A Dawn űrszonda honlapja a NASA-nál
