4,6 milliárd évvel ezelőtt, amikor Univerzumunk mai korának még csak kétharmadát élte meg, a Tejútrendszer egy spirálkarjának félreeső zugában egy kiterjedt, gázzal és csillagközi porral teli felhő – valószínűleg egy közeli szupernóva-robbanás lökéshullámának eredményeképpen – elkezdett összehúzódni. Ennek hatására a felhő legbelső régiója melegedni kezdett, és több lépésben beindult benne a magfúzió: megszületett a Nap.
A csillagkeletkezésből visszamaradt gáz és por egy forgó korongba, az úgynevezett protoplanetáris korongba rendeződött, ahol az anyag a folyamatos ütközések révén csomósodni kezdett, ezek a csomók bolygócsírákká nőttek, a bolygócsírák pedig újra és újra ütköztek egymással, míg lassan kialakultak a Naprendszer első bolygói.
A Jupiter volt az első az elsők között, a legújabb tanulmányok szerint mindössze egymillió év alatt már a Föld mai tömegének húszszorosára hízott, és megkezdte munkáját bolygórendszerünk formálásában.
Egy átlagos naprendszer?
Mielőtt tovább követnénk a Jupiter kalandjait, nézzünk utána a modern idők egyik legnagyobb asztrofizikai tévedésének.
Amíg csak a saját Naprendszerünket ismertük, minden kutató meg volt győződve arról, hogy így kell kinéznie egy tipikus bolygórendszernek: belül kőzetbolygók, kívül gázóriások, hiszen a könnyű gázt a csillagszél messzire fújja, a nehezebb elemek pedig belül maradnak. Logikus, nemde?
A pofon akkor jött, amikor a kilencvenes években detektáltuk az első Naprendszeren kívüli bolygókat (ezeket hívjuk exobolygóknak), és ezek döntő többségükben olyan Jupiter méretű vagy még annál is nagyobb gázóriások voltak, amelyek nagyon közeli pályán keringenek csillaguk körül.
Ez persze nem jelenti azt, hogy a legtöbb, rendszerünkön kívüli planéta ilyen, a központi csillag közvetlen környezetében, őrült sebességgel vágtató forró jupiter, egyszerűen csak az alkalmazott megfigyelési technológia ennek a típusnak kedvezett. Ettől függetlenül az ilyen gázóriások sehogyan sem illettek a képbe.
Azóta rengeteg exobolygót fedeztünk fel, de a helyzet csak „fokozódott”: a statisztikák alapján úgy tűnik, a bolygókeletkezési folyamatok a belső pályákon található gázóriásokon kívül olyan rövid periódusú, csillagukhoz közel keringő kőzetbolygókat is produkálnak, amelyek tömege sokszorosan meghaladja a Földét. Jogos hát a kérdés: miért nincs a Naprendszerben sem forró jupiter, sem szuperföld?
Újra kellett gondolnunk mindent a bolygórendszerek keletkezéséről, mert saját Naprendszerünk etalon helyett immár kivétellé vált, amit meg kellett magyarázni.
A Naprendszer migránsa
Térjünk most vissza a korai Naprendszerbe, amikor egymillió éve működött csillagunkban a magfúzió, a Jupiter már húsz Föld tömegének megfelelő anyagot tartalmazott, és a Naptól mintegy hat csillagászati egységre keringett. Egy csillagászati egység pontosan annyi, amennyi a Föld Naptól mért átlagos távolsága, azaz kb. 150 millió kilométer – ennek hatszorosára volt található tehát ez idő tájt kedvenc óriásunk. A tömege szép lassan növekszik, ahogy újabb és újabb anyagcsomókkal és bolygócsírákkal ütközik, már 50 földtömegnyi, amikor megtörténik az, amit a szakirodalom csak Grand Tack (nagy forduló) hipotézisként emleget.
Az elnevezésből talán sejthető: a Jupiter elindult a Nap irányába, vándorlása során bolygócsírák tömegeit terelve maga előtt (és mögött) egyre beljebb és beljebb, amíg körülbelül másfél csillagászati egység távolságban végre megállapodott.
Honnan tudjuk mindezt? A protoplanetáris korongokban fellépő kölcsönhatások és árapályerők a nagyobb bolygókat jellemzően befelé vándorlásra kényszerítik, ezt sugallják azok az újabb modellek, amelyeket a korai Naprendszerre vonatkozóan állítottunk fel. Nem mellesleg ez az elmélet magyarázza a forró jupiterek jelenlétét is más bolygórendszerekben.
Hogy a Grand Tack forgatókönyve megvalósuljon, mindössze az kellett tehát, hogy kialakuljon egy olyan tömegű test, mint a Jupiter – mégpedig akkor, amikor bolygórendszerünk még többnyire por és gáz kaotikus elegyéből állt.
Mindez nagyon szép, már csak egy kérdésünk maradt: miért van most a Jupiter több mint öt csillagászati egységre Napunktól, ha egyszer tisztáztuk, hogy korábban majdnem a Föld pályájáig kacsázott? Visszafordult volna? Hogyan?
A választ Naprendszerünk másik nagyja adja meg: néhány millió évvel a Jupiter után ugyanis feltűnt a színen a Szaturnusz, és az új óriás nem hagyta annyiban a dolgot. Hatalmas tömegvonzása, pontosabban a két gigász egymásra gyakorolt gravitációs hatása révén a bolygópályák folyamatosan módosultak, így a Jupiter szép lassan elindult visszafelé a Naprendszer külsőbb régióiba, oda, ahol most is megfigyelhetjük.
A Nagy Porszívó
A forró jupiterekre ráhúzhatjuk tehát a Grand Tack lepedőt, de mi a helyzet a szuperföldekkel?
Hogy erre válaszoljunk, kicsit alaposabban kell megvizsgálnunk a Jupiter migrációját.
Említettük, hogy a bolygó befelé vándorlása közben bolygócsírák tömegeit húzta magával, ezek végül az óriással egy stabil, 2:1-es rezonanciapályát alkottak – azaz a Jupiter gravitációjának hatására azonos pályán mozogtak, amely pontosan kétszer volt közelebb a Naphoz, mint a bolygóé.
Az, hogy egy csomó fagyott kőszikla ugyanazon a pályán lavírozik, szükségszerűen azzal a következménnyel jár, hogy folyamatosak köztük az ütközések és az összeolvadások. A bolygócsírák száma erősen megfogyatkozik, ha pedig ez a szám lecsökken egy kritikus érték alá, modelljeink szerint megállíthatatlan pályaromlást szenvednek el, azaz besodródnak a Napba.
A Grand Tack forgatókönyv szerint pontosan ez történt: azzal, hogy a Jupiter befelé vándorlása során ennyire megközelítette központi csillagunkat, majdnem teljesen kitakarította a belső Naprendszert a bolygócsíráktól, megakadályozva, hogy szuperföldek jöjjenek létre – de lehetővé téve, hogy a maradék kőzetanyagból megszülessen és tartósan fennmaradjon a Merkúr, a Vénusz, a Mars és ami számunkra különösen fontos, a Föld.
A földi élet védelmezője
Minden tudományos elmélet addig áll, amíg meg nem cáfolják. Így van ez a Grand Tack hipotézissel is, amelynek – bár a belső Naprendszer legvalószínűbb keletkezési modelljének tekintjük – máris számos kritikusa és kihívója van.
Jóval kevésbé vitatható viszont az, hogy a Jupiter továbbra is éberen őrködik a belső Naprendszer külső határán. De mitől kell megvédenie bennünket?
Különböző gravitációs hatások eredményeképp Naprendszerünk legkülső régióiból folyamatosan fagyott kőzetből, gázból és vízből álló szikladarabok száguldanak befelé, a Nap irányába. Csillagunkhoz közeledve először kómát, azaz a sugárzás hatására szublimálódott gázból álló atmoszférát növesztenek, aztán pedig a felszínükről távozó jég és por látványos csóvát kölcsönöz nekik – igen, az üstökösökről van szó.
Méretük körülbelül 100 méter és 40 kilométer közé esik, amelyből már a legkisebbek is elegendőek lennének ahhoz, hogy Földbe csapódásuk esetén egy több megatonnás hidrogénbomba robbanásával egyenlő mértékű pusztítást vigyenek végbe – a több kilométer átmérőjűekről már ne is beszéljünk.
A Jupiternek óriási szerepe van abban, hogy erről most egyáltalán elgondolkodhatunk: hatalmas gravitációs erejének köszönhetően befolyásolja az üstökösök pályáját, és gyakran ütközik is velük. Jóval gyakrabban, mint a belső bolygók. Egy adat: míg a Földbe 2-4 millió évenként csapódik be 1 km-nél nagyobb átmérőjű üstökös (legalább 40-50 gigatonna kinetikus energiával), a Jupiteren ez a szám átlagosan mindössze 500-1000 év.
Talán vannak, akik emlékeznek az 1994-es év kiemelt csillagászati eseményére: ekkor csapódott be a D/1993 F2 (Shoemaker-Levy 9) üstökös az óriásbolygóba, elsőként adva lehetőséget földi megfigyelőknek két naprendszerbeli objektum ütközésének megfigyelésére.
A Jupiter gravitációs ereje már korábban, egy 1992-es megközelítés során maga körüli keringési pályára kényszerítette a kométát, és darabokra szaggatta az üstökösmagot, ezek végül 1994. július 16. és 22. között csapódtak be a bolygó déli féltekéjén.
A legnagyobb darab a becslések szerint nem kevesebb mint 6 millió megatonna (azaz 6 teratonna) kinetikus energiával robbant – ez a Földön felhalmozott teljes nukleáris arzenál erejének körülbelül 600-szorosa! És a következő esetre sem kellett sokat várni.
2009-ben egy, a Shoemaker-Levy 9 becsapódásának maradványaira emlékeztető, Csendes-óceán méretű foltot fedeztek fel a Jupiteren. Az eseményeket utólagosan rekonstruálva a folt kialakulását egy 200-500 méter átmérőjű üstökösmag becsapódásával magyarázták. Ezt hívjuk Wesley-eseménynek, és valószínűleg ennek sem örültünk volna túlzottan, ha itt, a Földön történik.
2021 szeptemberében brazil és európai amatőrcsillagászok újabb becsapódási nyomot azonosítottak, amelyet egy 100 méter átmérőjű üstökösmag okozhatott, októberben japán amatőrök találtak egy másik, robbanásra utaló nyomot – a sor valószínűleg hosszasan folytatható.
Ne tegyük, ehelyett menjünk ki az ég alá, és vessünk egy pillantást az októberi földközelsége után még mindig fényesen ragyogó Nagy Porszívóra, közben pedig gondoljunk bele, hogy hosszú története során mennyit tett azért, hogy mi itt lehessünk – és csodálhassuk őt.
Szerző: Kovács Péter, Amatőrcsillagász, tudományos újságíró
Svábhegyi Csillagvizsgáló
Források:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4394287/
