Nemrégiben jelentette be a NASA az 5000. exobolygó felfedezését. A más csillagok körül keringő planéták az egyik legizgalmasabb témája az égbolt tudományának, nem csoda, hogy sokan foglalkoznak vele. A csillaguk lakhatósági zónájában keringő kőzetbolygókat azonban kevesen kutatják, igaz nem sok ilyen égitestet ismerünk még, és ezekről sincs túl sok információnk. Boldog Ádám csillagász (CSFK Csillagászati Intézet) azonban éppen ezekről írja a doktori értekezését. Lapunknak arról mesélt, hol tart ma a kutatás és azzal biztatott bennünket, hogy akár már néhány éven belül lehetnek olyan mérési adataink, amelyekből egy adott exobolygóról el lehet dönteni, megvannak-e rajta az élet feltételei. Sőt..!
– Az exobolygók vizsgálata az ön születésekor – kis túlzással – még sci-fi kategóriába tartozott. A tudomány és a fantasztikum közül melyik irányból jutott el erre a kutatási területre?
– Mindig szerettem a sci-fit, olyannyira, hogy először filmrendező akartam lenni. A tudományok is érdekeltek, főként a vulkánok és a kéreglemezek mozgása, de a csillagászat sem állt messze tőlem. Az döntött, hogy a gimnáziumban az egyik barátom mesélt a csillagképekről, és rájöttem, hogy egy egész világ van a fejem felett, ami rengeteg érdekességet és kihívást rejt. BSc-s koromban már megvolt az exobolygók iránti szakmai érdeklődésem. A Kepler űrtávcső akkoriban már ontotta a felfedezéseket. A doktori disszertációmban a lakhatósági zónában keringő Föld típusú exobolygókkal foglalkozom, ám még nagyrészt elméleti kutatásokról van szó.
– Mi hiányzik a gyakorlati kutatásokhoz?
– Az ismert, lakhatósági zónán belül keringő exobolygókról még nincs annyi információnk, mint amennyit szeretnénk. Mini-Neptunuszokból és szuperföldekből nagyon sokat ismerünk, a Földhöz hasonló kőzetbolygókból viszont nagyon keveset. És ha egy csillag lakhatósági zónájában találunk is egy ilyet, akkor sem tehetjük még ki a táblát, hogy itt laknak az idegenek. Első körben azt kell kimutatni, van-e légköre és lehet-e víz a felszínén.
Egy távoli, szabad szemmel nem is látható fénypontban történt alig észrevehető változásokból kell kikövetkeztetni, hogy ott egy bolygó kering. És ennek az égitestnek a légkörét, felszíni tulajdonságait kell megmérni. De hogyan?
Az exobolygók felfedezésének egyik módszere a tranzit módszer, a Kepler is ezt alkalmazta és most a TESS-űrtávcső is. Az eljárás lényege, hogy amikor a látóirányunkban lévő bolygó elhalad a csillaga előtt, minimális mértékben, de csökkenti annak fényességét. Ilyenkor a csillagfény keresztülhalad a bolygó légkörén, és az abban levő molekulák is nyomot hagynak a spektrumban. Olyankor is készítünk színképet a csillagról, amikor a bolygó mögötte van, és a két spektrum különbsége megadja a bolygólégkör összetételét vagy legalábbis a leggyakoribb összetevőit. A megfelelően vastag és állandó atmoszféra ahhoz szükséges, hogy ténylegesen megmaradjon a víz a felszínén, hiszen légköri nyomás nélkül elpárologna. Ez történt a Marson is. Jelenleg ott tartunk, hogy nagy, Jupiter méretű exobolygók légkörét már sikerült vizsgálni.
– Elméleti módszerekkel hogyan végzi az elméleti kutatásokat és meddig lehet ilyen módon előre jutni?
– A doktorim effektív méréseken és modellezésen alapul, a Kepler adatai mellett a Cheops űrtávcső adatait is használom. De az exobolygók felszínéről és belsejéről nincs még konkrét adat, ezért modellekből és a hozzájuk tartozó egyenletekből próbálok információkat nyerni. Én a felszín alatti víz keresésére koncentrálok. A bolygók mért sugarából és tömegéből kiindulva meg lehet becsülni, hogy milyen egy exobolygó belső felépítése. A sűrűségük alapján meg tudjuk mondani, hogy víztartalma ennyi meg ennyi százalék között lehet, és ha látjuk, hogy ez az érték nagy, akkor valószínűsíthető, hogy vastag jégréteggel rendelkezik a bolygó.
Ha folyékony vizet szeretnénk, de nincs légkör, akkor sincs gond, mert a felszín alatti jeget meg tudja olvasztani a belső hő is, ami származhat árapályfűtésből. Jó példa erre a Szaturnusz Enceladus vagy a Jupiter Europa nevű holdja. Sok exobolygó azonban nem kering olyan közel a csillagához, hogy az jelentős fűtést indukáljon. Egyébként a Földnél sem ez a legfontosabb tényező. Bolygónk belső hőjének fele abból adódik, hogy belsejében a radioaktív elemek a bomlás során hőt produkálnak. Ugyanez a folyamat lejátszódhat más égitesteken is. A radioaktív elemek mennyisége természetesen eltérhet a földitől, de itt is meg tudunk adni egy értéktartományt. Modelleink segítségével pedig képesek vagyunk megbecsülni, mekkora lehet a belső köpenye egy exobolygónak, amin belül a radioaktív elemek megtalálhatók, így arra is, hogy bomlásuk során mennyi belső hő szabadul fel. Ez elegendő lehet arra, hogy legalább részben megolvassza a felszín alatti jégréteget és folyékony vizet hozzon létre. Ez azért izgalmas számunkra, mert egy alternatív módja a lakhatósági vizsgálatoknak.
– Hol tart ez a kutatás a gyakorlatban?
– Ez még nagyon elmélet. Amit mi mérünk, a tömeg és a sugár. Jó esetben megvan mindkettő, de gyakran becsülni kell egyikből a másikat. Az, hogy hogyan közelíti meg az ember a belső szerkezet felépítését, modellről modellre változik, de alapvetően ugyanaz a kiindulás: feltételezzük, hogy a bolygónak van egy vasmagja, van egy szilikátos kőzetköpenye és esetleg ezt boríthatja egy jégréteg, mindezt pedig atmoszféra övezheti. A belső rétegeket kell „beállítani” a modellben, hogy visszaadja a mért vagy becsült sűrűséget. Egy adott sűrűségérték persze többféle belső szerkezettel is reprodukálható. Lehet, hogy egyik esetben vastagabb a bolygó vasmagja, vékonyabb a kőzetrétege és több a jég, ami rárakódik, míg a másik verzióban kevesebb a jég és vastagabb a kőzetréteg, ám mindez bizonyos határokon belül változik. Jelenleg azt tudjuk megmondani a sűrűségértékből, hogy milyen mennyiségben lehet jelen a H2O az égitesten. A radioaktív elemek gyakoriságát is csak becsülni tudjuk a Földre érkezett meteoritok alapján.
– Újabban egyre többször felmerül az exoholdak kérdése.
– Igen, ez is divatos téma, ráadásul éppen a témavezetőm, Dobos Vera is ezzel foglalkozik. Az, hogy egy exoholdon vizsgáljuk a lakhatóságot, azért jó, mert a bolygónak nem kell feltétlenül a csillag lakhatósági zónájában keringenie. Egy jupiterszerű bolygó árapály ereje a körülötte keringő holdaknál ugyanolyan helyzetet indukálhat, mint a már említett Europa holdon vagy az Enceladusnál. Ezek belsejében óceánok keletkezhettek. Exoholdat még nem ismerünk, de reményeim szerint néhány éven belül ilyet is fogunk találni.
– Mire alapozza ezt az optimizmust?
– A következő évek űrprogramjaira. Karácsonykor végre felbocsátották az amerikai, európai és kanadai űrügynökségek együttműködésével készült James Webb űrteleszkópot, melynek egyik feladata az exobolygók vizsgálata lesz infravörös tartományban. Az ESA ARIEL nevű űreszköze 2029-ben juthat a világűrbe és az exobolygók kialakulását, fejlődését, összetételét vizsgálja látható és infravörös tartományokban. Sőt, közvetlenül a kőzetbolygók légkörét is, ha rendelkeznek ilyennel. Az ARIEL megvalósításában egyébként magyar szakemberek is részt vesznek.
– Úgy tűnik szereti a kihívásokat, hiszen olyan területekről beszélt, amikkel kevesen foglalkoznak. A távolabbi terveiben is szerepelnek ilyen kutatások?
– Vannak ötletek, például az exoplanetáris mágneses terek és a légkörszökési folyamatok vizsgálata. Nagyon bonyolult probléma, mert ezeket jelenleg elméleti úton is elég nehéz vizsgálni. Főleg, ha azzal a kérdéssel kötnénk össze, hogy az megvédi-e a légkört vagy sem. A bolygószerkezet vizsgálatánál látjuk, hogy megfelelő méretű vasmagot feltételezve becslést adhatunk a bolygók mágneses terére. Ebből már lehetne látni, hogy melyiknek van erős magnetoszférája és ezek közül melyiket lehetne műszerekkel is detektálni. Ez nagyon izgalmas irányvonal, amin el lehetne indulni és ez mondhatni „hiánycikk” az exobolygászatban.
Trupka Zoltán
Bizonyos kőzetbolygók szerkezete a Szaturnusz Enceladus holdjáéhoz hasonló lehet. Esetükben a jégfelszín alatti nagynyomású jégréteg a bolygó belső hőjének hatására megolvadhat, egy felszín alatti óceánt hozva létre. (FORRÁS: NASA)
A planetáris mágneses terek számára fontos szerep juthat az exobolygók életében. A csillagkitörések ellen egyfajta ,,védőpajzsként” szolgáló magnetoszférák olyan folyamatoknak szabnak gátat, melyek a bolygó légkörének elvesztését okozhatják.
(FORRÁS: NASA)