2011. október 5.

Szerző:
Szegedi Imre

Magyarok a csillagok között

Számos oka van annak, hogy miért telepítenek különféle típusú távcsöveket az űrbe, a leg­fontosabb azonban az, hogy ezzel a módszerrel olyan jelenségeket is észrevehetünk, amelyeket a Földről nem. Csaknem fél évszázad telt el az első csillagászati célú űrszonda felbocsátása óta. Az azóta megtett út hatalmas, az eredményekről hazai csillagászokat kérdeztünk.


„A Nap kutatására szolgáló Orbiting Solar Observatory amerikai űrszondasorozat nyolc tagját 1962 és 1975 között bocsátották fel, a csillagok ibolyántúli sugárzását észlelő Orbiting Astronomical Observatory műholdcsalád első működőképes tagját pedig 1968-ban állították Föld körüli pályára.
A csillagászat történetében sokáig emlékezetes marad az Uhuru 1970 és 1973 között végzett tevékenysége: ez az amerikai szonda vizsgálta át elsőként a teljes eget, nem optikai források után kutatva, mindezt röntgenhullámhosszakon” – emlékezett a kezdetekre Szabados László, a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Csillagászati Kutatóintézete (CSKI) tudományos tanácsadója.

A kezdetek óta számos ilyen eszközt bocsátottak fel különböző magasságú pályákra. A felszín felett néhány száz kilométer magasságban húzódó földközeli pálya előnye, hogy az azon keringő űreszköz, szükség esetén, a helyszínen javítható asztronauták bevonásával. Ez történt például a Hubble-űrtávcső esetében: a főtükör csiszolási hibája miatti és az elavult vagy elromlott eszközcsere során. Ugyanakkor kedvezőtlen, hogy a Föld körüli, nagyjából másfél órás periódusú keringés miatt bonyolult az észlelések tervezése és végrehajtása, valamint bolygónk közelsége is zavaró lehet. Magasabb pályára azokat a szondákat telepítik, amelyek méréseit a Föld mágneses mezeje zavarja. Ilyenek a nagy energiájú, például a röntgen- és a gamma-sugárzást vizsgáló űrszondák, amelyek akár 100 ezer kilométerre is eltávolodhatnak a Földtől. E pályák további előnye, hogy a hosszabb keringési idő egy-egy objektum akár többnapos, folyamatos megfigyelését is lehetővé teszi. De miért kell az űrbe küldeni ezeket az eszközöket?

Az Univerzum eredményes megismerését hosszú ideig korlátozta, hogy a megfigyelések csak a Föld felszínéről történhettek. Ez a „földhöz kötöttség” pedig számos hátránnyal járt. Szabados László szerint a földi légkör csak egy töredékét engedi át a kívülről érkező elektromágneses sugárzásnak: a nagyjából 19 nagyságrendet átfogó hullámhossztartományból a – fél nagyságrendet sem kitevő – látható fényt, valamint a milliméteres-méteres rádiósugárzást. A Földről korlátozottan vizsgálható az infravörös tartomány egy része is, ám csak olyan helyekről, amelyek felett a földi légkör vízgőztartalma elhanyagolható. E feltétel teljesüléséhez több ezer méter magas hegyekre kell telepíteni a mérőberendezéseket. Hasonlóképpen nagyon száraz az Antarktisz feletti levegőoszlop. A tengerszint feletti 4000–5000 méteres magasság és a tartós hideg azonban nehezen vállalható egészségügyi kihívást jelent. Mai tudásunk szerint az égitestek által kibocsátott vagy a kozmikus jelenségek során létrejövő nagy energiájú sugárzás csakis az atmoszféra fölé juttatott műszerekkel vizsgálható.

A csillagászati kutatószondák – műszerezettségüktől függően – meghatározott hullámhossztartomány(ok) vizsgálatára képesek. Az optikainál kissé rövidebb hullámhosszú, ibolyántúli sugarak hagyományos távcsövekkel is észlelhetők, de a legnagyobb energiájú – azaz a legrövidebb hullámhosszú – fotonokat már nem lehet az optikai teleszkópoknál bevált módon fókuszálni. A gamma-sugárzás fotonjai például olyan nagy energiájúak, hogy képalkotásra azokat egyelőre nem sikerül befogni. A gamma-fotonokat ezért speciális anyagokban elnyelik és egyenként számolják meg. Így a „gamma-távcső” annál érzékenyebb, minél nagyobb térfogatú anyaggal tud kölcsönhatásba lépni a nagy energiájú gamma-sugárzás, ezért tekintélyes tömegűek az ilyen folyamatot vizsgáló szondák. A gamma-sugárzás tartományában, a detektált fotonok beérkezési irányát azonban csak pontatlanul lehet meghatározni, ezért meglehetősen bonyolult a kozmikus gamma-források azonosítása. Ezen úgy lehet segíteni, hogy a gamma-sugárzást vizsgáló űrszondákon röntgendetektorokat is elhelyeznek, mert napjainkban ebben a tartományban már viszonylag jó a detektorok irányérzékenysége. Sőt, a 2004 novemberében fellőtt Swift űrszonda fedélzetén, a nagy energiájú gamma- és röntgenérzékelőkön kívül, optikai teleszkóp is van, melynek segítségével egészen pontosan azonosítható, hogy milyen irányból érkezik a gamma-sugárzás, esetleg konkrétan melyik égitest bocsátotta ki azt.

 

Vinkó József, a Szegedi Tudományegyetem fizikus-csillagásza elmondta, hogy a Swift esetében a fő célpontok a röntgen- és a gamma-sugárzó objektumok, tehát a gamma-kitörések, a röntgensugárzó kettős csillagok, a neutroncsillagok és a fekete lyukak körüli anyagkorongok. Érdekesek még a felrobbanó csillagok, azaz a szupernóvák is. Ezt a műholdat kifejezetten arra a célra tervezték, hogy – gyorsan ráfordulva a kitörés irányára – röntgen-, majd optikai tartományban is mérje a sugárzást és pontos égi koordinátákat szolgáltasson. Az angol Swift elnevezés is az űrszonda gyorsaságára utal, hiszen a szó magyarul sarlós fecskét jelent.
A műhold meg is felel a várakozásoknak, mert egy percen belül is képes a megadott égi koordinátákra ráállni és ott gyors méréseket végezni.

A magyar csillagászat tavalyi kiemelkedő eredményei közé tartozik, hogy a gamma-kitörések addig ismert két fajtájától különböző, új típusú gamma-villanásokat fedezett fel a Horváh István (Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem), Bagoly Zsolt (Eötvös Loránd Tudományegyetem) és Balázs Lajos (MTA Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet) által vezetett kutatócsoport, amikor a Swift műhold adatait elemezték.

Egyes űreszközökön tehát hagyományos optikai távcsövek is működtek-működnek, de miért van szükség az egyébként igen költséges megoldásra, ha az égboltot a látható fény tartományában, a földfelszínről is lehet vizsgálni? Szabados László szerint az űrteleszkópokkal végzett optikai észlelések szükségességét a légkör nyugtalan viselkedése indokolja. Ez a nyugtalanság – a Földről is érzékelhető csillagsziporkázás – az észlelést nagymértékben rontja. Ezt szabad szemmel is észlelhetjük: ha sokáig nézünk az égen egy csillagot, akkor villódzást tapasztalhatunk. Optikai űrtávcsövekkel viszont az elvileg elérhető legjobb felbontású és vibrációmentes képet lehet kapni, erről leginkább a Hubble-űrtávcső páratlanul részletes felvételei láttán győződhetünk meg.

Fontos új kutatási terület a távoli csillagok körül keringő exobolygók keresése, ezek némelyike ugyanis a lakható zónán belül fekszik, tehát azokon akár a földi értelemben vett élet is kialakulhat(ott). Az első exobolygót 1995-ben észlelték, jelenleg pedig a hatszázhoz közelít e bolygók száma. Újabban egyre több exobolygót találnak fotometriai úton, amikor egy bolygó átvonulását észlelik a csillag korongja előtt.

A 2009 márciusában felbocsátott Kepler-űrtávcsővel végzett fotometriai mérések során a fényesség egymilliomodnyi csökkenése is érzékelhető, és ezzel lehetővé válik a Föld méretű exobolygók kimutatása. A 95 centiméter átmérőjű tükröt tartalmazó Kepleren kívül jelenleg két másik fotometriai célú űrtávcső is működik: a kanadai MOST – melynek főtükre mindössze 15 centiméter átmérőjű – és az alapvetően francia, de európai közreműködéssel készült CoRoT, amelynek tükörátmérője 27 centiméter.

Szabó Róberttől, a MTA Konkoly-Thege Miklós (KTM) Csillagászati Kutatóintézetének munkatársától tudjuk, hogy a Keplerhez is fűződnek magyar tudományos eredmények. Mérföldkőnek bizonyulhat a csillagok fizikájának és belső szerkezetének pontosabb megismerésében az általa vezetett kutatócsoport egy tavaly publikált felfedezése. A csillagászok – a Kepler-űrtávcsövet használva – a fényességüket az idő függvényében változtató, változócsillagok egy típusában: az RR Lyrae csillagoknál figyeltek fel új jelenségre. Ezeknek az égitesteknek a fényváltozása, illetve annak oka alaposan ismert, emiatt gyakran használják azokat kozmikus távolság meghatározására.

Az RR Lyrae csillagok legalább felénél azonban a fényváltozás erőssége és a periódus hossza néhány hetes-hónapos időská­lán változik, amit felfedezője után Blazsko-effektusnak hívnak. Habár a jelenség több mint egy évszázada ismert, eredete a mai napig nem tisztázott, és egyike a csillagok pulzációjával kapcsolatos legfontosabb problémáknak. Szabó Róbert és munkatársai, a Kepler-űrtávcső által felvett adatokat elemezve, a Blazsko-effektust mutató RR Lyrae csillagok egy csoportjánál a fényességmaximumok nagyságának szembetűnő változását: a periódus-kettőződést mutatta ki. A magyar csillagászok azt remélik, hogy legújabb eredményük áttörést hozhat az RR Lyrae csillagok mozgását övező évszázados rejtély megértésében. „Ha sikerül megértenünk a Blazsko-effektus okát, akkor nem csupán az RR Lyrae csillagok, hanem olyan átlagosabb csillagok fizikáját is jobban megértjük majd, mind például a mi Napunk” – mondta magazinunknak a kutató.
A csillagok többségében kimutatható rezgések felhasználhatók a csillagok belsejének vizsgálatára, hasonlóan ahhoz, ahogy a szeizmológusok a Föld szerkezetét tanulmányozzák a földrengéshullámok révén. Mivel a Kepler-vizsgálatokba a csillagok óriási mintája bevonható, így nemcsak Napunkról, de egész galaxisunk fejlődéséről és jövőjéről is többet tudunk meg a csillagszeizmológia segítségével.

Egy másik fontos magyar eredmény ugyancsak a Kepler-űrtávcsőhöz fűződik: a HD 181068 kódjelű csillagrendszer, melynek felfedezéséről idén tavasszal – a tekintélyes amerikai – Science magazin számolt be. A Derekas Aliz (ELTE Csillagászati Tanszék és MTA KTM CSKI), Kiss László (MTA Csillagászati Kutatóintézet) és Borkovits Tamás (Bács-Kiskun Megyei Önkormányzat Csillagvizsgáló Intézete, Baja) által vezetett, összesen 44 szerzős kutatócsoport – benne további hét magyar csillagásszal – egy eddig ismeretlen csillagról mutatta ki, hogy az valójában egy olyan hármas rendszer, amelyben egy vörös óriáscsillag körül vörös törpékből álló kettős csillag kering. A vörös törpepár 45,5 naponta eltűnik a vörös óriás mögött, közben pedig kölcsönösen elfedik egymást 0,9 napos periódussal.

A vörös törpék gyakoriak a galaxisunkban, a Naphoz legközelebbi 100 csillag közül is körülbelül 80 vörös törpe. Ha a mi Napunk vörös óriássá válik, akkor – körülbelül egymilliárd év múlva – valószínűleg a Vénuszt és a Merkúrt fogja bekebelezni. A Föld sorsa egyelőre kérdéses, egyes modellek szerint bolygónk szintén erre a sorsra jut majd.

Az összetett csillagrendszer felfedezése azért jelentős tudományos eredmény, mert a HD 181068 valóságos asztrofizikai laboratórium, amelyben – a csillagászatban szokatlan módon – emberi időskálán is kimutatható pályaváltozások történnek.
A legújabb kepleres magyar felfedezés pedig egy olyan bolygórendszer, amelyben egy, a Szaturnuszhoz hasonló méretű bolygó kering, csaknem nyolc hónapos pályán, egy kettős csillag körül. A felfedezést bejelentő Science-cikk társszerzői között találjuk Fűrész Gábort, az MTA Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet munkatársát.

Idén szeptemberben ötven újabb exobolygó felfedezéséről számoltak be; ebben az esetben a chilei Andok egy magas csúcsán található HARPS nevű spektrográfot használták, amely színképet készít a kiszemelt csillagról. Vinkó Józseftől tudjuk, hogy a színképből megállapítható a csillag látóirányba eső sebessége. Ha ez időben kicsit ingadozik, az bolygó jele lehet, mert a bolygó gravitációs ereje képes kissé megmozgatni a csillagot. Ez a jelenség, főként a Jupiter hatására, egyébként a Napnál is fellép. A sebesség meglehetősen kicsi: a mérések során egy méter/másodperces mérési pontosságra van szükség, ez nagyjából egy gyalogos ember sebessége. Ezt földi körülmények között egyszerű dolog kimérni, viszont 50-100 fényévnyi távolságból óriási kihívást jelent. A csillagászati méréstechnika mára jutott el olyan szintre, hogy ilyen pontosságot képes produkálni.

Szabados László szerint a földi csillagászati obszervatóriumokat nem fenyegeti a bezárás veszélye. Egyrészt azért, mert optikai méréseket végző űrtávcsőből kevés van és azok is kis átmérőjűek a Földön jelenleg működő legnagyobb: 8–10 méter átmérőjű teleszkópokhoz viszonyítva. Másrészt azért, mert a más hullámhossztartományokat vizsgáló űrszondák méréseinek értelmezéséhez folyamatosan szükség van kiegészítő optikai észlelésekre. Az ilyen észleléseknél nem lehet a Földön kívül működő optikai távcsövekre számítani azok kis mérete és előre meghatározott tudományos programja miatt.

A Hubble-űrtávcső – Hubble Space Telescope (HST) – e tekintetben az egyetlen kivétel, mert megfigyelési programját szükség esetén megváltoztatják. Az űrtávcsövek közül a nagyközönség számára éppen az 1990. április 24-én pályára állított Hubble-űrteleszkóp a legismertebb. Ez főleg a látható fény tartományában készít felvételeket, de emellett képes a közeli infravörös és ultraibolya tartományban is megfigyeléseket végezni. A HST-vel többnyire hasonló objektumokat – csillagokat, galaxisokat és a Naprendszer égitesteit – vizsgálnak, mint a földi távcsövekkel. Ám azoknál sokkal jobb térbeli felbontásban, hiszen a földi légkör nem mossa el a finom részleteket. Emellett a HST sokkal halványabb objektumok detektálására képes, mert lehetőség van az akár több héten át tartó exponálásra is. Jellemző adat még erre az űreszközre, hogy a 21 éves működése során összegyűjtött adatmennyisége meghaladja az 50 terabájtot.

Bár a közvélemény a Hubble-űrteleszkópot leginkább a világegyetem legkülönfélébb objektumairól készített csodálatos képei révén ismerheti, a NASA – az amerikai űrkutatási hivatal – mégsem egy ilyen felvétellel ünnepelt: az egymilliomodik észlelés egy spektroszkópiai mérés volt, amely a magyar kezdeményezésű és irányítású, a Bakos Gáspár vezette HATnet program keretében felfedezett HAT-P-7b katalógusjelű exobolygó légkörét vizsgálta.

Az európaiak Herschel infravörös űrteleszkópját 2009. május 14-én bocsátották fel. A 3,5 méteres tükörrel megépített távcső a távoli infravörös és szubmilliméteres hullámhosszokon vizsgálja az Univerzum közeli és távoli tartományait. A Herschel űrteleszkóp Photoconductor Array Camera and Spectrometer (PACS) nevű berendezésének első célpontja az Örvény-köd spirálgalaxis volt. A PACS fejlesztésében, kalibrálásában és a tervezett megfigyelésekben az MTA Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézetének munkatársai is részt vállaltak, illetve vállalnak.
Idén nyáron már azt jelentették be, hogy a Herschel segítségével kétatomos oxigénmolekulák jelenlétét sikerült kimutatni. Erre először 2007-ben, a svéd Odin-távcsővel készült megfigyelések utaltak, azonban ezt az észlelést később nem sikerült megerősíteni. Most azonban, a Herschel-űrtávcsővel biztosan oxigénmolekulákat figyeltek meg az Orion-ködben. Az anyag az ott található csillagközi szemcsékből származik, melyeknek vízjéggel borított külső felületéről – a közeli csillagok sugárzásától – vízmolekulák szabadulnak fel, majd lebomlanak és a csillagközi térben az oxigénatomok egymással összekapcsolódnak.

A legújabb űrcsillagászati eredmény az orosz Szpekt-R ez év augusztusi pályára állítása volt. Három évtizeddel az eredeti tervek után végre a Föld körüli pályára állított űrteleszkóp minden korábbinál nagyobb felbontású rádiócsillagászati felvételeket készít.
A Szpekt-R 340 ezer kilométeres ellipszispályán kering a Föld körül, megközelítve a Holdat. Méretei ugyan számos földi obszervatórium mellett eltörpülnek, ám ha méréseit egyesítik a felszíni megfigyelésekkel, akkor az egész rendszer úgy viselkedik, mintha egyetlen hatalmas, 340 ezer kilométer átmérőjű rádiótávcsövet használnának. E rendszerrel elsősorban olyan távoli, különleges csillagászati objektumok közvetlen környezete tanulmányozható, mint amilyen például a neutroncsillagok, a fekete lyukak és az aktív galaxismagok.

A következő igazán nagy fejlesztés a NASA korábbi vezetőjéről, James Webbről Webb-űrtávcsőnek elkeresztelt űrteleszkóp felbocsátása lesz. A NASA már a Hubble-űrteleszkóp pályára állítása előtt – még 1989-ben – felvetette, hogy milyen új űrtávcsőre lesz szükség a Hubble leállása után.

Az eredetileg tíz méter átmérőjű főtükörrel megtervezett, elsősorban a közeli infravörös tartományban mérő Webb építésének ütemterve azonban folyamatosan módosult. A kilencvenes évek közepén 2007-es indításról beszéltek, ám a költségek növekedése miatt előbb nemzetközi partnereket vontak be, majd az űrtávcső tükörátmérőjét hat és fél méteresre csökkentették. Az eredeti koncepcióban szereplő egymilliárd dolláros költség így is 8,7 milliárd dollárra rúgott, például azért, mert a tükör 18 darab, hatszög alakú részből áll majd, amelyeket a végleges pálya elérése után illesztenek össze. Ilyen távcsövet a NASA eddig nem épített.
Ezen túlmenően, a James Webb Space Telescope nem Föld körüli pályán keringene, hanem a Földtől mintegy másfél millió kilométerre található Lagrange-pont körül állítanák pályára.
Erre a startra 2018 előtt biztosan nem kerül sor. Addig marad a jól bevált Hubble-, a Kepler- és a többi űrtávcső.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022  2023  2024
Címkék

Innotéka