Állítólag Hérakleitosz, ókori görög filozófustól ered a mondás, miszerint kétszer nem lépünk ugyanabba a folyóba. Az idő megváltoztathatatlan előrehaladásáról szóló bölcselet immár kétezer-ötszáz éve (vagy, ha filozófus barátunk átvette valahonnan, talán még régebb óta) tanítja a generációk egymásutánját a jelen megélésére és a továbblépés képességének fontosságára – és nem is lehetne jobban összefoglalni az elkövetkező napok csillagászati kuriózumának esszenciáját.
A közelgő C/2017 K2 PanSTARRS üstököst ugyanis kizárólag most láthatjuk, aztán soha többé – hacsak nem tervez magának néhány millió éves életet valamelyik olvasónk.
Miként lehetséges, hogy míg a híres Halley-üstökös 75 évente visszatér hozzánk, addig ez az alig 5 éve felfedezett jószág csak egyszeri látogatást tesz nálunk? Talán elriasztottuk? Nem, az üstökös számára biztosan nem mi voltunk riasztóak, a fizika törvényei késztették erre, úgymond menthetetlenül. Különös pályája egyúttal közvetett bizonyítékként szolgál az Oort-felhő létezésére.
De haladjunk szépen sorban.
Egy kis égi mechanika
Kepler a rendelkezésekre álló adatokból helyes következtetésre jutott, majd 1609–1619 között publikálta a bolygók mozgására vonatkozó törvényeit – ezek között szerepel, hogy az égitestek ellipszis alakú pályákon keringenek. Mindez (majdnem) igaz, de megmagyarázni még nem tudta eredményeit. Fél évszázaddal később Newton volt az, aki a gravitációs erőtörvényt felfedezve kiszámolta, hogy a gravitációs erő következtében az égitestek ellipszis alakú pályára kényszerülnek. Egyszerűen, ha felírjuk a gravitáció newtoni egyenletét, majd elvégezzük a megfelelő számításokat, kijön, hogy a pálya nem lehet más, csakis ellipszis.
Közönséges esetben. Newton matematikája ugyanis nem csak ellipszisekre igaz, hanem körre (a kör egy speciális ellipszis, valahogy úgy, ahogy a négyzet is egy speciális téglalap), parabolára és hiperbolára is. Ezeket kúpszeleteknek nevezzük – az alábbi ábra elmagyarázza, miért.
Ha egy kúpot az alaplapjával párhuzamosan elmetszünk, kört kapunk (sárga). Ha picit megdöntjük a metszés síkját (piros), de még nem annyira, hogy párhuzamos legyen a kúp „oldalával”, akkor ellipszist kapunk. Ha az oldallal párhuzamosan metsszük el (kék), parabolát kapunk, s ha még ennél is jobban megdöntjük, akkor hiperbolát (zöld).
Nos, a Naprendszer égitestjeinek pályája nem csak ellipszis, hanem mind a négy felsorolt kúpszelet lehet (igaz, ha hiperboláról beszélünk, azt már nehezen nevezhetjük a Naprendszer részének, amint arra hamarosan kitérünk).
Világos, hogy az ellipszispályán keringő égitestek zárt pályán haladnak, újra és újra visszatérve a kiindulási pontba. A parabola esetén ez már nem igaz, szintúgy a hiperbolára, ezek az alakzatok kvázi a végtelenbe tartanak.
Innen tudjuk például, hogy a pár éve szenzációt okozó 'Oumuamua, majd az azt követő 2I/Borisov üstökösök a Naprendszeren túlról érkeztek: elnyúlt, hiperbolikus pályájuk miatt ezek nem a Nap körül keringenek, hanem a csillagközi tér magányában száguldanak át a világűr sötétjében, s a ki tudja már mióta tartó útjukat csak megzavarta a Nap gravitációs ereje.
Egyúttal ez az oka cikkünk főszereplőjének, a C/2017 K2 PanSTARRS üstökös (egyik) különlegességének is: olyan elnyúlt pályán kering, hogy keringési ideje évmilliókban mérhető (igaz, szélsőséges számítási esteben talán „csak” 18 000 év).
Az Oort-felhő és a Kuiper-öv
A Naprendszer szerkezetét vázolja fel az alábbi grafika:
Mindenki ismeri a Mars és a Jupiter között húzódó, ún. kisbolygó-, vagy aszteroidaövet. Ennek létét már régóta sejtették, eleinte legalábbis abban a formában, hogy abban a régióban még léteznie kellene legalább egy aprócska bolygónak, ugyanis „így lesz szimmetrikus a Naprendszer”. Ezek a tudományos forradalom (XVII. század) korai szakaszában még gyakori, matematikailag kissé misztikus magyarázatok aztán később, a fizika newtoni fordulata után váltak megalapozottabbá, amikor Lagrange és más lángelmék kiszámolták, hogy a Naprendszer bolygóinak pályái sokkal instabilabbak, mint hittük, és az, hogy ezek a pályák egyáltalán léteznek, egy nagyon törékeny egyensúly eredménye. Azonban valóban: a Mars és a Jupiter között éppen létezett egy ilyen nyugodt zóna, ahol volt még hely egy bolygónak, csakhogy ezt a bolygót sehol sem találták.
Ezért is indult meg a kutatás a rejtélyes bolygóért, amely aztán 1801. január 1-én sikerrel járt: ekkor fedezték fel a Cerest, a kisbolygóöv legnagyobb égitestét. Aztán újabb három hasonló égitestet fedeztek fel az elkövetkező években, majd egy hosszabb szünet következett az 1840-es évek második feléig, amikor ismét beindult a kisbolygómaraton. Ebben az időben tucatnyi bolygó volt számontartva Naprendszerünkben, s később éppen ez vezetett el a kisbolygó (aszteroida) fogalmának első meghatározásáig.
Miért fontos ez nekünk? Azért, mert a kisbolygóöv valójában ugródeszka a külső Naprendszer kis égitesteihez, legjobb tudásuk szerint. Létezik egy sokkal nagyobb kisbolygóöv, kint, a Neptunusz pályáján túl: ez a Kuiper-öv. Első nyomait 1930-ban, a Plútó felfedezésekor találtuk meg, hiszen ma már tudjuk, hogy a Pluto is egy úgynevezett Kuiper-objektum. Először persze bolygóként katalogizálták – aztán elkezdtek szaporodni a furcsaságok. A ’70-es években fedezték fel a kentaurokat – ezek szabálytalan pályán keringő, rövid élettartamú, pici (pár kilométeres) objektumok nagyrészt a Jupiter és a Neptunusz pályája között. Létezésükre sokáig nem volt magyarázat, azonban jó elméletnek tűnt feltételezni, hogy van egy, a belső aszteroidaövhöz hasonló gyűrű a Neptunusz pályáján túl, ami forrásául szolgálhat ezeknek a kozmikus kóboroknak.
Két évtized elteltével a megfigyelések igazolták a hipotézist, sőt ez vezetett el végső soron a Pluto valódi égitesttípusának (törpebolygó) meghatározásáig.
Ma már azt is tudjuk, hogy a rövid (értsd: akár száz év is) periódusú üstökösök szülőhazája a Kuiper-öv. De akkor honnan jönnek ezek a több tízezer, sőt mint most is láthatjuk, akár több millió éves keringési idejű üstökösök?
A választ nem tudjuk, de van rá egy nagyon jó tippünk: ez az ún. Oort-felhő. Közvetlen megfigyelési bizonyítékunk még nincs a létezésére (értsd: a csillagászok még nem fényképeztek le egy aszteroidát, amint az Oort-felhőben kering), de éppen a hosszú periódusú üstökösök jelenthetik a megoldást. Figyeljük meg a tendenciát: az aszteroidaövet sem felfedezték, hanem a XVIII. század nagy fizikusai, matematikusai és csillagászai kiszámolták, hogy lennie kell ott valaminek, és a matematika nem tévedett. Később, a Kuiper-öv esetén láttuk a kentaurokat és a rövidebb periódusú üstökösöket, s eredetükre jó magyarázatnak tűnt feltételezni a Kuiper-övet – mindezt évtizedekkel azelőtt, hogy egyetlen egzakt bizonyíték is rendelkezésre állt volna a létét illetően. És most valahogy hasonlóan vagyunk az Oort-felhővel: még nem látjuk, de nagyon is jó indokunk van feltételezni a létét, hiszen megmagyarázná a hosszú periódusú üstökösök eredetét.
Kóma a messzeségben
Van még egy dolog, ami miatt a szóban forgó üstökös, a C/2017 K2 különleges: ez pedig a kómája. Hogy megértsük ennek hátterét, először is tisztáznunk kell az üstökösök felépítését.
Az üstökösök főbb részei: az üstökösmag, egy száz métertől akár 40 km-ig terjedő átmérőjű kozmikus „porgolyó-jéggolyó”, a porcsóva, az ioncsóva, valamint a kóma. A mag és a kóma együttesen alkotja az üstökös fejét.
Az üstökösök nem olyanok, mint a hagyományos értelemben vett apró, köves égitestek, pl. az aszteroidák. Felszínük sokkal porózusabb, ez a mérések szerint azt jelenti, hogy egy üstökösmag térfogatának 60%-a (vagy még több) légüres tér, ennyit foglalnak el a miniatűr „lyukak”. Anyagukat főleg szilikátok (ezek a vegyületek alkotják a legközönségesebb földi kőzeteket is, például a Duna kavicsait), de felszínükön megtalálhatóak szerves vegyületek, valamint –és szempontunkból ez a legfontosabb – sokféle illékony vegyület, szép magyar szóval vízjég és fagyott gázok jegei.
Honnan erednek a szerves vegyületek? Nos, erre több magyarázat is létezik, de két fontos tényezőt kell megemlíteni: egyrészt az idő, másrész a gyenge napsugárzás. Évmilliárdokig keringenek az üstökösök a Nap körül, amíg valamilyen véletlenszerű gravitációs hatás (például egy gázóriás túlzott közelsége) végzetesen meg nem zavarja pályájukat, s a Naprendszer belseje felé nem indulnak. A Naptól távoli, sötét vidékeken azonban nincs sok fény, ellenben rengeteg, de rengeteg idő telik el ebben a sugárzástól viszonylag mentes világban – és ez, jelenlegi tudásunk szerint, megfelelő körülmény lehet bizonyos szerves molekulák létrejöttéhez. Ha közelebb keringene (mint egy kisbolygó az aszteroidaövben), akkor túl sok energiát tudna besugározni a Nap, ami éppen hogy szétbontaná a komplexebb molekulastruktúrákat, így viszont, „takaréklángon főzve” évmilliárdokon át, egyfajta katalizátorként működik.
A kóma az üstököst körülvevő ritka légkör. Mérete hatalmas lehet, hiszen az üstökösmag gravitációja nagyon szerény. A már említett illékony anyagok (konkrétabban: például vízjég) kiáramlása okozza, amikor az üstökös megközelíti a Napot, a besugárzás megnő, s az addig fagyott gázok elszublimálnak.
Hasonló eredetű az ioncsóva is. Ha a képre nézünk, látjuk, hogy két csóva van: egy ion- és egy porcsóva. Az ioncsóva a napsugárzással párhuzamos, a porcsóva nem. Ennek oka egyszerű: az ionok apró, molekulaméretű részecskék, míg a por mikroszkopikus, kicsi, de sok-sok nagyságrenddel nehezebb szemcsék alkotják, mint az ioncsóvát. Az ioncsóva annyira könnyű anyagokból van, hogy a napszél (a Napból kiáramló elemi részecskék) úgymond „elfújja” őket, mindig a Nappal ellentétes oldalra – ezért a párhuzamosság. A porcsóvát alkotó nehezebb anyagokkal ez már nem tud megtörténni, így azok az üstökösmagról „lehullva” kirajzolják az üstökös pályáját. Ez egyben azt is jelenti, hogy amennyiben az üstökös nem éppen nyílegyenesen zuhan a Nap felé, az ion- és porcsóvák sohasem lesznek teljesen párhuzamosak.
S hogy mitől érdekes a C/2017 K2 PanSTARRS?
Attól, hogy már egészen elképesztő távolságban, ott, ahol a földinek csupán 1/225-e a Napból érkező sugárzás, már aktivitást mutat: ez a Nap–Föld-távolság 15-szöröse.
Megjegyzés: a Napból érkező sugárzás gömb alakban, egy gömbfelszínen terjed szét. A gömb felszíne a sugarának négyzetével arányos – innen kapjuk, hogy kétszer olyan nagy sugarú gömbnek négyszer nagyobb a felszíne, a 15-ször nagyobb sugarúnak 225-ször nagyobb felszíne van. Viszont a Nap sugárzása állandó, mindig ugyanannyi energiát sugároz a világűrbe másodpercenként. Ha ez egy 225-ször nagyobb felületen oszlik el, akkor viszont az „energiasűrűség” 225-ször kisebb lesz. A 15 négyzete 225 – innen jön ki tehát az említett szám.
Soha eddig egyetlen üstökös sem mutatott ilyen távol ilyen aktivitást, leszámítva a híres Hale–Bopp-üstököst 1997-ből, ugyanakkor sajnos ez nem lesz hasonlóan látványos, mert összességében a C/2017 K2 nem jön olyan közel a Naphoz, mint anno a Hale–Bopp tette. Annak oka, hogy miért kezdett el már ilyen hamar gázokat eregetni a világűrbe, egyelőre azonban rejtély, a tudomány egyik megfejtendő feladata. Az üstökösnek egyébként a Hubble Űrtávcső mérései szerint meglehetősen nagynak számító, 18 km-es magja van.
Hogyan figyeljük meg az üstököst?
Szerencsések vagyunk, ugyanis a magyar amatőrcsillagászok tapasztalatai szerint jó égről már binokulárban is látszik az üstökös, vagyis még rosszabb égről, kistávcsővel is nagyon jó esélyeink vannak, hiszen 7 magnitúdóra fényesedett fel!
Szintén szerencsénk van, ugyanis éjfél körül már 30 fok magasan jár a déli égbolton, vagyis nem kell a horizont közelében szerencsétlenkedni, mint oly sok cikkünk témájánál (a halványságra való tekintettel ez jelen körülmények között valószínűleg egyébként is lehetetlen lenne).
Az igazsághoz hozzátartozik, hogy a C/2017 K2 egyelőre nem a világ leglátványosabb üstököse. Minél nagyobb távcsővel keressük, annál jobban járunk. Egy 10 cm-es műszerrel már jól látszik, de az apró csóvája, és kissé asszimmetrikus, esernyő alakú kóma inkább 20 cm-es távcsőméret fölött bukkan elő jól láthatóan.
Keresőtérképe itt található – jószágunk jelenleg a Kígyótartó csillagképben jár.
Együttállás és különleges elhaladás!
14–15-e éjjelén, amint az a keresőtérképen is látszik, az üstökös mindössze fél fokra halad majd el az M10 nevű gömbhalmaz mellett. Ez azért nagyszerű hír, mert egyrészt rendkívül könnyen megkereshetővé teszi bárki számára, másrészt binokulárban vagy nagy látómezejű okulár mellett teleszkópban is rendkívül esztétikus látványt nyújt majd a távoli gömbhalmaz mellett elsuhanó üstökös. A maximális közelítés 14-én éjfélkor lesz, tehát éppen akkor, amikor igen magasan, 34 fokkal a horizont felett fognak járni kedves objektumaink.
Gyönyörű látvány lesz, minden létező műszerrel álljuk rá, ezt nem szabad kihagyni!
Hasznos észlelési program lehet továbbá, ha egymás után több napon is lerajzoljuk az üstököst, kis x-szel jelölve pozícióját a háttércsillagokhoz képest. Ehhez észlelőlapot az eszlelesek.mcse.hu oldalon találunk. Egy igen szép rajzot készített Nagy Balázs, ezt be is mutatjuk.
Az észlelést egy 120/600-as akromáttal végezte, vagyis nagyjából ilyen látványra számíthat az, aki jó égről, közepes távcsővel figyeli meg kiszemelt célpontunkat.
Minden olvasónknak sok sikert kívánunk az észleléshez, a legjobb fényképeiket, rajzaikat kérjük küldjék el nekünk!
Végezetül néhány fénykép/rajz, a teljesség igénye nélkül, amit magyar amatőrcsillagászok készítettek s töltöttek fel az MCSE észlelésfeltöltő oldalára.
Derült eget!
Szerző: Bacsó Zétény, Amatőrcsillagász
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló