Élőben detektált meteorbecsapódást vettek észre a Merkúron nyolc évvel a mérések után

7150

A NASA MESSENGER űrszondája a Merkúr körüli pályáról egy 2013-ban történt meteorbecsapódás következményeit, a becsapódási esemény “füstölgő puskacsövét” figyelte meg. Ez az első eset, amikor egy kőzetbolygón közvetlenül kimutatták egy becsapódás során a kirepülő anyag megjelenését.

A MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) bolygószonda 2004. augusztus 3-án indult útjára a Merkúr és kozmikus környezetének részletes tanulmányozására. A Vénuszt két alkalommal, a Merkúrt pedig háromszor közelítette meg, hogy a pályamódosító hatásukat felhasználva eljusson a Merkúrhoz illeszkedő pályára. Közel hét éves utazás után állt a célpont égitest körüli keringési pályára 2011. március 11-én, éppen tíz évvel ezelőtt. Műszerei ellenőrzése után 2011. április 4-én kezdte meg tudományos programját.

MESSENGER a Merkúr körül (NASA).

A MESSENGER szonda 2015. április 30-án, előre tervezett módon becsapódott a Merkúr felszínébe, és ezzel befejezte négy évig tartó megfigyelési programját a bolygó körül, amelynek során egyedülálló mérési és észlelési adatokat gyűjtött.

Mivel a Merkúrnak csak igen ritka légköre van, amely nem képes megvédeni a bolygót a kisebb égitestek (kisbolygók, meteoroidok, meteorok) becsapódásaitól, ezért a Holdéhoz hasonlóan nagyon sok becsapódási kráter borítja felszínét.

Merkúr vagy Hold? Nehéz megkülönböztetni a két égitest becsapódásokkal tarkított felszínét (NASA MESSENGER, JHU/APL, 2020.01.29.).

A merkúri légkör ritkaságát az is mutatja, hogy a bolygó felszínén az atmoszférikus nyomás legfeljebb csak 0,5 nPa (nanopaszkál). Összehasonlításul: a Földön a felszíni légnyomás mintegy 1000 hPa (hektopaszkál), vagyis a Merkúr felszíni nyomása a földinek csak mintegy 10-15-ed (ezerbilliomod) része. Az igen ritka légkört a napszél atomjai (főleg hidrogén és hélium), illetve a bolygó felszíni kőzetanyagából kiszabaduló különböző atomok (nátrium, kálium, kalcium, magnézium, alumínium, vas, mangán) alkotják. A MESSENGER plazmaspektrométer-csomagja (Energetic Particle and Plasma Spectrometer, vagyis EPPS) alkalmas volt a Merkúr légköri összetevőinek és azok térbeli koncentrációjának meghatározására, azaz annak megmérésére, hány részecske van egy köbcentiméterben. Ez a műszercsomag két egységet is tartalmazott: az EPS (Energetic Particle Spectrometer) műszert, ami a nagy energiájú töltött részecskéket mérte, illetve a FIPS (Fast Imaging Plasma Spectrometer) műszert, ami a bolygó felszínéről érkező töltött részecskéket detektálta.

A MESSENGER plazmamérő műszercsomagja, azaz az EPPS két műszere: a nagy energiájú töltött részecskéket mérő EPS (fent) és a bolygó felszínéről származó töltött részecskéket mérő FIPS (lent) (NASA MESSENGER, JHU/APL).

Egy amerikai kutatócsoport Jamie M. Jasinski (NASA/JPL) vezetésével a közelmúltban átnézte a MESSENGER FIPS archív adatait, és ennek során meglepő felfedezést tett. Az űrszonda 2013. december 21-én a bolygó exoszférájában, vagyis még a felszíntől távoli, a bolygóhoz gravitációsan kötött, de nagyon ritka, ütközésmentes gáz-felsőlégkörében végezte méréseit. Amikor a szonda a bolygófelszín felett mintegy 5300 km magasságban járt, a szokásos köbcentiméterenkénti 0,01 részecskeszám váratlanul mintegy 100-ra, azaz hirtelen tízezerszer(!) több részecskét detektált, mint általában.

A napfény a Merkúrból származó semleges atomokat ionizálja, amelyeket így töltött részecskékként a napszél mágneses tere eltéríti, ez alapján pedig a FIPS műszer képes volt érzékelni és beazonosítani az ionokat, meghatározni a sebességüket és beérkezési irányukat.

A napfény ionizálja a Merkúr felszínéről elszökött semleges atomokat. Az érkező napszél-áramlás reagál a Merkúrra és mágneses terére, így egy lökéshullámfront (“bow shock”) keletkezik. A napszelet a bolygó semleges légkörétől és mágneses terétől egy átmeneti tartomány, a magnetopauza választja el (NASA MESSENGER, JHU/APL, 2021.01.29. és Nature Communications 11, 2020, ID No. 4350)

Az amerikai kutatók az adatok részletes elemzésével kizárták, hogy a Merkúr körüli lökéshullámfrontban, illetve magnetopauzában gyorsultak volna fel a mért töltött részecskék. Továbbá az sem volt reális lehetőség, hogy a napszélhez kötött mágneses tér gyorsította volna fel és gyűjtötte volna össze az érzékelt részecskéket. A vizsgálat során arra a következtetésre jutottak, hogy MESSENGER egy felszíni meteorbecsapódás következményeként ugrásszerűen feldúsult részecskefelhőt detektált. A becsapódáskor ugyanis a keletkező magas hőmérsékleten a felszín anyaga plazmafelhővé alakul – közben a becsapódó kis égitest anyaga is -, és nagy sebességgel elszökik a bolygóról. A kis égitest anyagának járuléka elenyésző a kidobott felszíni anyag mennyiségéhez képest, így a bolygó felsőlégkörében a MESSENGER alapvetően a Merkúrról kidobott anyagfelhőt figyelhette meg.

Mivel a kis égitestek a Nap közelében nagy pályamenti sebességgel mozognak, illetve a Merkúr keringési sebessége is nagy, ezért az apróbb objektumok is nagy relatív sebességgel csapódhatnak be a bolygó felszínébe. A nagy mozgási energia következtében a kidobott felszíni anyag magas hőmérsékletű és nagy össztömegű részecskefelhő lesz, amely elszökik a világűrbe.

A kutatók számítógépes modellezése szerint a becsapódó kis égitest mintegy egy méter átmérőjű lehetett, így a meteoroidok (kis méretű, 1-100 méter közötti méretű aszteroidák) közé tartozhatott.

Mi a jelentősége a Merkúrba történt meteorbecsapódás felfedezésének? Földfelszíni csillagászati megfigyelő eszközökkel egyre több meteoroid becsapódását mutatják ki a Holdon, és a becsapódások által keletkezett kráterek nagy részét égi kísérőnk körül keringő szondák nagyfelbontású képfelvételein azonosítani is lehet. (Itthon ilyen jellegű megfigyeléseket végez az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatóriuma is a GINOP “Kozmikus hatások és kockázatok” pályázat által támogatott műszerbeszerzésnek köszönhetően.) A nagybolygókba becsapódó kis égitestekre voltak unikális példák: nagyon emlékezetes a D/Shoemaker-Levy 9-üstökös Jupitert eltaláló magtöredékei, vagy az amatőrcsillagászok által később felfedezett újabb és újabb jupiteri becsapódások, és azok nyomainak megfigyelése. A Marson szintén ismerünk az elmúlt évtizedekben megjelent kis méretű új krátereket, melyeket friss becsapódások hoztak létre, ugyanakkor azoknak a konkrét becsapódási jelenségeit még soha nem sikerült elkapni megfigyelésekkel. A MESSENGER 2013-ban végzett méréseiből tehát először mutathattunk ki kőzetbolygón történt becsapódás közvetlen következményeit, a kirepülő anyagfelhőt, azaz jelentős technikai bravúrt hajtottunk végre.

A közeli jövőben van remény arra, hogy a 2013. december 21-én történt
becsapódás nyomát azonosítani lehessen a Merkúr felszínén az ESA (Európai Űrügynökség) már úton levő BepiColombo űrszondájának felvételein. A BepiColombo szonda 2018. október 20-án indult útnak. A Vénusz és a Merkúr többszöri megközelítésével elvégzett és tervezett pályamódosítások után a menetrend szerint 2025. december 25-én áll pályára a Merkúr körül. A Vénusz melletti első elrepülése 2020. október 15-én már megtörtént, a Vénusz második megközelítésére pedig 2021. augusztus 21-én kerül majd sor. Ezeket követően már csak a Merkúr többszöri megközelítése várható a 2021. október 2-i első és a 2025. január 9-i hatodik elrepüléssel. Várjuk, hogy a BepiColombo megtalálja a MESSENGER szonda által megfigyelt becsapódás felszíni nyomát, de talán maga a BepiColombo is képes lesz észlelni egy vagy akár több meteorbecsapódást a Merkúron, ezáltal feltérképezve a meteoroidok térbeli sűrűségét a Merkúr pályájának térségében.

A Merkúrba történt meteorbecsapódást ismertető tudományos közlemény a Nature Communications folyóiratban jelent meg.

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás