Valid XHTML 1.0 Strict

2015.06.09. - MÁ­Zas exo­hol­dak

Do­bos Ve­ra ame­ri­kai kol­lé­gá­já­val a ko­ráb­bi­ak­nál pon­to­sabb mo­dell alap­ján vizs­gál­ta a Nap­rend­sze­ren kí­vü­li, ma még csak el­mé­let­ben lé­te­ző hol­dak fű­té­si me­cha­niz­mu­sát, ami a fo­lyé­kony víz je­len­lé­té­re is ha­tás­sal le­het.

Nap mint nap hall­ha­tunk új ex­o­boly­gó fel­fe­de­zé­sek­ről, de le­het­sé­ges hold­ja­ik­ról an­nál rit­káb­ban. Igaz, exo­hol­dat még nem ta­lál­tak, de kü­szö­bön áll fel­fe­de­zé­sük kor­sza­ka. A Kep­ler-űr­táv­cső már bi­zo­nyí­tot­ta, hogy ké­pes a Föld­nél ki­sebb égi­tes­tek ki­mu­ta­tá­sá­ra is, a kö­zel­jö­vő új űr­misszi­ói pe­dig, mint a James Webb vagy a PLA­TO űr­táv­cső, leg­alább ilyen pon­tos mé­ré­se­ket fog­nak vé­gez­ni. Ép­pen ezért fon­tos, hogy már az el­ső fel­fe­de­zé­sek­kor ren­del­kez­zünk né­mi is­me­ret­tel a tá­vo­li boly­gó­rend­sze­rek hold­ja­i­ról.

A csil­lag kö­rü­li, úgy­ne­ve­zett lak­ha­tó­sá­gi zó­nán kí­vül is le­het­sé­ges víz lé­te­zé­se egy égi­test fel­szí­nén. Ha egy hold kö­zel ke­ring boly­gó­já­hoz, és nem kör­pá­lyán, ha­nem né­mi­leg el­nyúlt el­lip­szis­pá­lyán ha­lad, ak­kor ár­apály­erők lép­nek fel mind­két égi­test­ben. Az ár­apály­erők súr­ló­dást kel­te­nek a hold bel­se­jé­ben, ami fel­me­le­ge­dés­hez ve­zet. Az így ke­let­ke­zett hő be­lül­ről fű­ti az égi­tes­tet, ami adott eset­ben szá­mot­te­vő­en nö­vel­he­ti a fel­szí­ni hő­mér­sék­le­tét.

Do­bos Ve­ra (MTA CSFK CSI) és Ed­win L. Turner (Prince­ton Uni­ver­sity) elő­ször al­kal­maz­tak olyan ár­apály­fű­té­si mo­dellt exo­hol­dak­ra, amely az égi­test anya­gá­nak bel­ső ol­va­dá­sát is fi­gye­lem­be ve­szi. A ko­ráb­ban hasz­nált mo­del­lek jó­val egy­sze­rűb­bek vol­tak, mert a hol­dat ho­mo­gén, sta­ti­kus kő­zet­ként ke­zel­ték. A most al­kal­ma­zott mo­dell elő­nye, hogy a kő­zet­égi­test fi­zi­kai pa­ra­mé­te­re­i­nek a hold bel­se­jé­ben ki­ala­ku­ló hő­mér­sék­let függ­vé­nyé­ben va­ló vál­to­zá­sát is le­ír­ja. Így ele­gen­dő­en nagy hő­mér­sék­let ese­tén akár az anyag ol­va­dá­sát, vagy rész­le­ges ol­va­dá­sát is fi­gye­lem­be ve­szi, ez­ál­tal va­ló­ság­hűb­ben fes­ti le az égi­test bel­se­jé­ben zaj­ló fo­lya­ma­to­kat. A fá­zis­át­ala­ku­lás kö­vet­kez­mé­nye, hogy a fel­szín­re ér­ve a hő­mér­sék­let nem nő meg annyi­ra, mint a ko­ráb­bi mo­del­lek ese­té­ben, ha­nem mér­sé­kel­tebb ma­rad. Így vég­ered­mény­ben az élet le­he­tő­sé­ge szem­pont­já­ból ked­ve­zőbb ered­mé­nye­ket ad.

Azt a boly­gó kö­rü­li te­rü­le­tet, ahol egy adott mé­re­tű hold át­la­gos fel­szí­ni hő­mér­sék­le­te 0 és 100 °C kö­zé esik, a ku­ta­tók Mér­sé­kelt Ár­apály­fű­té­si Zó­ná­nak (MÁZ) ne­vez­ték el. A MÁZ boly­gó kö­rü­li hely­ze­te függ a hold mé­re­té­től, át­la­gos sű­rű­sé­gé­től, ke­rin­gé­si pe­ri­ó­du­sá­tól, és el­lip­szis ala­kú pá­lyá­já­nak el­nyúlt­sá­gá­tól. A szá­mo­lá­sok­ban tisz­tán az ár­apály­fű­tést vet­ték fi­gye­lem­be, a csil­lag­ból ér­ke­ző su­gár­zást, az égi­test lég­kö­rét, és az egyéb ha­tá­so­kat el­ha­nya­gol­ták. Így az ár­apály­fű­tés hő­mér­sék­le­ti ha­tá­sa­it ön­ma­gá­ban tud­ták vizs­gál­ni, az ered­mé­nye­ket pe­dig könnyebb össze­ha­son­lí­ta­ni a ko­ráb­bi mo­del­lek ered­mé­nye­i­vel. A MÁZ hely­ze­te azért ér­de­kes, mert meg­mu­tat­ja, hogy a boly­gó kö­rül mi­lyen tá­vol­ság­ban ke­ring­het­nek azok a hol­dak, ame­lyek­nek fel­szí­ni hő­mér­sék­le­te meg­fe­le­lő ah­hoz, hogy a víz fo­lyé­kony hal­maz­ál­la­pot­ban le­gyen raj­tuk (fel­té­te­lez­ve, hogy a föl­di­vel meg­egye­ző a lég­nyo­más). Mi­vel a csil­lag­ból ér­ke­ző su­gár­zást vet­ték fi­gye­lem­be, így az ered­mény olyan boly­gó-hold pá­ro­sok­ra hasz­nál­ha­tó, ame­lyek a csil­lag­tól meg­fe­le­lő­en nagy tá­vol­ság­ban ke­rin­ge­nek ah­hoz, hogy a hol­don az ár­apály­fű­tés le­gyen a meg­ha­tá­ro­zó ener­gia­for­rás. Az ered­mé­nyek azt mu­tat­ják, hogy a boly­gó­tól kö­rül­be­lül 1,5-2 nap ke­rin­gé­si pe­ri­ó­dus­nak meg­fe­le­lő tá­vol­ság­ra ta­lál­ha­tó a MÁZ - a boly­gó­tól va­ló tény­le­ges tá­vol­ság te­hát a boly­gó tö­me­gé­nek függ­vé­nye. Egy Ju­pi­te­ré­hez ha­son­ló tö­me­gű boly­gó kö­rül pél­dá­ul dur­ván 460 ezer km tá­vol­ság­ban, az Io ke­rin­gé­si pá­lyá­já­nak kör­nyé­kén hú­zó­dik a MÁZ. Ve­gyük azon­ban fi­gye­lem­be, hogy ki­sebb tö­me­gű hol­dak­ra (ilyen pél­dá­ul az Io is) csak a boly­gó­hoz kö­ze­leb­bi pá­lyá­kon ala­kul ki a MÁZ­nak meg­fe­le­lő fel­szí­ni hő­mér­sék­let.

IMAGE

Az ár­apály­fű­tés kö­vet­kez­té­ben ki­ala­ku­ló fel­szí­ni hő­mér­sék­let az exo­hold su­ga­rá­nak és ke­rin­gé­si pe­ri­ó­du­sá­nak függ­vé­nyé­ben. A sár­ga gör­bék 0 és 100 °C (273 és 373 kel­vin) hő­mér­sék­let­nek fe­lel­nek meg, és a boly­gó kö­rü­li, úgy­ne­ve­zett Mér­sé­kelt Ár­apály­fű­té­si Zó­nát (MÁZ) ha­tá­rol­ják. Lát­ha­tó, hogy a MÁZ erő­sen függ a hold ke­rin­gé­si pe­ri­ó­du­sá­tól, míg mé­re­té­től sok­kal ke­vés­bé. A ki­sebb su­ga­rú égi­tes­tek (az áb­ra al­só har­ma­dá­ban) cse­ké­lyebb je­len­tő­ség­gel bír­nak, mert ezek kis tö­me­gük mi­att ke­vés­bé ké­pe­sek je­len­tős lég­kör meg­tar­tá­sá­ra. A kép­ze­let­be­li Exo-Föld ne­vű hold mé­re­té­ben, sű­rű­sé­gé­ben és át­la­gos fel­szí­ni hő­mér­sék­le­té­ben is meg­egye­zik sa­ját Föl­dün­ké­vel. Ah­hoz, hogy eze­ket a tu­laj­don­sá­ga­it meg­tart­sa, kb. 2 na­pos ke­rin­gé­si pe­ri­ó­dus­sal kell ha­lad­jon kis­sé el­nyúlt pá­lyá­ján egy szin­tén kép­ze­let­be­li boly­gó kö­rül.
[Do­bos és Turner, 2015]

A ku­ta­tók olyan ese­te­ket is vizs­gál­tunk, me­lyek­nél a hold mé­re­te és sű­rű­sé­ge nagy­já­ból meg­egye­zik Föl­dün­ké­vel, így fel­té­te­lez­het­jük, hogy egy ilyen égi­tes­ten a föl­di­hez ha­son­ló lég­kö­ri vi­szo­nyok ala­kul­nak ki. Ko­ráb­bi ku­ta­tá­sok ar­ra utal­nak, hogy a Föld óce­án­jai las­san "el­pá­ro­log­ná­nak" (a víz hid­ro­gén­kész­le­te a lég­kör­be, majd on­nan a vi­lág­űr­be szök­ne), ha az át­la­gos fel­szí­ni hő­mér­sék­let mint­egy 60 °C fö­lé emel­ked­ne. A mik­ro­bi­á­lis ak­ti­vi­tás al­só ha­tá­ra pe­dig kö­rül­be­lül -20 °C sós ol­da­tok­ban. Ezért a Föld­höz ha­son­ló égi­tes­tek vizs­gá­la­tá­hoz ezt a két hő­mér­sék­le­ti ha­tárt vá­lasz­tot­ták. Azt ta­lál­ták, hogy ha egyen­le­tes el­osz­lást fel­té­te­lez­nek a hol­dak ke­rin­gé­si pá­lyá­já­nak el­nyúlt­sá­gá­ban, ak­kor az égi­test bel­ső ol­va­dá­sát le­író mo­dell 2,3-szer több eset­ben ad a hold fel­szí­ni hő­mér­sék­le­té­re -20 és 60 °C kö­zöt­ti hő­mér­sék­le­tet, mint a ko­ráb­ban hasz­nált, ol­va­dás nél­kü­li mo­del­lek.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk az Ast­rophy­si­cal Jour­nal c. fo­lyó­irat­ban je­lent meg.

For­rás:

Valid CSS!
Hy-phen-a-tion