Magyar-német kutatócsoport különleges felfedezést tett az Uránusz holdjairól

Magyar-német kutatócsoport különleges felfedezést tett az Uránusz holdjairól

Spread the love

Magyar kutató vezetésével határozták meg öt főbb hold jellemzőit

William Herschel csillagász több mint 230 évvel ezelőtt fedezte fel az Uránusz bolygót és két holdját. A róla elnevezett Herschel-űrtávcső távoli infravörös mérései alapján csillagászok egy csoportja Detre Örs Hunor (Max-Planck-Institute für Astronomie, Németország) vezetésével sikeresen meghatározta az Uránusz 5 főbb holdjának fizikai tulajdonságait.

William Herschel, az Uránusz felfedezőjeForrás: Wikimedia Commons/Lemuel Francis Abbott

A holdak közép és távoli infravörös fénye alapján (ami a Nap sugárzása miatt a holdak felszínén keletkezett hőt jelenti) a kutatók úgy vélik, hogy a kísérők leginkább olyan törpebolygókhoz hasonlítanak, mint amilyen a Pluto is. A kutatócsoport kifejlesztett egy új technikát,

aminek segítségével sikerült a holdak fényét a náluk ezerszer fényesebb Uránusz fényétől különválasztani.

A Pluto törpebolygó felszíne.  A felvételen a Sputnik Planum (bal oldalt) és a síkságot körülölelő hegyek (jobb oldalt) láthatókForrás: NASA / New Horizons

A tanulmány nemrég jelent meg az Astronomy & Astrophysics neves angol nyelvű csillagászati szaklapban.

A Naprendszer külső vidékeinek felfedezését korábban olyan hosszú és távoli utakra tervezett űreszközök végezték, mint a Voyager 1 és 2, a Cassini-Huygens illetve a New Horizons.

A Plutó kutatásában úttörő felfedezéseket tett New Horizons bolygóközi-szondaForrás: NASA/JPL

Most viszont a német Max-Planck-Institute für Astronomie (MPIA) munkatársa, Detre Örs Hunor vezetésével egy német-magyar kutatócsoport megmutatta, hogy kellő leleményességgel akár nagy távolságból készített megfigyelésekből is új és érdekes eredményeket kaphatunk.

Az Uránusz és a Föld méretét összehasonlító képmontázsForrás: NASA (Image modified by Jcpag2012)

A kutatók annak a Herschel-űrteleszkópnak az adatait használták, amely 2009 és 2013 között végzett méréseket és amelynek fejlesztésében és működtetésében az MPIA mellett a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézete is tevékenyen részt vett.

Hatalmas, 3,5 méteres tükrével ez az űrtávcső lényegesen élesebb képeket készített elődeinél

távoli infravörös hullámhosszakon. A nevét William Herschel csillagász után kapta, aki 1800-ban fedezte fel az infravörös sugárzást.

A Herschel-űrtávcső. Az űrszonda képe a Vela-C csillagkeletkezési helyről készített saját felvétele előtt láthatóForrás: ESA/ESA/PACS & SPIRE Consortia, T. Hill, F. Motte, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/IRFU

Néhány évvel korábban szintén ő fedezte fel az Uránusz bolygót és a holdjai közül kettőt (Titánia és Oberon), amelyeket most a bolygó három másik később felfedezett holdjával (Miranda, Ariel és Umbriel) együtt vizsgáltak meg részletesen a kutatók.

A holdak Herschel-adatokban történt felfedezése csak a véletlennek volt köszönhető

“Valójában csak arra voltunk kíváncsiak, hogy milyen hatást gyakorolnak a kamerák érzékelőire az olyan infravörös tartományban is nagyon fényes objektumok, mint az Uránusz. ” – mondta Ulrich Klaas, a tanulmány egyik társszerzője, aki az MPIA-nál vezető szerepet játszott az űrtávcső PACS elnevezésű, a cikkhez adatokat szolgáltató műszerének fejlesztésében is.

A holdakat, amik apró kis pontokként jelentek meg a felvételeken, csak véletlenül vettük észre.

Az öt legnagyobb Uránusz hold, a Miranda, az Ariel, az Umbriel, a Titania és az Oberon méretarányos képe. A képeket a Voyager–2 űrszonda készítette 1986. január 24-én, miközben elhaladt az Uránusz mellettForrás: NASA/JPL/MPIA

A PACS kamera a távoli infravörös fény 70 és 160 mikrométeres hullámhossza közötti tartományban lát. Egy távcső felbontása arányos a teleszkóp átmérőjével, de fordítottan arányos az általa látott fény hullámhosszával.

Ez a hullámhossz tartomány megközelítőleg százszor hosszabb, mint a hasonló méretű Hubble űrteleszkóp látásának tartománya. Ez azt jelenti, hogy a PACS ugyan a leghidegebb jeges objektumok hőjét is látja – amit a Hubble nem – de körülbelül százszor életlenebb képeket is készít.

Az Uránusz öt legnagyobb holdjaForrás: European Southern Observatory/ESA

Ezért a holdak szinte beleolvadtak az Uránusz képébe.

Az olyan hideg objektumok, mint az Uránusz és a holdjai (a napsugárzásnak köszönhetően 60 és 80 Kelvin, azaz -213 és -193 Celsius fok közötti hőmérséklettel rendelkeznek) azonban ezeken a hullámhosszakon nagyon fényesnek látszanak.

A Miranda jeges felszínéről készített közeli fotóForrás: Voyager 2 – NASA image

“Épp ez a távoli infravörös információ hiányzott az eddigi tudásunkból. Így a Spitzer Űrteleszkóp valamint a NASA Infrared Telescope Facility (IRTF) méréseivel kiegészítve teljes lett a képünk.” – tette hozzá Balog Zoltán, aki szintúgy az MPIA PACS csapatának volt a tagja.

Szerencsés időpontban történtek a felfedezések

“A megfigyelések is rendkívül szerencsés időpontban történtek” – magyarázta Thomas Müller, a garchingi Max-Planck-Institute für Extraterrestische Physics (MPE) munkatársa, amely a PACS műszer fejlesztését is vezette.

“Az Uránusz forgási tengelye, és emiatt a holdjainak keringési síkja is rendhagyó mértékben elhajlik a Nap körüli pályájukhoz képest. Az Uránusz több évtized alatt kerüli meg a Napot, de a keringési idő nagy részében vagy a déli, vagy az északi pólusát éri a napsugárzás.

Az Uránusz tengelye rendellenesen elhajlik a naprendszer többi bolygójához képestForrás: NASA/JPL-Caltech

A mérések készítésének ideje alatt azonban főleg az Uránusz egyenlítői régióit érte a napsütés. Ezek alapján meg tudtuk mérni,

hogy a holdak felszíne milyen mértékben tartja meg a hőt miközben az Uránusz éjszakai oldalára vándorolnak.

– A begyűjtött adatokból rengeteg dolgot megtudtunk az őket alkotó anyag természetéről” – mondta Müller, aki a modellszámításokat végezte a kutatás során, és ezek alapján sikerült megállapítania a holdak termális (hőtani) és fizikai jellemzőit.

A Titania a Voyager 2 űrszonda felvételénForrás: NASA/JPL – PIA00039

A Voyager 2 űrszonda 1986-ban az Uránusz mellett történt elhaladása során sokkal kevésbé voltak kedvezőek a körülmények egy hasonló mérés elvégzéséhez. A műszerek akkor csak az Uránusz és a holdak déli régióit tudták megfigyelni.

A holdak a Naprendszer határán található törpebolygókra hasonlítanak

Müller azt találta, hogy ezek a holdfelszínek rendkívül jól képesek megtartani a hőt, és meglehetősen lassan hűlnek le. A csillagászok hasonló jelenséget eddig csak a nagyon durva, jeges felszínnel rendelkező kis égitestek esetében figyeltek meg.

Fagyott tó a Pluto felszínén (művészi illusztráció)Forrás: leemage via AFP/©Ron Miller/Novapix/Leemage/Ron Miller

A kutatócsoport ez alapján jutott arra a következtetésre, hogy az Uránusz holdjai leginkább az olyan, a Naprendszer külső vidékein található törpebolygókra hasonlítanak legjobban, mint amilyen a Pluto vagy a Haumea.

Az Ariel hold fotója, amelyet a Voyager 2 készített. A nagy Uránusz holdak olyan sajátosságokat mutatnak, mint a naprendszer peremvidékén keringő törpebolygókForrás: NASA/JPL

Más, szintén a Herschel/PACS műszerrel végzett kutatások alapján az Uránusztól távolabb eső irreguláris holdak ettől eltérő hőmegtartó képességekkel rendelkeznek. Ezek a holdak inkább a kisebb és kevésbé kötött ún. TNO-kra hasonlítanak,

amely kis égitestek a Neptunuszon túli területen keringenek a Nap körül.

“Ez jól illeszkedik az Uránusz külső holdjainak eredetét magyarázó elméletbe is” – tette hozzá Müller. “A kaotikus keringési pályájuk miatt úgy gondoljuk, hogy az Uránusz a fejlődésének egy későbbi szakaszában fogta be ezeket az égitesteket.”

Az Uránusz tengelye csaknem azonos a keringési síkjávalForrás: Hubble Space Telescope – NASA Marshall Space Flight Center

A Herschel optikai rendszerével minden pontszerű objektum képe inkább egy elkenődött, egyenetlen “plecsninek” látszódik

a PACS képeken. Ez angolul a Point Spread Function (PSF), ami minden pontszerű objektum képét ugyanezzel a rajzolattal keni el az egész PACS detektoron. Olyan fényes objektumoknál, mint az Uránusz, a PSF minden kis részlete láthatóvá válik, ám hatalmas területen szinte elvakítja a PACS kamerát.

Jobb oldali kép az Uránusz öt legnagyobb holdjának pozícióját és pályáját mutatja, ahogy az 2011 Július 12 én látszódtak a Herschel Űrteleszkópról. A jobb oldali hamisszines kép mutatja a holdak hősugárzását az Uránusz az ezek több mint ezerszeres fényének levonása utánForrás: T. Müller (HdA)/Ö. H. Detre et al./MPIA (Herschel PACS, 70 mikrométer)

“Az 500-7400-szor halványabb holdak, olyan kis távolságban helyezkednek el a gázóriástól, hogy látszólag összeolvadnak az Uránusz által kirajzolt PSF-el. Csak a két legfényesebb hold, a Titania és az Oberion különíthető el valamennyire szemmel a képeken. De tudtuk, hogy mind ott rejtőznek!” – így írta le a kihívást Marton Gábor, a tanulmány egyik társszerzője, a budapesti Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet munkatársa.

A kifinomult adatfeldolgozás teszi láthatóvá azt, ami korábban láthatatlan volt

Ez a véletlen felfedezés arra ösztönözte Detre Örs Hunort, a kutatás vezetőjét, hogy az Uránusz fényes ragyogásában “elbújt” holdakat is láthatóvá tegye,

ezáltal a fényességük is megbízhatóan mérhetővé váljon.

“Hasonló esetekben, mint pl. az exobolygók keresésekor, ún. koronográfokat használunk, hogy a központi csillag fényét kitakarjuk” – magyarázta Detre.

A Miranda fotója amit a Voyager 2 készítettNASA/JPL-Caltech

“Az űrtávcső azonban nem rendelkezett ilyen eszközzel. Ehelyett inkább a PACS kamera kimagasló fotometriai és optikai stabilitását hívtuk segítségül. Ez azt jelenti, hogy az Uránusz PSF alakja és erőssége nem változik,

csak a halvány holdak mozognak szinte láthatatlanul a képeken.

” Kiszámította a holdak pontos pozícióját a megfigyelések időpillanatában és a már említett stabil fényesség segítségével kifejlesztett egy olyan módszert, amivel el lehetett távolítani az Uránusz fényét az adatokból.

A képek azt magyarázzák, hogyan történt az Uránusz jelének eltávolítása. Bal oldalon: a képen egyszerre szerepel az Uránusz és az 5 fő holdjának 70 mikrométeres infravörös hullámhosszon mért fényessége. Középen: az adatok alapján gondosan elkészített modell, amely csak az Uránusz fényességeloszlását mutatja.Jobb oldalon: a végeredmény, ami a bal oldali képből maradt, miután levonták belőle a középsőt.Forrás: Detre és mtsai/MPIA

Ledöbbentünk, amikor megláttuk, hogy 4 hold képe tisztán kirajzolódik a felvételeken. Még a leghalványabb ötödik, legbelső pályán keringő Miranda is feltűnt.”

– mondta Detre. “Az eredményeink nagyon jól megmutatták, hogy nem feltétlenül kellenek bonyolult bolygóközi utazások ahhoz, hogy újat tanulhassunk Naprendszerünkről.” – nyilatkozta szintén egy társszerző, Hendrik Linz az MPIA részéről. “Sőt, a kifejlesztett módszer az Európai Űrügynökség (ESA) elektronikus archívumának további megfigyelésére is alkalmazható. Ki tudja milyen meglepetések bújtak még el így az archívum tengernyi képe közt?”

Forrás: (Detre, Ö. H.; Müller, T. G.; Klaas, U.; Marton, G.; Linz, H.; Balog, Z. “Herschel -PACS photometry of the five major moons of Uranus”. Astronomy & Astrophysics. 641: A76.)


Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *