Bolygószámláló – avagy a bolygóvilág határai – III. rész

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Sorozatunk előző részében megvizsgáltuk, hogyan nőtt a bolygók száma 7-ről 15-re. A mindent felforgató Kopernikusztól kezdve, az Uránusz és a Neptunusz felfedezésén keresztül megtudhattuk, mi az a hold és mi a kisbolygó. A mostani epizód során két újabb egzotikus, és határokat feszegető égitest történetét vizsgáljuk meg. A Vulcan tüzes és a Pluto rideg világa után pedig kiderül, hogyan is születik meg a bolygó első definíciója!

Mint az előző rész végén láthattuk, az 1840-es évek igen gazdag volt „bolygófelfedezésekben”. Így az eddigiekhez képest nyugodt évtized következett, mikor 12 évig egyetlen égitest felvételét sem javasolták a listára. Ekkor a Neptunusz pályáját matematikailag megjósló Le Verrier felvetette egy új bolygó létezését. Ezúttal nem a Naprendszer külső vidékén és nem is a Mars és a Jupiter között, hanem valami egészen új helyen. A Merkúr és a Nap között! Le Verrier már a Neptunusszal kapcsolatos munkája előtt végzett számításokat a Merkúr mozgásának előrejelzésére. A következő években végzett megfigyelések azonban rácáfolták Le Verrier-re. A francia csillagász először nem foglalkozott ezzel, hiszen tudta, hogy a Merkúr esetében pontatlanul számolt. Ám a Neptunusz megtalálása után visszatért a problémára. Ekkor számításait rendkívüli módon pontosította, tudva, hogy azoknak már kétséget kizáróan meg kell felelniük a valóságnak. Ám előrejelzése újból kudarcot vallott: a Merkúr nem úgy mozgott, ahogyan a gravitációs törvény szerint kellene neki. Le Verrier egyetlen kiutat látott, mely ráadásul hatalmas izgalmakkal járt. Kell lennie egy legbelső bolygónak a Merkúr és a Nap között!

Részlet egy 19. századi Naprendszertérképről. A Merkúr pályáján belül a Vulcan is látható. Kép forrása: https://www.loc.gov/

Az első észlelésre nem is kellett sokat várni. Még munkájának közzététele évében, 1859-ben levelet kapott Edmond Modeste Lescarbaulttól, aki beszámolt egy korábbi és nem várt átvonulásról (az átvonulás során egy bolygó vonul el a napkorong előtt). A francia csillagász először nem tulajdonított nagy fontosságot megfigyelésének, de mindenesetre mindent dokumentált. Le Verrier tanulmányát olvasva rögtön rájött észlelésének fontosságára, kapcsolatba is lépett a szerzővel. A Neptunusz megjóslója gyorsan meg is látogatta munkatársát, hogy személyesen tekinthesse meg a feljegyzéseket. Azokban semmi hibát nem talált, így közösen bejelentették a Vulcan bolygó létezését a Francia Tudományos Akadémián.

A Merkúr átvonul a Nap előtt (fotósorozat). A Vulcan bolygó esetén is hasonló jelenségeket véltek felfedezni. Kép forrása:NASA’s Goddard Space Flight Center / AP

A felfedezés persze nagy port kavart, így több ellenzőre is szert tett. Emmanuel Liais például azt állította, hogy Lescarbaulttal egy időben ő is figyelte a Napot, de nem figyelt fel semmilyen tranzitra. A néhány ellenző hang ellenére újabb és újabb tranzitok megfigyelését jelentették be. A kész adatokkal dolgozó Le Verrier meg is állapította a Vulcan pályájának paramétereit. Az ekliptikával nyolc fokot bezárva szűk 20 nap alatt tesz meg egy teljes kört a Nap körül.

A következő években még néhány megfigyelésre derült fény, de a legfontosabbra az 1878-ban bekövetkezett napfogyatkozáskor került sor. Ekkor két, nagy tekintélynek örvendő csillagász is megfigyelt egy 4-5 magnitúdós égitestet a kitakart napkorongtól két és fél fokra. Mindketten tapasztalt megfigyelők voltak, nevükhöz több kisbolygó és üstökös felfedezése is kötődött. Akadt néhány csillagász, akiknek ez sem volt elegendő, szerintük a megfigyelt objektum egy csillag volt, melyet néhány fokkal rossz helyre tettek a megfigyelők.

Az elkövetkező évtizedek szegényesek voltak Vulcan-megfigyelésekben. Egyetlen egy megbízható észlelés sem készült többet. Mégis, korábban számos hitelesnek tűnő beszámolót láthattunk. Hogyan lehetséges, hogy a kételkedőknek lehetett igaza? Hiszen ma nem Vulcannal kezdjük a bolygók sorát, és „lefokozás” sem történt.

Megnyugtató válasz csupán 1915-ben született. Albert Einstein ebben az évben publikálta az általános relativitáselméletet. Az új fizika kissé módosította a korábban használt newtoni egyenleteket. Ez már elegendő volt ahhoz, hogy számot adhasson a Merkúr pályájának „szabálytalanságairól”. Kiderült, hogy nem a Merkúr kering „rosszul”, hanem a newtoni fizika egyenletei nem pontosak! A csillagászok a kevés és bizonytalan megfigyelések miatt hamar elfogadták, hogy a Vulcan valójában nem létezik, hiszen már elméleti követelmény sem állt fenn, ami miatt szükség lett volna rá. A Vulcan karrierje véget ért, de felmerül a kérdés; mit figyeltek meg korábban, amit a belső bolygóval azonosítottak?

A feltételezett tranzitok valószínűleg egyszerű napfoltok lehettek. Érdemes megfigyelni, hogy a legtöbb Vulcan „tranzit” a napfoltciklus maximumakor „folyt le” (például 1860-ban). Vethetünk egy pillantást például a fenti képre is. A Nap korongján néhány kisebb folt látható, ezen objektumokat téveszthették össze a Vulcannal. Mi történhetett az 1878-as napfogyatkozáskor? A Nap kellően nagy tömeggel rendelkezik ahhoz, hogy láthatóan meghajlítsa a fényt maga körül. Ez a legtöbb esetben nem látható, hiszen amikor a Napot meg tudjuk figyelni, akkor a csillagokat nem. Napfogyatkozáskor azonban láthatóvá vállnak a csillagok, viszont a fényelhajlás miatt kissé máshol látszódnak, mint kellene nekik. A korban még nem ismert jelenséget figyelembe véve feltételezhetjük, hogy a napfogyatkozás megfigyelői, Professor James Craig Watson és Lewis Swift ennek estek áldozatul.

A tudománytörténeti jelentőségű kép. A háttérben bejelölt csillagok nem a “helyükön” jelentek meg. A kép modern feljavításon esett át. Kredit: ESO/Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl/F. W. Dyson, A. S. Eddington, & C. Davidson

Hosszú kalandunk utolsó állomása a jól ismert Pluto. 1930-ban az amerikai Clyde Tombaugh lett figyelmes rá módszeres keresés után. Ezt a Lowell Obszervatóriumban végezte, mely igen szerencsésen Percival Lowell után kapta a nevét. Ugyanis ő volt, aki először felvetette egy Neptunuszon túli égitest létezését. Módszere hasonló volt Le Verrieréhez, vagyis a már ismert égitestek pályaszabálytalanságaiból igyekezett egy új égitest létét előrejelezni. Számolásai alapján 1906-ban megkezdődött a vadászat. Az akkoriban elterjedt fotográfia módszere nagyban segítette ugyan a munkát, de eredményre még ez sem vezetett. A külső bolygónak látszólag nyoma sem volt a képeken. Lowell 1916-os halála után folytatódott a keresés, de eredménytelenül.

Már jóval a nagy háború után, 1929-ben csatlakozott az obszervatórium csapatához a mindössze 24 éves, diplomával nem rendelkező Cylde Tombaugh. Az ifjú igen nagy megfigyelési tapasztalattal rendelkezett, melyhez számos saját építésű távcsöve segítette hozzá. Bár mindig is szeretett volna csillagászati diplomát szerezni, azt nem tehette meg, mivel a gazdálkodással foglalkozó család teljes termését elpusztította egy hurrikán. A pénzügyileg megroppant család nem engedhette meg az egyetem finanszírozását. Cylde ennek ellenére saját távcsöveivel folyamatosan észleléseket végzett, majd az elkészült rajzokat a Lowell Obszervatóriumnak továbbította. Az igen igényes munkákat látva ajánlottak fel egy állást neki, amit rögtön el is fogadott.

Munkaköre pedig egyenesen a Neptunuszon túli bolygó megkeresése lett! A korábbiakkal ellentétben nem csak vizuális kereséssel dolgozott. A távcső képes volt fotográfiák készítésére. Az előhívott képeket pedig az úgynevezett blink komparátor segítségével hasonlította össze. A szerkezet lényege, hogy az ég ugyanazon területéről, de eltérő időpontban készült képeket gyorsan váltogatva mutatja. Ha egy égitest elmozdult a két felvétel készítése közötti időben, az a műszerrel azonnal kiszúrható.

Tombaugh saját távcsövével. Kép forrása: https://snl.no/Clyde_William_Tombaugh

Ennek segítségével 1930. február 18-án Cycle Tombaugh felfedezte a Plutot. Igen figyelemreméltó eredmény volt ez, tekintetbe véve, hogy nem sokkal korábban, 1929 áprilisában kezdte meg a keresést. Emellett minden idők legfiatalabb bolygófelfedezőjévé vált.

A Plutot egyébként Loxell több fényképén is megtalálták, de ő nem ismerte fel a halovány pontban a keresett új égitestet. Pont ez tette lehetetlenné a bolygó alaposabb tanulmányozását. Az égitest tulajdonságainak megvizsgálása előtt azonban vessünk egy pillantást nevének eredetére. A névadás joga és megtiszteltetése természetesen a Lowell Obszervatóriumé volt, mely több mint ezer javaslatot kapott. Végül a csillagvizsgáló munkatársai három névre szavazhattak. A Minervára, (mely már egy kisbolygó neve is volt) a Kronoszra (mely szintén szerencsétlen lett volna, hiszen ő Szaturnusz görög megfelelője) és a Plutora. Az utóbbi nevet egy 11 éves oxfordi kislány javasolta, aki igen szerette a mitológiát. Tehát – a városi legendával ellentétben – nem a Walt Disney kutyafigurája után kapta a nevét a mára törpebolygónak nevezett égitest, hanem pont fordítva. Micky Egér hűséges társa 1930-ban jelent meg először, de a nevét csak később, 1931-ben kapta. Érdekesség, hogy nem a kutya az egyetlen, aki, vagy ami a Plutoról kapta a nevét.

Az Uránusz felfedezésekor igen nagy kérdés volt annak elnevezése. Martin Klaproth vegyész is beszállt a név körül zajló vitába. Az Uránusz név melletti voksként adta az urán nevet az általa megtalált új elemnek. Közel százötven évvel később, 1940-’41-ben került sor két új elem izolálására. Az urán után következő két elemeknek nem is adhattak volna jobb nevet, mint az Uránusz után következő két bolygóét. Így kapta nevét a neptúnium és a plutónium.

Mint említettük nem voltak könnyű helyzetben a Plutot vizsgálni kívánó csillagászok. A halvány mivolta nem engedte meg a részletes vizsgálatot. Ennek ellenére mégis megpróbálkoztak megmérni a tömegét, amire meglepetésszerűen alacsony értéket kaptak. Csupán egy földtömeget, mely jóval kisebb volt az Uránusz és Neptunusz pályájának szabálytalanságai alapján várt, legalább hét földtömegtől.

A meglepetések sora nem szakadt meg, ugyanis Kuiper 1948-ban ismét megpróbálkozott a bolygó tömegének megmérésével. Igazán pontos eredményt még ekkor sem kapott, hiszen a Föld tömegének egytizedét mérte. A valósághoz közeli értéket mindössze 1978-ban kapták a kutatók, amikor is felfedezték a Pluto legnagyobb holdját, a Charont. Ennek segítségével a Föld tömegének 650-ed részét számították ki végeredményül. Ezzel világossá vált, hogy a Pluto valami egészen más, mint bolygótársai. Apró méretével messze kilógott közülük.

A Pluto a New Horizons felvételén. A NASA űrszondája 2015 júliusában látogatta meg az indításkor még a legkülső bolygónak számító égitestet. Kép forrása: nasa.gov

Mi okozza hát az Uránusz és a Neptunusz pályájának szabálytalanságait? – merült fel a kérdés. A kutatók újra a keresés lázában égtek, ám ezúttal nem jártak eredménnyel. A rejtélyre 1989-ben született meg a válasz a Voyager 2 mérései alapján. Az űrszonda elhaladt az Uránusz mellett, pályájának változásából a kutatók pedig újraszámolhatták az égitest tömegét. Eredményül pedig 0,5%-kal nagyobbat kaptak a korábbi számításokhoz képest. Az eltérés ugyan aprónak tűnhet, de ez körülbelül a Mars tömegével egyezik meg. A különbség választ adott a pálya eltéréseire és lehűtötte a kedélyeket a Planet X-nek elkeresztelt hipotetikus bolygó körül.

Miután fény derült a Pluto alacsony tömegére, rögtön felmerült a bolygókategóriába sorolásának kérdése. A vitát csak felerősítette, hogy 1992-től kezdve egyre több Neptunuszon túli égitestet fedeztek fel a kutatók, az ún. Kuiper-öv első égitestjeit. Az igazi változást a 2005-ös év hozta, mikor az Eris létére fény derült. Az Eris méretre megegyezik a Plutoval, tömegét tekintve viszont 20%-kal masszívabb nála. Így a bejelentés után jogosan nevezhették a Naprendszer tizedik bolygójának.

Az Eris és holdja, a Dysnomia a Hubble űrtávcső felvételén. Kredit: NASA 

Talán észrevettük az analógiát a Ceres és a Pluto történetében. Mindkettőt egy-egy kisbolygóöv első képviselőjeként fedezték fel, így bekerülhettek a bolygók családjába. Ám második alkalommal a csillagászok nem várták meg, míg 13-14-re hízik a bolygók listája. Az Eris felfedezése után mindössze egy évvel megszületett a döntés, miszerint nem szabad hagyni a bolygók számának az egekbe szökését. Így született meg az első definíció a bolygók kategorizálására. A döntés értelmében egy égitestnek három feltételt kell teljesítenie, hogy tagja lehessen a bolygók családjának:

  1. A Nap körül kering (vagyis nem hold)
  2. Elegendő tömeggel rendelkezik, hogy beállhasson rajta a hidrosztatikus egyensúly (vagyis közel gömb, vagy forgási ellipszoid alakú)
  3. Elég nagy a gravitációs hatása ahhoz, hogy pályájának környékét meg tudta tisztítani a többi égitesttől

Emellett létrehoztak egy új kategóriát, a törpebolygók családját. Ide azok az égitestek tartoznak, amelyek az első két feltételnek eleget tesznek, vagyis a Nap körül keringenek, és közel gömb alakúak. A harmadik kritérium azonban törpebolygók esetén nem kell fennálljon, vagyis lehet több, hozzá hasonló méretű égitest pályájának környezetében. A törpebolygók közé jelenleg öt égitest tartozik: A Mars és Jupiter közötti aszteroida-öv első és legnagyobb égitestje, a Ceres, és a transzneptun-kisbolygóöv négy tagja, a Pluto, az Eris, a Makemake és a Haumea. Mellettük számos jelölt ismert, melyek a jövőben közéjük kerülhetnek.

Végezetül a sorozatunk első részében tárgyalt témára térnénk vissza. Ekkor hoztuk fel a példát a kontinensekről. Kifejtettük, hogy a földrészek száma és besorolása az sokkal inkább kulturális örökség, mintsem egy pontos definíció következménye. Történetünkben is ezt láthatjuk. Igaz mára létezik egy definíció annak eldöntésére, hogy egy égitest bolygó-e vagy sem, ám ez nem mindig használható könnyen. Hiszen hány égitesttől számít a pálya „koszosnak”, azaz kisebb égitestektől nem szennyezettnek? És főleg, mikortól mondható egy égitestről, hogy hidrosztatikus ekvilibriumba került, azaz mettől számít kellően gömbölyűnek?

Természetesen lehetséges lenne egy tűpontos definíció létrehozása, de ez talán felesleges is. A törpebolygók semmilyen alapvető fizikai különbséget nem mutatnak a bolygókkal szemben. A matematikai szigornál van valami fontosabb. Ez pedig, hogy a listánk praktikusan rövid és így könnyen tanítható legyen gyermekeinknek!

Végezetül pedig örömmel közöljük az előző két rész során fokozatosan bővülő ábránk teljes megfejtését:

Szerző: Soós Benjamin, Tudományos segédmunkatárs / Bemutató csillagász 
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

📸 A borítóképen: Részlet egy 19. századi Naprendszertérképről. A Merkúr pályáján belül a Vulcan is látható. Kép forrása: https://www.loc.gov/

Az előző részek tartalmából….

Bolygószámláló: az ókori bolygók száma és a hét napjának nevei – I. rész

Bolygószámláló: a planéták kistestvéreinek születése – II. rész