2007: az idegen bolygók éve

A 2007-es esztendő a Naprendszeren kívüli planéták, azaz az exobolygók évének is tekinthető a csillagászatban. Talán nem is a felfedezések növekvő száma a legfontosabb eredmény - az ismert exobolygók száma e sorok írásakor 270 -, inkább az, hogy megkezdődött a távoli planéták egyedi jellemzőinek, például légköri összetételének, hőmérsékletének felderítése. Erre a műszertechnika fejlődése révén nyílt lehetőség, és a következő években még gyorsabb előretörés várható. Nem vagyunk már messze az első Föld-típusú bolygó felfedezésétől sem.

Egy oldal az Új Világok Atlaszából, az ismert exobolygók katalógusából. Fent a Tejútrendszer részlete látható a Nap tágabb környezetével, ahol az eddigi exobolygókra akadtak. 270 planéta 232 csillag körül, 194 klasszikus értelemben vett gázbolygó, 58 forró Jupiter-típusú égitest, 4 pedig pulzár körüli objektum. Eddig a Földhöz hasonló égitestet még nem találtak (PlanetQuest, NASA)

Több exobolygónál sikerült a jellemző légköri hőmérsékletet meghatározni, főleg a csillagukhoz közeli égitesteknél. Mivel ezek igen szorosan mozognak napjuk körül, sok esetben kötött a tengelyforgásuk, azaz mindig ugyanazt az oldalukat mutatják csillaguk felé. Egy részüknél ezért nagy különbség mutatkozik a nappali és az éjszakai oldal hőmérséklete között, ám olyan helyzetre is akad példa, ahol az erős szelek ezt minimálisra csökkentik. Bebizonyosodott tehát, hogy az ilyen planéták éjszakai oldalán sincs feltétlenül extrém hideg. 2007-ben a Spitzer-űrteleszkóppal először sikerült feltérképezni egy Naprendszeren kívüli planéta felhőzetét, illetve annak hőmérsékleti eloszlását. Kis túlzással ez az első "világtérkép" egy exobolygóról.

Még érdekesebbek az exobolygók légköri összetételének és a légkör szerkezetének megfigyelései. A HD 189733b planéta atmoszférájában például vízgőzt mutattak ki, miközben az a Földről nézve csillaga előtt haladt el. Emellett sikerült már forró felsőlégköröket megfigyelni, felhőzet, szelek és hőmérsékleti különbségek nyomára akadni. Idén első alkalommal sikerült egy Naprendszeren kívüli planétáról, egy exobolygóról annyi sugárzást összegyűjteni, hogy molekulák nyomát tudták kimutatni a légkörében - korábban ez csak egy-egy atom esetében sikerült.

Az exobolygók gyakoriságával kapcsolatos fontos felfedezés, hogy egyértelművé vált: a korábbi feltételezésekkel ellentétben a szoros kettőscsillagok körül is lehetnek planéták. Az eddig azonosított, legtöbb tagot számláló exobolygórendszer az 55 Cancri nevű csillag körül található, ahol napjainkig öt planétát találtak.

2007-ben több alkalommal is felmerült, hogy egy-egy exobolygó az ún. lakhatósági zónában, vagy annak környékén mozog. Ez egy elméleti modellek alapján lehatárolt térség egy csillag körül: az itt keringő, a Földhöz hasonló bolygó felszínén tartósan megjelenhet a folyékony víz. Az ilyen térségek lehatárolása azonban egyelőre bizonytalan, főleg azért, mert nem ismerjük eléggé, hogy az eltérő tömegű és összetételű planétáknak miként növekszik, illetve csökken a légköre az idők során. A túlságosan nagy mennyiségű légkör erős üvegházhatása a Vénusz 450 °C-os felszínéhez hasonló forróságot okozhat, míg a túlságosan kis mennyiségű légkörnél annyira gyenge lehet az üvegházhatás, mint az a -50 °C átlagos hőmérsékletű Marsnál látható. Saját bolygónk felszíni átlaghőmérséklete is jóval fagypont alatt lenne, ha nem volna üvegházhatású légkörünk (az más kérdés, hogy az emberi tevékenyésg miatt fellépő fokozódó üvegházhatásnak milyen hatásai vannak, illetve lesznek).

Szuperföldek

Az elmúlt évtizedben főként a Jupiterhez hasonló tömegű planétákat fedeztek fel, és csak a közelmúltban kezdtek felismerni ennél kisebb, de a Földnél még így is nagyobb tömegű égitesteket, amelyeket szuperföldeknek neveznek. Ez az égitest-kategória egyelőre nincs pontosan meghatározva, alkalmanként az Uránuszhoz vagy a Neptunuszhoz hasonló objektumokat is ide sorolnak, noha anyaguk jelentős részben vízből, nem pedig szilikátos kőzetekből és fémekből áll, mint a Földé.

Egy szuperföld fantáziarajza

Az elméleti vizsgálatok alapján a kőzetekből álló szuperföldek akár saját bolygónknál is kedvezőbb körülményeket nyújthatnak a földihez hasonló, de igen egyszerű élet számára. A lemeztektonika ugyanis sokáig működne rajtuk, amely tartósan biztosítja az anyagkörforgást, ez pedig kedvez a felszíni bioszférának. Emellett tovább képesek megőrizni a légkörüket, és elméletileg hatékonyabban tudják bizonyos határok között tartani az üvegházhatás mértékét. Egy szuperföld felszínén nagyobb csillagtávolságban is fennmaradhatnak a folyékony víz tartós jelenlétéhez szükséges állapotok.

Természetesen korai lenne pontosabb következtetéseket levonni az ilyen égitestek jellemzőiről. Összetételük akár jelentősen is eltérhet a Földétől. Ha a csillaguktól viszonylag távol keletkeztek (a Naprendszerbeli viszonyok szerint a Jupiter térségében), sokkal több vizet tartalmazhatnak, mint Földünk. Amennyiben később közelebb kerültek csillagukhoz, jégtartalmuk megolvadásával óceán-borította planétákká alakulhattak.

Föld-típusú bolygók nyomában

Mivel az élet létezésére egyelőre csak egyetlen példát ismerünk (saját bolygónkról), kiemelt terület a Földhöz hasonló exobolygók keresése. Ha az exobolygók tömegét, méretét és sűrűségét együttesen tekintjük, akkor elmondható, hogy Földünkhöz hasonló planétát eddig még nem találtak. Ennek fő okai a jelenlegi megfigyelési módszerek korlátai lehetnek: elméleti számítások alapján ezekkel ma még nem is sikerülne kimutatni egy átlagos Föld-típusú bolygót. A legtöbb kutató véleménye alapján azonban egy évtizeden belül megtalálják az első képviselőjüket.

Addig is komoly eredményként könyvelhető el egy közvetett módon történt észlelés. Egy születő bolygórendszerben olyan törmeléket azonosítottak, amelyet két, korábban már összeállt, Földünkhöz hasonló égitest ütközése termelhetett. Ez minden korábbinál erősebb közvetett bizonyítékot jelent a bolygónkhoz hasonló, szilikátos összetételű és viszonylag nagy méretű kőzetbolygók születésére.

Az "Új Világok Atlasza"

A szakemberek részben az exobolygók színképének előrejelzésével foglalkoznak: céljuk annak megállapítása, mely hullámhosszakra legyenek érzékenyek a következő űrteleszkópok detektorai. Itt a cél a planéták felfedezésén túl azok konkrét fizikai, kémiai, meteorológiai és geológiai jellemzőinek megállapítása lesz. Úgy fest, hogy például a hőmérséklet és a felszín fényvisszaverő képességének (albedo) változása alapján hamarosan évszakos jelenségeket (például a jégtakaró és felhőzet kiterjedésének változása) is ki lehet mutatni exobolygókon.

Elméletileg lehetőség van a légkörben lévő, esetleges biogén tevékenységre utaló, ún. nem egyensúlyi állapotot képviselő gázok megfigyelésére, mint amilyen az oxigén vagy a metán. Az is elképzelhető, hogy a földihez hasonló színanyagokat használó, fotoszintetizáló élőlények is azonosíthatók a spektrum alapján. Bolygónkon a szárazföld jelentős részét egyszerű baktériumok alkotta kéreg borította a fejlett növényzet elterjedését megelőzően. Nem lehetetlen, hogy az ilyen, ún. kriptobiotikus kéreggel fedett planétákon a kőzetek málladéktakarójában élő baktériumok is kimutathatók a színképből.

A ma ismert exobolygók világában a NASA egy új honlapja segítségével barangolhatunk. A PlanetQuest nevű oldal az eddig azonosított planéták paramétereit és felfedezésük módját ismerteti. Az "Új Világok Atlasza" nevű szolgáltatása pedig grafikus formában is lehetőséget ad az exobolygók összehasonlítására.

A 47 Ursae Majoris rendszere a Planet Quest honlapján (Planet Quest, NASA)

Az egyes exobolygók közelképei természetesen fantáziarajzok - sokszínűségük azonban sejteti azt a változatosságot, amellyel a következő évtizedekben, az exobolygók részletes megismerésekor találkozhatunk. A holnap animációkat, interaktív szimulációkat és játékokat, valamint egy több paraméter alapján kereshető adatbázist kínál, ahol az érdekesnek tartott bolygók között böngészhetünk.

Az exobolygók vizsgálata Magyarországon

Az exobolygókkal kapcsolatos hazai kutatások között kiemelkedik a Hungarian Automated Telescope (HATNet) nevű amerikai-magyar távcsőhálózat. A HATNet immár hat fedési exobolygó felfedezését tudhatja magáénak, amellyel jelenleg a legsikeresebb program az exobolygókat fedési módszerrel kereső projektek között. A magyar ötlet alapján készült távirányítású robotteleszkóp-rendszer műszereit Magyarországon tervezte és építette Sári Pál, Papp István és Lázár József (Magyar Csillagászati Egyesület) Bakos Gáspár (a fejlesztés idején MTA KTM CSKI) vezetésével. A programot vezető Bakos Gáspár és a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ (CfA) mellett kiemelkedik Kovács Géza (MTA KTM CSKI) munkája, aki a bolygókeresésre dolgozott ki hatékony módszereket.

Részben az exobolygókkal kapcsolatos munkát végez még hazánkban a Magyar Asztroszeizmológiai Csoport, amelynek eredményeit nemrég a V 391 Peg b jelű exobolygó felfedezéséhez használták fel. A Szegedi Tudományegyetem és a Szegedi Csillagvizsgáló néhány munkatársa az exobolygókkal és holdjaikkal kapcsolatos modellezés területén is dolgozik. Továbbá a távoli planéták pályaelemeinek stabilitásával és az egyes égitestek kölcsönhatásával kapcsolatos számításokat végeznek Érdi Bálint vezetésével az ELTE Csillagászati Tanszékén.