Naprendszer

Naprendszer

Naprendszerünk bolygói a Nap körül egy síkban, ellipszis pályákon keringenek. Maga a Naprendszer egésze a Tejútrendszer középpontja körül kering. Keringési sebessége mintegy 250 km/sec, 225 millió év alatt kerüli meg a Tejútrendszer középpontját, ez az időtartam a galaktikus év.

A Naprendszer kialakulása

A Nap és a körülötte keringő égitestek egy porból és gázokból álló felhő összehúzódásával kezdődött. Az összehúzódást valószínűleg egy közeli csillag felrobbanása indította el. A szupernóvából származó magasabb rendszámú elemek „beszennyezték” a gázfelhőt, ennek köszönhetjük, hogy megtalálható lett a Naprendszerben pl. a testünket felépítő szén, a kőzetekben gyakori szilícium, az eszközeink anyagát adó vas, vagy az atomerőműveket fűtő urán.

Ez a folyamat kb. 4,7 milliárd évvel ezelőtt kezdődött. Ebben a forgó, korong alakú felhőben lezajló folyamatok határozták meg a Naprendszer égitesteinek tulajdonságait,  így a mozgásukat, az anyagi összetételüket és az ettől függő felszíni alakzataikat is.

A korongban megnövekedett az anyagsűrűség és az apró, mikroszkopikus szemcsék a lágyabb ütközések során összetapadtak, egyre nagyobb testeket építettek fel. Így jött létre az ún. bolygócsírák első nemzedéke, melyek milliméteres, centiméteres testekből álltak. Az ütközések „lággyá” tételében fontos szerepet játszott a korongban lévő nagymennyiségű atomos, molekuláris gáz. A bolygócsírák az ütközések során a továbbiakban is egyre nagyobb testekké álltak össze, és egy idő után már sokmilliárd aszteroida méretű bolygócsíra keringett az ősnap körül. Minden ilyen test életében gyökeres változás áll be, amikor átmérője eléri a néhány száz km-t. Innen kezdve gravitációs tere már jelentőssé válik, és tömegvonzása segítségével olyan szemcséket is magába tud építeni, amelyekkel egyébként nem ütközött volna össze – növekedése tehát felgyorsul.

Fontos szerepet játszik a bolygócsírák összetételének kialakításában a protocsillag erős sugárzása. Ennek a sugárzásnak a következtében a korongban a centrumtól kifelé haladva fokozatosan csökken a hőmérséklet.

Mivel a protocsillaghoz közel magasabb hőmérséklet uralkodott, ezért ott csak a kevésbé illékony, azaz magas olvadáspontú anyagok tudtak kikondenzálódni (fémek, szilikátok, egyes oxidok stb.).

Ezzel ellentétben az ősköd külső régiójában, alacsonyabb hőmérsékleten sok illékony anyag (víz, különféle gázok) is kicsapódhattak, kifagyhattak. A folyamat következtében létrejött elemeloszlás a későbbi égitestek összetételében is megmutatkozik.

A belső területeken főként kőzetekből álló objektumok jönnek létre (Föld-típusú bolygók, kisbolygók), a külső részeken pedig könnyű anyagokból álló égitestek (óriásbolygók, üstökösök).

A protocsillagot övező anyagkorongban egyre nagyobb bolygócsírák jöttek létre, de nagymennyiségű anyag keringett szabadon gáz és porszemek formájában is. A korong teljes tömege nagyságrendileg az egy naptömeg tartományába esett. Eredeti összetétele megegyezett a Nap összetételével, azaz a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemek csak kb. 2%-át alkották.

Fejlődésének ezen a szakaszán rendkívüli mértékben felerősödik csillagszele, és kisöpri a bolygócsírákba be nem épült anyagokat környezetéből. Az egyre nagyobbra növekvő bolygócsírák közül a nyolc legnagyobb kialakította a négy belső és a négy külső bolygót. 

Korai Naprendszer Forrás: NASA

A négy külső bolygó meglehetősen nagy tömeggel bírt, így összeállásuk során nem csak magukba építettek sok anyagot, hanem jelentős mennyiséget állítottak önmaguk körüli pályára is. Ez az anyag a bolygók egyenlítői síkjában kezdett felhalmozódni, és a későbbiekben belőle alakultak ki a holdak.

A megmaradt apróbb törmelékszemcsék lassan a bolygók felé zuhantak, és átmenetileg gyűrűk formájában léteztek. Mivel a gyűrűk anyagutánpótlása többé-kevésbé folyamatos, ezért ma is gyűrűrendszereket találhatunk a négy nagybolygó körül.

A Jupiter és a Szaturnusz őse olyan nagytömegű volt, hogy a legillékonyabb anyagokból, a hidrogénből és a héliumból többet tudott megtartani, mint külső két társa, az Uránusz és a Neptunusz.

Forrás: NASA

A bolygócsírák tehát létrehozták a négy belső bolygót és a négy külső bolygót. Az összeállás persze nem volt tökéletes, így sok apró törmelékanyag maradt meg. Ezek közül a belső területen elhelyezkedőket nevezzük kisbolygóknak, a külső régiókban találhatókat pedig üstökösöknek.

A Mars és a Jupiter közötti térségben is megkezdődött a bolygócsírák összeállása nagybolygóvá, de azt a közeli nagytömegű Jupiter gravitációs zavaró hatása megakadályozta. Az ott lévő bolygócsírák az erős ütközések során felaprózódtak, egy részük kilökődött a régióból – a maradék alkotja ma a kisbolygóövet.

A Naprendszer külső részében, a Neptunuszon túl valószínűleg nem jött létre nagybolygó. A bolygócsírák növekedése itt alapanyag hiányában egy idő után megállt, az így kialakult apró égitestek alkotják a Kuiper-övet. Ezek egyik nagy képviselője a Plútó.

Az óriásbolygók között keringő bolygócsírák (üstökösök) közül azok, amelyek nem épültek be egyik nagybolygó anyagába sem, egy-egy közeli elhaladás alkalmával messzire kilökődtek. Ezek a kidobott kis jeges égitestek egy hatalmas felhő formájában veszik körül a Naprendszert, ez az Oort-féle üstökösfelhő.

Egy részük akkora sebességgel lökődött ki az óriásbolygók övezetéből, hogy örökre elhagyta Napunk környezetét – ezek csillagközi üstökösök formájában vándorolnak a Tejútrendszerben. 

A bolygók összeállása után visszamaradt bolygócsírákra hosszútávon kétféle sors várt. Vagy kilökték őket a nagybolygók egy-egy közeli elhaladás alkalmával, mint azt fent említettük, vagy előbb-utóbb összeütköztek valamelyikkel, és annak részévé váltak. A bolygóközi térben lévő anyagdarabok száma így fokozatosan csökkent és velük együtt a meteorbombázás ereje is alábbhagyott.

Az ősi Naprendszer meglehetősen vad hely lehetett, gyakoriak voltak a gigantikus méretű becsapódások. Az ilyenek során felszabadult hő valószínűleg fontos szerepet játszott az égitestek belső differenciálódásának megindításában.

A bombázás mértékének időbeli változása meghatározható, és ennek segítségével az égitestek felszínének kora is: minél több kráter borít egy objektumot, annál idősebb a kérdéses terület. A kráterezettség feltérképezésével tehát egy bolygó felszínének fejlődéséről szerezhetünk információkat.

A bolygóközi térben persze a kisbolygók folytonos ütközése és az üstökösök porladása során állandóan keletkezik törmelékanyag, amelynek becsapódásai ugyancsak krátereket hozhatnak létre. Ezek mennyisége azonban nagyságrendekkel kisebb a Naprendszer kezdeti évmillióiban uralkodó bombázásénál. A nagybolygók összeállása és a Nap fősorozatra fejlődése 4,6 milliárd évvel ezelőtt fejeződött be.

Becsapódás és bolygófejlődés

A kráterek képződése és az azokat létrehozó becsapódások összetett módon befolyásolják egy égitest fejlődését. Az alábbiakban a legfontosabb ilyen hatásokat vesszük sorra.

Égitestek létrehozása

A nagy becsapódások alkalmával kirepült anyagból később új égitest állhat össze. Így keletkezett a Hold is az ősi Föld és egy Mars méretű bolygócsíra (a “Theia”) ütközésekor kirepült anyagból, és valószínűleg hasonló folyamat hozhatta létre a Plútó–Charon rendszert is.

Égitestek szétrombolása

A nagy becsapódások szét is darabolhatnak egy égitestet. Ilyen ősi, széttört, de hasonló pályán maradt töredékek alkotnak egy-egy kisbolygócsaládot – ilyenkor tehát egyben új égitestek is születnek. Ha egy bolygó holdrendszerében történt az ütközés, akkor a darabokból később akár újra is összeállhat az égitest (pl. egyes elgondolások szerint Miranda).

Pályaelemek és tengelyforgás módosítása

A nagy becsapódások az égitestek mozgását is befolyásolják, pl. növelhetik a pálya excentricitását. A modellek alapján hatalmas ősi ütközések felgyorsíthatták vagy lefékezhették egyes bolygók forgását, vagy megváltoztathatták a forgástengely állását, pl. ezek billenthették ki az Uránusz vagy a Plútó forgástengelyét a pályasíkjára állított merőlegeshez közeli állapotból, nagy szögű precessziós mozgásra is kényszerítve azt. A kisbolygóknál vagy üstökösmagoknál a kaotikus, több tengely körüli forgásért is valószínűleg a becsapódások a felelősek.

Légkör növelése

Megfelelő körülmények esetén egy becsapódó objektumból kiszabaduló gázok egy része a becsapódást elszenvedő égitest légkörében marad. Minél kisebb energiájú egy becsapódás, a felrobbanó test anyagának annál nagyobb része marad meg a célobjektum légkörében. A 100–500 méternél kisebb objektumok anyagának nagy része az eltalált bolygó őslégkörét gyarapíthatta (pl. Föld, Vénusz).

– Légkör csökkentése: a nagy becsapódások robbanásának lökéshulláma el is fújhatja égégitest légkörének jelentős részét. Ilyen a viszonylag kis tömegű és ezért gyengébb gravitációs terû égitestek fejlődése során többször előfordulhatott. Elméletileg ilyen becsapódás is véget vethetett a Mars korai nedvesebb éghajlatának (légkörelfújás). A kráterszámlálásos kormeghatározás alapján ilyen eseményt okozhatott a marsi Argyre-medencét létrehozó becsapódás, mert a marsi folyóvölgyek elsősorban az ennél idősebb felszíneken találhatók. A becsapódás után a légnyomás erõteljesen lecsökkenhetett, és már csak igen szűk hőmérsékleti határok között létezhetett a Marson víz folyékony állapotban.

Kémiai átalakulások kiváltása

A becsapódások a felszín és a légkör kémiai összetételét erősen megváltoztathatják. A mikroszkopikus becsapódások illékony gázokban szegényítik a légkör nélküli égitestek (pl. Hold, kisbolygók) felszíni regolittakaróját. A Japetus (Iapetus) Szaturnusz hold vezető oldalának sötét színéért a korábbi elméletek a becsapódó szemcsék ütközése által kiváltott kémiai reakciókat teszik felelőssé. A Cassini űrszonda képei alapján azonban inkább gejzírműködéssel magyarázható itt a jelenség.

 “Friss” anyag szállítása

A becsapódásokkal egy égitestre ott ritkának számító molekulák kerülhetnek, ilyen lehetett pl. a víz és szerves anyagok szállítása az ősi Földre becsapódó kisbolygók, üstökösmagok révén. Ugyanitt a légkörben elizzó objektum gyártotta nitrogénoxidok megváltoztatnak egyes légköri reakciókat, a Földnél pl. elbontják az ózont.

– Éghajlati változások: amennyiben a becsapódás jeget vagy vizet, esetleg magas széndioxid tartalmú kőzetet talál el egy légkörrel is bíró égitesten, a kipárolgó üvegházgázok megnövelhetik a felszíni átlaghőmérsékletet (ilyenek pl. a Mars fejlődésének elején az egyes nedves és meleg periódusok, vagy az ősi Földön az óceánokat elpárologtató és sűrű vízgőz atmoszférát létrehozó nagy becsapódások). Ugyanakkor ha a becsapódás sok mikroszkopikus port lövell a felsőlégkörbe, az évekig tartó globális jégkorszakba taszíthatja az égitestet. A becsapódás közvetlen környezete a becsapódási esemény után egy ideig melegebb környezeténél, itt sajátos mikroklíma alakul ki.

Tektonikus folyamatok

A nagy becsapódások az égitestek szilárd külső burkában tektonikus folyamatokat indíthatnak el (pl. a Merkúron a Caloris-medencét kialakító becsapódástól az égitest átellenben lévő vidékén keletkezett kaotikusan összetört régió a kiváltott szeizmikus hullámok fókuszálódása következtében).

Vulkanikus aktivitás

Egy nagy becsapódás közreműködhet a felszíni vulkanizmus elősegítésében, részben beolvadást okozva az asztenoszférában, részben a magma emelkedéséhez szükséges repedéseket hozva létre a kőzetburokban (pl. a vulkáni aktivitás újraéledése a Merkúron a Caloris-becsapódás után, vagy a mare bazaltok feljutásának megkönnyítése a Holdon a nagy medencék alatti repedéseken át).

Globális szerep

A fenti folyamatok egymással összekapcsolódva, egymást befolyásolva komplex módon hatnak egy-egy égitest fejlődésére.

Megosztás itt: facebook
Facebook
Megosztás itt: twitter
Twitter
Megosztás itt: email
Email