Nagy durranás holnap a Holdon

A jég számtalan helyen előfordul a Naprendszerben. A Mars, az Europa és feltehetően a Hold vízjégkészlete mellett vannak "keményebb" jegek is: a Naptól távolabb már a metán és a nitrogén is kifagy az égitesteken, még a Plútót vagy a Ganyemdest is pólussapka borítja. A kutatók leginkább vízjégre vadásznak, mert a Földön kívüli élet keresése a Naprendszerben a víz, illetve a vízjég nyomában zajlik. A legközelebbi nagy durranás pénteken lesz a Holdon, amelynek helyéről a NASA új, részletes képet közölt.

Célpont a Hold sarkvidéke

A durranás csaknem szó szerint értendő: magyar idő szerint pénteken (október 9-én) 13.35 után csapódik be a Hold felszínébe az amerikai Lunar Reconnaissance Orbiter-űrszonda (LRO) két egysége. A célpont a déli sarkvidéken fekvő Cabeus-kráter, a feladat pedig annak tisztázása, valóban van-e vízjég égi kísérőnkön. A nem mindennapi űrkutatási eseményre készülve a Naprendszer jegeinek jellegzetes sarkvidéki előfordulásait, a hagyományos értelemben vett fagyott pólussapkák jellemzőit is áttekintjük.

Jegek mindenütt

A bolygótudományban (planetológiában) jegeknek nevezik mindazokat az anyagokat, amelyek alacsony hőmérsékleten szilárd halmazállapotúak. Ezek a bolygókon előforduló felszíni viszonyok között alkalmanként megolvadhatnak, illetve gáz halmazállapotot is felvehetnek.

A jegek és átalakulásaik ezért érzékenyek a környezeti feltételekre, így megfigyelésük segít az egyes égitesteken egykor jellemző körülmények rekonstrukciójában, beleértve az égitestek összeállását és korai fejlődését is. A jegek között a vízjég kutatása a legfontosabb: az általunk ismert élet és az ahhoz vezető kémiai fejlődés szempontjából is kiemelten fontosak a vízmolekulák.

A H₂O mellett jeget alkothat a szén-dioxid, a nitrogén, a metán, illetve ezeknek vízjéggel alkotott keverékei is előfordulnak. Utóbbiakat nevezzük klatrátoknak, amelyek a Földön sem ismeretlenek: bolygónkon is van az örökké fagyott talaj jegében néhol metán vagy szén-dioxid, amelyek a globális melegedéstől felszabadulhatnak (további felmelegedést okozva).

A jegek zöme vízjég a Naprendszerben: a hidrogén a leggyakoribb kémiai elem, és oxigénből is sok van, hiszen számos csillag gyártja le azt élete vége felé. A H₂O molekula ezért elterjedt a Világegyetemben. Vízjeget alacsony hőmérsékleten, elsősorban a Naprendszer külső térségében találunk - ott azonban hatalmas mennyiségben fordul elő. Az óriásbolygók holdjai, a Plútó térségében és még messzebb keringő égitestek, valamint a számtalan üstökösmag anyagának nagy része vízjég.

Vízjégből is többféle lehet

Nagy nyomásokon a jég más kristályszerkezetet vesz fel, mint amit a földfelszínen megszoktunk. Ennek megfelelően az óriásbolygók nagyobb holdjaiban egzotikus jégfázisok váltják egymást a mélység növekedésével. Ezek sűrűsége és kristályszerkezete eltérő, egymásba alakulásuk változatos folyamatokat eredményez. Mindezektől belső mozgások, áramlások indulnak meg, amelyek a Földről ismert tektonikus és vulkanikus folyamatokhoz hasonló átalakulásokat okoznak a felszínen.

A legizgalmasabbak a vízjég olvadásával keletkező felszín alatti folyadékok, amelyek az olvadáspontot csökkentő anyagok (főleg ammónia-olekulák) jelenlétében extrém hidegben sem fagynak meg. Ennek megfelelően folyékony mélységi rétegeket, népszerűen fogalmazva óceánokat feltételeznek az Europa, a Titan és az Enceladus holdak belsejében. Emellett elképzelhető, hogy a Ganyemedes, a Callisto és a Triton is rendelkezik hasonló felszín alatti folyadékkal. Nemrég pedig az elemzések rámutattak, hogy átmenetileg, fejlődésük elején az üstökösmagok belsejében is lehetett folyékony víz. Mindez az élet utáni kutatások miatt lehet fontos.

Pólusapkák a Naprendszerben

A szilárd jegek egy égitesten a "melegebb" (avagy "száraz") helyekről eltávozhatnak, és a "hidegebb" (vagy "nedvesebb" helyen) halmozódhatnak. Utóbbiak helyzetét főleg a légkör és a beeső napsugárzás befolyásolják, ezért elsősorban magas földrajzi szélességű, illetve a topográfiailag magas helyzetű vidékekről, esetleg árnyékos területekről van szó.

A légkörrel burkolt égitesteken a jobban felmelegedő vidékekről elszublimáló avagy elpárolgó anyag a hűvösebb sarkvidéken kicsapódva jégsapkákat alkothat. Ilyen jégsapkákat sikerült azonosítani a Földön (vízjégből), a Marson (víz- és szén-dioxid-jégből), a Tritonon (nitrogén- és metánjégből) és a Plútón (nitrogén- és metánjégből), valamint vékony borításként a Ganymedesen (közel tiszta vízjégből).  

Sarkvidéki jeges területek (balról jobbra, fentről lefelé): Mars, Triton, Ganymedes (a fent és lent látható lilás terület), Merkúr (vízjég a sarki kráterekben, földi radarmérés alapján) (NASA, JPL)

A Ganymedes esetében a sarkvidéki, felszíni jégréteg vékony és tiszta része is a melegebb, alacsony szélességű területről szabadul fel, majd a hideg sarkvidéken fagy ki. A pólussapka kialakulásában azonban a hold saját mágneses tere is közreműködhet. Ettől a poláris és egyenlítői vidéket eltérő intenzitással éri a magnetoszferikus bombázás, amely ott kémiai átalakulásokat is okozhat, szintén erősítve a poláris térség és az alacsonyabb szélességek közötti eltérést.

Az eddigi legrészletesebb felvétel a Plútóról, a Hubble-űrtávcsőtől (NASA, ESA, STScI)

A Merkúr és a Hold esetében nem beszélhetünk hagyományos értelemben vett pólussapkákról. Ugyanakkor egyes megfigyelések alapján a sarkvidéki mély kráterek fenekén jég található, amely a becsapódó üstökösmagok anyagából került ioda - itt később esetleg por takarta be, így meg is maradhatott.