Következő állomás: a K2-18b exobolygó

“A Földön kívüli élet kutatása az ember veleszületett kíváncsiságának a következménye. Ez a kíváncsiság vezetett az összes tudományos felfedezéshez és találmányhoz, amelyek ma könnyebbé teszik a mindennapjainkat. “


Puskás Dávid



Sokszor elvesztődünk a mindennapi problémáinkban és ritkán gondolkodunk nagyobb, globális léptékű dolgokon. A Földön kívüli világgal kapcsolatos kérdések pedig szinte teljesen kimaradnak egy átlagos hétköznapunkból. Pedig a vágy, hogy megtudjuk mi rejlik a kozmikus függönyön túl és a kérdés, hogy létezik-e élet a bolygónkon kívül, bennünk lappang. A tudomány és ezen belül a csillagászat ma már olyan szintet ért el, hogy bizonyos kérdésekre képes választ adni. A kiinduló pont az, hogy egy Földhöz hasonló bolygót keressünk, amin víz van és hasonló körülmények, hiszen az általunk ismert életnek egyelőre csak ez ad otthont.


Legelőször viszont azt a kérdést kell feltennünk, hogy létezik-e egyáltalán más bolygó a „halványkék pöttyön”, amit Földnek nevezünk és a Naprendszer többi bolygóján kívül?

Mindezekre már korábban gondoltunk, hiszen a tudományos-fantasztikus könyvek és filmek számtalan idegen bolygóval és élőlénnyel szórakoztatnak minket évek óta. Az első Naprendszeren kívüli bolygót – exobolygót – viszont csak 1995-ben fedezték fel, amelyre idén Nobel-díjat adtak Michel Mayor és Didier Queloz csillagászoknak[1]. A bolygó az 51 Pegasi b nevet viseli és 50 fényévre található tőlünk (a fény 50 év alatt ér el a bolygótól hozzánk).


Művészi illusztráció az elsőként felfedezett földszerű exobolygóról, amely a Kepler-186f nevet viseli (Kép: NASA)


Ez az első bolygó mérföldkövet jelentett, azóta több mint 4100 exobolygót fedeztek fel a csillagászok. Ezek többnyire forró jupiterek vagy szuperföldek. A forró jupiterek, mint ahogy a név is mutatja, Jupiterhez hasonló tömegű gázóriások, amelyek közel keringenek a csillagjukhoz, így magas a hőmérsékletük. Ez volt az első felfedezett kategória, mivel nagy méretük miatt könnyebb volt észlelni ezeket. Az 51 Pegasi b is ebbe a kategóriába tartozik. A másik nagy csoport a szuperföldeké, amelyek átlagban a Földnél valamivel nagyobb tömeggel rendelkeznek, de felépítésük hasonló a Földéhez, nagyrészt kőzetekből állnak. Néhányon víz jeleit is kimutatták, amely az első alapvető feltétel az általunk ismert életre.


Egészen különleges exobolygókat is fedeztek már fel, ilyenek például a lávabolygók, az óceánvilágok vagy az olyanok, amelyek két csillag (kettőscsillag) körül keringenek. Aki legalább egyszer látta a Csillagok Háborúja franchise filmjeit, annak biztosan megmaradtak ezek a példák, főként a „bináris naplemente” jelenete. Ezek mostmár nem csak fikció, hanem tudományos felfedezés tárgyát is képezik.


Hogyan is fedezték fel ezeket a távoli égitesteket és hogyan képzeljünk el egy ilyen idegen bolygót?


Két fő módszerrel dolgoznak a csillagászok az exobolygók felfedezésében. Az elsőt (51 Pegasi b)a csillag helyzetének apró imbolygásaiból vették észre, amit a bolygó a keringése által okozott a csillagban (lásd az alábbi videót). A bolygómozgás és a gravitáció törvénye azt mondja ki, hogy bármely két egymás körül keringő test valójában egy közös tömegközéppont körül kering. Mivel a csillag tömege jóval nagyobb a bolygóénál, ezért ez a tömegközéppont nyilván nagyon közel lesz a csillag középpontjához és emiatt a csillag nem fog láthatóan keringeni, csak imbolyogni a középpont körül. Ezt az imbolygást viszont a mai modern óriás távcsövekkel érzékelni tudjuk a csillag fényében mutatkozó Doppler-effektus által. A Doppler-effektus egy hullám frekvenciájának és hullámhosszának a megváltozása a forrás vagy érzékelő mozgása következtében. Nap mint nap megfigyelhetjük ezt a jelenséget a mentőautók szirénája esetében amint elhaladnak a közelünkben. Ugyanez történik a fénnyel is amit a mozgó csillag bocsát ki. Ha távolodik tőlünk, akkor a fény hullámhossza a vörös fele tolódik el (vöröseltolódás), ha pedig közeledik akkor a kék fele. Ezekkel az egyszerű eszközökkel képesek vagyunk detektálni egy bolygó jelenlétét egy távolabbi csillag körül. Az egyedüli probléma az, hogy általában csak nagy tömegű bolygók – forró Jupiterek – esetén tudjuk kimutatni ezt az imbolygást.



A Csillag imbolyog a közös tömegközéppont körül a bolygó keringésének következtében (Videó: ESA)


A másik, sokkal eredményesebb – tranzit módszer – alapja az, hogy a bolygó elhalad a csillag korongja előtt, amely fényesség változást okoz és ezt képesek vagyunk érzékelni (lásd az alábbi videót). Ez az apró változás rengeteg adatra enged minket következtetni, például a bolygó átmérője, tömege vagy sűrűsége számítható így ki. A jelenség hasonló, mint amikor egy nyári táborozás alkalmával, éjjel az elemlámpánk előtt elrepül egy rovar és kis árnyékot vet. A detektálás nehézsége a nagyon kis változások mérésében rejlik.


Egy analógia által könnyebben megérthetjük ezt. Kicsinyítsünk le egy átlagos Nap-méretű csillagot egy grapefruit méretére. Ekkor egy Föld-méretű bolygó egy gombostű fejének a méretére csökken és egy 15 méteres pályán fog keringeni a grapefruit körül. Ha ezt a Nap utáni legközelebbi csillag távolságába szeretnénk helyezni, akkor méretarányosan, Kolozsvártól körülbelül Grönland keleti partjára kéne tegyük. Ez összességében azt jelenti, hogy Grönlandon egy grapefruit előtt 15 méterre levő gombostű fejét képesek kéne legyünk érzékelni Kolozsvárról!


Ez a modern távcső technikának köszönhetően ma már nem fantázia, hanem valóság. A nagy űrtávcsövek, mint a Hubble, Kepler vagy a Spitzer, és a földön található több méter átmérőjű óriásteleszkópok képesek ezt a feladatot is elvégezni. A módszer egyedüli problémája az, hogy a bolygó keringési síkja a mi látósíkunkkal kell megegyezzen, máskülönben soha nem látnánk az ellipszispályán keringő bolygót elhaladni a csillaga előtt. Ennek a módszernek a következtében exponenciálisan megnövekedett az exobolygó felfedezések száma az utóbbi években, jelentős többségüket így sikerült megtalálni.


A bolygó elhalad a Csillag korongja előtt, ami érzékelhető fényességváltozást okoz (Videó: ESA)


Idegen bolygók légköre és életre utaló jelek


Ami még érdekesebb a tranzit vagy átfedéses módszerben az az, hogy képesek vagyunk egy csillag előtt elhaladó bolygó légkörét is megvizsgálni, ha egyáltalán rendelkezik ilyennel. A bolygó peremén található vékony atmoszférán átvilágít a csillag és az ezt alkotó molekulák egy lenyomatot hagynak a fényben, amelyből a spektroszkópia segítsége által pontosan meghatározható egyes elemek jelenléte (lásd az alábbi képet). Így kimutatható például a víz, a metán vagy a széndioxid jelenléte egyes bolygók légkörében.


Az Univerzumban életre egyelőre csak egy példát ismerünk és ez a Földön található. Logikus, hogy ehhez hasonló életformákat próbálunk keresni más bolygókon. A földi élet alapja a folyékony víz, amihez megfelelő hőmérséklet és légkör szükséges. Ez alapján meghatároztak a csillagok körül egy úgynevezett lakhatósági zónát, amely egy olyan sáv, ahol a bolygó nincs túl közel a csillaghoz hogy elpárologjon a víz, de túl távol sincs ahhoz hogy teljesen megfagyjon rajta. A mi Naprendszerünk esetében a Föld teljes mértékben ebben a lakhatósági zónában található, a Vénusz és a Mars pedig csak részben. Ez nem feltételezi azt, hogy itt mindenképp lakható bolygók kell legyenek, csupán annyit hogy a víz normális körülmények között folyékony állapotban található a bolygó felszínén.


A következő fontos jel a biomarkerek jelenléte lenne, amelyek olyan kémiai elemek, amik az általunk ismert életre utalnak. Ilyenek a metán, a széndioxid és más egyéb szerves vegyületek. Lehetnek olyan vegyületek is amelyek egyszerűen nem kéne a légkörben legyenek, nem magyarázhatók természetes geológiai folyamatokkal. Ez akár utalhat fejlettebb civilizációkra, amelyeknél már bekövetkezett az iparosodás. Na de ne menjünk ilyen messzire…


Illusztráció egy bolygó légkörének a megfigyeléséről (Kép: NASA)


Melyik a legközelebbi exobolygó?


A legközelebbi exobolygót nyilván a Nap utáni legközelebbi csillag körül logikus keresni, ami a Proxima Centauri. Ez a Napunknál jóval kisebb vörös törpe csillag, a legújabb felfedezések szerint nem is egy, hanem két bolygónak ad otthont és az egyik a lakhatósági zónában van [2]! Mielőtt még elkezdenénk bepakolni a csillagközi hátizsákunkba, fontoljunk meg egy dolgot. A rendszer 4.25 fényévre van tőlünk, tehát ha fénysebességgel utaznánk, akkor ennyi időbe telne odaérni. Sajnos ezt a fizika nem engedi nekünk meg és ami még szomorúbb, hogy a mai űrtechnológiával több tízezer évbe telne odajutni…


Léteznek-e a Naprendszerhez hasonló több-bolygós rendszerek?

Művészi ábrázolás a TRAPPIST-1 csillag körüli 7 exobolygóról (Kép: NASA)


Nagy figyelmet kapott a 2017-ben felfedezett 7 exobolygó, amely aTRAPPIST-1 csillag körül kering [3]. Igazi tudományos különlegességnek bizonyult ez a rendszer, amelyben ráadásul 3 bolygó is a lakhatósági zónában található. A csillag egy Napnál jóval kisebb és hidegebb vörös törpe. Emiatt a bolygók közelebb keringenek hozzá és egymáshoz képest is közelebb vannak. Ez egy nagyon érdekes dologra enged következtetni. Ha a 3 bolygó valamelyikén kialakult élet, az nagy valószínűséggel átkerülhetett a másik kettőre is meteoritok útján. A folyamat egyszerű: ha az egyik élettel benépesített bolygóba becsapódik egy aszteroida (gondoljunk arra amikor a Földön egy hasonló becsapódás miatt kihaltak a dinoszauruszok), akkor az űrbe kirepült törmelék nagy valószínűséggel tartalmazhat baktériumokat. Ha ezek szerencsésen túlélik az „űrutazást” és egy közeli lakható bolygón landolnak, akkor akár benépesíthetik azt. Ez a jelenség amúgy nem kizárt, hogy megtörtént a mi Naprendszerünk esetében is. A rendszer mindenképp egyik elsődleges célpontja lesz a későbbi földönkívüli élet után való kutatásoknak.


Művészi ábrázolás a TRAPPIST-1 egyik feltételezetten lakható bolygójának felszínéről

(Kép: NASA)


Melyik az a bolygó, amelyiken a legnagyobb eséllyel találunk életet?


Az idén publikált legújabb felfedezések szerint a K2-18b nevű bolygó a legesélyesebb hely az idegen élet számára, ugyanis nem csak a csillag lakhatósági zónájában található, hanem valóban vizet véltek felfedezni a légkörében [4]. A Földnél kétszer nagyobb bolygó 110 fényévre van tőlünk és csupán 33 nap alatt kerüli meg a csillagát, azaz ennyit tart ott egy év. A fent említett átfedéses módszerrel felfedezett bolygó légkörében biztosan kimutatták a vízmolekulák jelenlétét, viszont egyelőre nem tudni milyen arányban vannak jelen. Biomarkerek észleléséhez nagyobb felbontásra, tehát még nagyobb távcsövekre van szükség.


Mit tartogat számunkra a jövő? Mihez kezdjünk ezekkel a felfedezésekkel?


Ahhoz, hogy több mindent tudjunk megfigyelni a távoli bolygókon és még több exobolygót tudjunk felfedezni, nagyobb és jobb felbontású távcsövekre van szükség. A 6.5 méteres tükörátmérőjű James Webb űrtávcső lesz a Hubble utódja, amely a számítások szerint jelentősen előre fogja vinni a csillagászatot. Ezt valószínűleg 2021-ben bocsátják fel az űrbe. A tervezett 30 méteres földi távcső pedig várhatóan szintén óriási ugráshoz fog vezetni a felfedezések terén.


Ezek után valószínűleg sok kérdést tesztek fel magatokban. Miért kutatunk lakható bolygók után, ha sohasem tudunk eljutni oda? Miért nem foglalkozunk inkább a Föld megvédésével? A Földön kívüli élet kutatása az ember veleszületett kíváncsiságának a következménye. Ez a kíváncsiság vezetett az összes tudományos felfedezéshez és találmányhoz, amelyek ma könnyebbé teszik a mindennapjainkat.


Hiába találunk más lakható bolygót, amelyen élet is van, ez soha nem tudja helyettesíteni a Földet. Ez az egyetlen otthonunk és természetesen mindent meg kell tennünk a megőrzése érdekében. A csillagászati kutatások és a Föld védelme viszont nem zárja ki egymást, sőt akár közös is célt szolgálhatnak. Más naprendszerek és bolygók vizsgálata hozzásegíthet a sajátunk megértéséhez és kulcsot adhat a problémák megoldásához is. Az űrtechnológiák fejlődése pedig kéz a kézben segíti a mindennapi technológia fejlődését. Gondoljunk csak az exobolygók felfedezéséhez használt távcsövekben levő CCD kamerákra, amelyeknek utódaiként fejlődtek ki az okostelefonjainkban található kamerák.


Ne feledjük, hogy a technológia nagyon gyorsan, mondhatni exponenciálisan fejlődik. Könnyen megtörténhet, hogy az elkövetkező évtizedekben vagy évszázadokban az űrutazás sokkal könnyebbé és gyorsabbá válik és megnyílik előttünk a „kozmikus óceán”. A jövőben nem kizárt, hogy eljuthatunk ezekre a bolygókra.


Végezetül pedig ne feledkezzünk meg arról, hogy a kozmoszhoz képest parányiak vagyunk egy „halványkék pöttyön” és vétek lenne nem felfedezni mindazt ami körbevesz. Még ha egyelőre elérhetetlenek is ezek a távoli világok, az emberi kíváncsiság nem ismer határokat. Így helyesen tesszük, ha akár egy egyszerű hétköznapon is a föld helyett az eget kémleljük és elgondolkozunk, mi minden van a horizonton túl.


A „halványkék pötty” valójában a Föld 6.4 milliárd kilométer távolságból a Voyager 1 által készített fényképen (Kép: NASA)


Hivatkozások

[1] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/press-release/

[2] Nature, DOI:10.1038/nature19106

[3] Nature, DOI: 10.1038/nature21360

[4] Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-019-0878-9

Főtámogató:

© 2020 Éter - Érted.