A Nap múltjáról árulkodik a holdkéreg

10399
Animáció a Napról a NASA Napdinamikai Obszervatórium ultraibolya tartományban készített felvételeiből. (Forrás: NASA)

A Nap miatt vagyunk most itt, és épp miatta nincsenek sem marslakók, sem vénusziak.

Amikor Napunk négymilliárd évvel ezelőtt még csak kisded volt, erős kitöréseket produkált, amelyek következtében nagy energiájú részecskék száguldottak át a Naprendszeren erős sugárzás kíséretében. Ezek olyan kémiai reakciókat indítottak el, amelyek a korai Földet melegen és nedvesen tartva segítették az élet csírájának megszületését. Ugyanakkor más világokon éppen a Nap szeszélyes viselkedése nyomán tűnt el a légkör, és vele az értékes vegyi anyagok, lehetetlenné téve az élet kialakulását.

A NASA Napdinamikai Obszervatóriuma által készített képen egy 2014. október 2-ai napkitörés látszik a Nap jobb oldalán. (Forrás: NASA/SDO)

Hogy a Napcsecsemő kitörései mekkora pusztítást vittek végbe a bolygókon, azon múlt, hogy milyen gyorsan forgott a Nap a tengelye körül. Minél gyorsabban forgott, annál gyorsabban irtotta ki az élet kialakulásának feltételeit. A Napnak ez a fontos életszakasza azonban játszadozik a kutatókkal, mondta Prabal Saxena, a NASA Goddard Űrközpontjának asztrofizikusa. Saxena azt vizsgálja, miképpen hat az űridőjárás, a napaktivitás és más sugárzások a bolygók és holdak felszínére. Más kutatókkal együtt most arra jött rá, hogy a Hold által fény derülhet néhányra a Napot övező ősi rejtélyek közül, amelyek hozzásegíthetnek az élet kifejlődésének megismeréséhez.

„Nem tudjuk, milyen volt a Nap az első egymilliárd évben, pedig fontos lenne tudni, mert hatással volt a Vénusz légkörérének fejlődésére, és arra, hogy gyorsan eltűnt belőle a víz. Valószínűleg abban is közrejátszott, hogy a Mars gyorsan elvesztette a légkörét, és megváltoztathatta a Föld légkörének összetételét is.” – mondta Saxena.

A Nap–Föld kapcsolat

Saxena akkor botlott a Nap korai forgásának rejtélyébe, amikor egy látszólag ehhez nem kapcsolódó témával foglalkozott: ha a Hold és a Föld nagyrészt ugyanolyan anyagokból áll, akkor miért van jelentősen kevesebb nátrium és kálium a holdi regolitban, mint a földi talajban?

A kérdés akkor vetődött fel, amikor az Apollo-program keretében hazajuttatott holdmintákat és a Földön talált holdi meteoritokat vizsgálták, amelyek évtizedekig zavarba ejtették a kutatókat. A vizsgálat eredménye a Hold kialakulásának vezető elméletét kérdőjelezte meg.

Az elmélet szerint Holdunk akkor alakult ki, amikor egy Mars-méretű égitest 4,5 milliárd évvel ezelőtt a Földbe csapódott. A becsapódás nyomán szakadt le a Földről az az anyagmennyiség, amely végül holddá állt össze.

„Ha a Föld és a Hold hasonló anyagokból jött létre, akkor miért veszített a Hold ezek némelyikéből?” –  tette fel a kérdést Rosemary Killen, a NASA Goddard Űrközpontjának bolygókutatója, aki az űridőjárás bolygók légkörére és exoszférájára gyakorolt hatásait vizsgálja.

 

Az Apollo 16 küldetés során gyűjtött 68815-ös számú holdminta, amely egy kb. másfél méteres szikla töredéke. (Forrás: NASA/JSC)

A két kutató gyanította, hogy a Napot és a Holdat övező rejtélyek összefüggenek, és a Nap történetére a holdkéreg deríthet fényt.

A csoport kutatását Killen korábbi munkája alapozta meg. 2012-ben ő segített modellezni a napaktivitás hatásait a nátrium és kálium mennyiségére, amelyet a napszél vagy a koronakidobódások szállíthattak a holdfelszínre, vagy szakíthattak le onnan.

Saxena a csillagok forgási periódusa és kitörési aktivitása közötti matematikai összefüggést vizsgálta. Ez a munka azon kutatók vizsgálataira épül, akik a NASA Kepler-űrtávcsövével felfedezett több ezer csillag aktivitását vizsgálták: rájöttek, hogy minél gyorsabban forog a csillag, annál hevesebbek a koronakidobódásai. „Amikor más csillagokat és bolygókat vizsgálunk, köztük a Napunkhoz hasonló csillagokat, lassan átlátjuk azt is, hogyan fejlődött ki a Nap.” – mondta Saxena.

Saxena, Killen és munkatársai úgy gondolják, hogy kifinomult számítógépes modellekkel talán megoldották mindkét rejtélyt. A The Astrophysical Journal Letters szaklapban május 3-án közzétett tanulmányukban leírt számítógépes szimulációik megmutatták, hogy a korai Nap lassabban forgott, mint az újszülött csillagok 50%-a. A kutatók becslései szerint a Nap az első egymilliárd évben legalább 9 vagy 10 nap alatt tett meg egy fordulatot.

A kutatók Naprendszerünk fejlődését egy lassú, egy közepes, majd egy gyorsan forgó csillag esetére is modellezték. Megállapították, hogy csak a lassan forgó Nap lehetett képes éppen annyi töltött részecskét lövellni a Holdra, amik idővel kiüthették a felszínén lévő nátriumot és káliumot az űrbe, és hátra hagyhatták a mai holdkőzeteket.

„Az űridőjárás gyakorolhatta a legnagyobb hatást a bolygók és a Naprendszer fejlődésére,” – mondta Saxena – „így a lakhatóság vizsgálatakor mindenképpen gondolnunk kell rá.”

Élet a korai Nap alatt

A korai Nap forgási sebessége szerepet játszhatott a földi élet kialakulásában. A Földhöz hasonló két másik kőzetbolygó, a Vénusz és a Mars esetében pedig épphogy megakadályozta azt. (A Naphoz legközelebbi bolygónak, a Merkúrnak eleve esélye sem volt.)

A Föld légköre egykor nagyon különbözött a ma ismert, oxigéndús atmoszférától. Amikor a Föld 4,6 milliárd éve kialakult, olvadt bolygónkat csak egy vékony hidrogén- és héliumréteg borította. A fiatal Nap kitörései azonban 200 millió éven belül eltüntették ezt az eredeti légkört. Ahogy a földkéreg megszilárdult, a vulkánok fokozatosan új légkört köhögtek fel, megtöltve szén-dioxiddal, vízgőzzel és nitrogénnel a Földet körülvevő területet. A következő egymilliárd év alatt a legelső baktériumok elfogyasztották a szén-dioxidot, cserébe metánt és oxigént bocsátva a légkörbe. Kialakult a Föld mágneses tere, amely védelmet biztosított a Naptól, lehetővé téve, hogy a bolygó légköre azzá az oxigén- és nitrogéngazdag levegővé alakuljon, amit ma belélegzünk.

„Szerencsénk van, hogy a Föld atmoszférája túlélte a legrosszabb időket.” – mondta Vladimir Airapetian, a Goddard vezető napfizikusa és asztrobiológusa, aki az űridőjárás földszerű bolygókra gyakorolt hatását vizsgálja. Airapetian együtt dolgozott Saxenával és Killennel a korai Nap tanulmányozásában.

Művészi illusztráció a korai Földről egy nagy becsapódás nyomával, amelynek eredményeképpen magma jutott a felszínre. (Forrás: Simone Marchi)

Ha a Nap gyorsan forgott volna, akkor naponta legalább tíz szuperkitörést kellett volna produkáljon, amelyek tízszer erősebbek a történelemben valaha tapasztaltaknál. Ezt még a Föld mágneses tere sem védte volna ki. A napkitörések eltüntették volna a légkört, így annyira lecsökkent volna a nyomás, hogy a bolygón nem maradt volna meg a folyékony víz. „Ez sokkal mostohább környezetet eredményezett volna.” – jegyezte meg Saxena.

A Nap pontosan a Földnek leginkább megfelelő ütemben forgott, így a bolygó a fiatal csillag fényében virágzásnak indult. A Vénusz és a Mars nem volt ilyen szerencsés. A Vénuszt egykor óceánok borították, akár még lakható is lehetett. De számos tényező miatt, beleértve a naptevékenységet és a belülről táplált mágneses tér hiányát, a Vénuszról eltűnt a hidrogén – a víz nélkülözhetetlen összetevője. Ennek eredményeképpen a Vénusz óceánjai a becslések szerint a bolygó életének első 600 millió évében elpárologtak. A bolygó légkörében túlsúlyba került a szén-dioxid, egy nehéz molekula, amelyet nehezebb eltávolítani. Ez elszabadult üvegházhatáshoz vezetett, amely a Vénuszt a kínzóan magas, az élethez túl meleg, 462 Celsius-fokos hőmérsékleten tartja.

Úgy tűnhet, hogy a Marsot, amely a Naptól sokkal távolabb van, mint a Föld, nem fenyegetik a napkitörések. Pedig valójában a Földnél rosszabb helyzetben van. Részben a vörös bolygó gyenge mágneses tere, részben alacsony gravitációja miatt a korai Nap fokozatosan képes volt megszabadítani a bolygót a légkörétől és a víztől. Úgy 3,7 milliárd évvel ezelőtt a marsi légkör olyan vékonnyá vált, hogy a folyékony víz azonnal az űrbe szökött róla. (Még mindig van némi víz a bolygón, fagyott állapotban a sarki sapkákban és a talajban.)

Miután megtette hatását a belső bolygókon, az öregedő Nap fokozatosan lelassult, és továbbra is egyre lassabban forog. Most 27 naponta fordul körbe egyet, háromszor lassabban, mint fiatalkorában. A lassabb forgás következtében egyre kevésbé aktív, de még mindig heves kitöréseket produkál.

A Hold, a Naprendszer evolúciójának szemtanúja

Saxena szerint, ha a korai Napra vagyunk kíváncsiak, elég a Holdat megfigyelnünk, ami a fiatal Naprendszer egyik legjobban megőrzött alkotása.

„A Hold azért nyithat ablakot a múltra, mert nincs zavaró légköre, és nincs a kérget átrendező lemeztektonikája.” – mondta. „Így tehát mondhatjuk: ha a napszél részecskéi vagy bármi más belecsapódik, a Hold talaja megőrzi a nyomát.”

A NASA Lunar Reconnaissance Orbiter képei alapján készített videó a Hold Állandóan Árnyékos Területeit (PSR) mutatja. Ezek a helyek nem kerültek a Nap látószögébe évmilliók vagy évmilliárdok óta. Míg a Föld megdőlt tengelye következtében a felszíne minden részét érheti napfény, még a sarkokat is az év egy részében, a Hold dőlésszöge a Naphoz képest csak 1,6 fok, nem elég nagy ahhoz, hogy az északi és a déli pólushoz közeli mély kráterekbe bejusson a napfény. Az Állandóan Árnyékos Területek ezért a Naprendszer leghidegebb és legsötétebb helyei között vannak. (Forrás: NASA Goddard/Ernie Wright)

Az Apollo-küldetések kőzetmintái és a holdi meteoritok kiváló kezdetnek számítanak a korai Naprendszer megértéséhez, de csupán apró darabok egy hatalmas, rejtélyes kirakóban. A minták a Hold egyenlítőjéhez közeli kis területről származnak, a holdi meteoritokról pedig nem lehet teljes bizonyossággal megmondani, hogy a Holdnak melyik részéről, milyen környezetből származnak.

Mivel a déli pólusnál találhatók az állandóan árnyékban lévő területek, gyanítható, hogy itt találjuk a Hold legjobban megőrzött anyagait, például vízjeget, ezért a NASA egy ilyen területre irányítja a 2024-es küldetését.

Ha az űrhajósoknak sikerül a Hold legdélibb régiójából kőzeteket gyűjteniük, akkor több fizikai bizonyítékhoz jutnánk a Nap forgási sebességéről, mondta Airapetian, aki szerint lehetséges, hogy a napszél részecskéi egykor a Hold hajdani mágneses tere miatt a pólusok felé térültek el. „Tehát azt várnánk – bár még sosem ellenőriztük -, hogy a Hold ezen része, amelyre a fiatal Nap még hatást gyakorolt, egészen más, mint az egyenlítői régió. Sok kutatás vár még ránk.”

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás