Інформація про новину
  • Переглядів: 156
  • Дата: 17-06-2020, 03:19
17-06-2020, 03:19

17. A naprendszer és a világegyetem felderítése űrszondák segítségével

Категорія: Tankönyvek magyar » Csillagászat





Попередня сторінка:  16. Törpebolygók és a naprendszer apró égitestei
Наступна сторінка:   18. Feltevések és elméletek a naprendszer kialakulásáról

1. A Világegyetem kutatása modern módszerekkel. A közelmúltig a légkörön kívüli csillagászat csak sok tudós-csillagász álma volt. Napjainkra azonban a tudomány fejlett ágazatává vált. Az űrteleszkópok által kapott eredmények, a legkisebb túlzás nélkül, több, a Világegyetemről alkotott elképzelésünket gyökeresen megváltoztatták.

Hatalmas, a világűrrel kapcsolatos információmennyiség található teljes terjedelmében a földi atmoszféra határain túl. Az infravörös és ultraibolya tartomány, valamint a kozmikus eredetű röntgen- és у-sugárzás megfigyelése lehetetlen a Föld felszínéről. Ahhoz, hogy ezekben a tartományokban tanulmányozzuk a Világegyetemet, a megfigyeléshez használt eszközöket ki kell vinni a nyílt világűrbe.

Egy kozmikus obszervatórium működéséhez különböző szakemberek közös erőfeszítéseire van szükség. Az űrmérnökök készítik fel a teleszkópokat a felbocsátáshoz, pályára állítják öltét, felügyelik az összes műszer zavartalan energiaellátását és hibátlan működését. Mivel a vizsgálandó objektumok több órán át megfigyelhetők, nagyon fontos, hogy a Föld körül keringő eszköz tájolása mindig megfelelő legyen, a teleszkóp tengelye szigorúan a megfigyelt objektumra legyen irányítva.

A csillagászok összegyűjtik a megfigyelésekre benyújtott kérelmeket, kiválasztják közülük a legfontosabbakat, elkészítik a megfigyelés programját, felügyelik az

eredmények megszerzését és megfelelő feldolgozását. Az űrteleszkópok által szolgáltatott adatok adott ideig kizárólag a megfigyelési program szerzői számára elérhetőek. Később átkerülnek a számítógépes hálózatokba, és bármelyik csillagász felhasználhatja őket a kutatásaihoz az internet segítségével.

A világűr kutatásának kezdete óta több tudományos célú küldetést valósítottak meg a világűrben, amelyek jelentős szerepet játszottak a Világegyetemről alkotott elképzeléseink fejlődésében. Tekintsünk át néhányat közülük.

2. Űrteleszkópok és űrobszervatóriumok. 1946-ban Lyman Spitzer (1914-1997) amerikai asztrofizikus publikálta A földön kívüli obszervatórium csillagászati előnyei (ang. Astronomical advantages of anextra-terrestrial observatory) című cikkét. írásában kiemelte az űrteleszkóp két fő előnyét: 1) a szögfelbontását csak a diffrakció befolyásolja, nem a turbulens áramlatok az atmoszférában; 2) az űrteleszkóp megfigyeléseket végezhet az infravörös, ultraibolya, röntgen- és y-tartomá-nyokban is, amely sugárzások elnyelődnek a földi atmoszféra által.

1959 októberében a földlakók első alkalommal pillanthatták meg a Hold túlsó oldalát.

1962-ben Nagy-Britannia felbocsátotta az Ariel orbitális teleszkópot a Nap megfigyelésére. 1966-ban a NASA indította a világűrbe az OAO-1 (ang. Orbiting Astronomical Observatory) csillagászati műholdat. A küldetés sikertelen volt, mivel az akkumulátorok a start után 3 nappal felmondták a szolgálatot. 1968-ban bocsátották fel az OAO-2 műholdat, amely a csillagok és galaxisok ultraibolya sugárzását tanulmányozta 1972-ig, felülmúlva a várható élettartamát.

1967-ben az OSO-3 amerikai napkutató műhold felfedezte a Galaktika y-sugár-zását, és az 1975—1982-es években az európai COS-B műhold megalkotta a Tejútrendszer első у-sugár térképét. A XX. sz. 70-80-as éveiben több tíz műhold és orbitális űrállomás dolgozott föld körüli pályán, csillagászati kutatásokat végezve különböző színképtartományokban.

Az OAO és OSO küldetések megmutatták az orbitális teleszkópokban rejlő lehetőségeket. Ezért a NASA a XX. sz. 70-90-es éveiben megtervezett és megépített 4 nagy űrobszervatóriumot, amelyek mindegyike egy adott tartományban vizsgálja a Világegyetemet.

Az infravörös sugárzás tanulmányozása a csillagászatban azzal vette kezdetét, hogy egy orbitális teleszkóp segítségével pontosan megmérték a Naprendszer bolygóinak felszíni és légköri hőmérsékletét.

így fedezték fel a Mars, a Vénusz és a Jupiter atmoszférájában a szén-dioxid gáz jelenlétét. Az óriásbolygók infravörös megfigyelése lehetőséget adott a légkörük szerkezetének megismerésére, és a holdakon lévő jég felfedezésére.

Az infravörös csillagászat szenzációs felfedezésének számít a víz, amelyet nagy mennyiségben mutattak ki a világűrben. A víz megtalálható a gáz- és porfelhőkben, üstökösökben és a kisbolygókon is.

Az első infravörös obszervatóriumot 1983 januárjában állították pályára egy közös amerikaieurópai projekt, az IRAS keretein belül. Az IRAS komplexum fő műszere az 57 cm-es tükörátmérőjű teleszkópreflektor volt.

Mivel a földi atmoszféra az ultraibolya sugárzást jelentősen gyengíti, az érzékelő berendezéseket a Föld műholdjain kell elhelyezni. Az 1999-ben végzett megfigyelések nagyon érdekes tudományos eredményeket hoztak. Kiderült, hogy a Galaktikában elterjedtek a csillagközi gáz nagyon magas (félmillió fokig) hőmérsékletű tömegei, amelyek

5-10 ezer fényévre találhatók a Tejút központi síkjától. Ez a gáz rendkívül gyorsan felmelegszik a szupernóvák robbanásai következtében.

A második nagy űrobszervatórium a Compton gammaobszervatórium lett, amelyet Arthur Compton (1892—1962) Nobel-díjas fizikus tiszteletére neveztek el.

1991. április 5-én állították pályára az Atlantis űrsikló segítségével. Az űrobszervatórium elsődként vizsgálta у-sugarakban az égbolt képét, valamint a Napot, kvazárokat, pulzáro-kat, szupernóvákat és fekete lyukakat. Tízéves küldetése alatt az obszervatórium több mint 400 kozmikus gamma-forrást fedezett fel, tízszer többet, mint amennyi azelőtt ismeretes volt. Észlelt több mint 2,5 ezer gamma-kitörést - korábban mindössze 300 szerepelt a feljegyzésekben.

A у-sugárzás forrásai a Nap kitörései, az aktív galaxismagok, kvazárok. A röntgenobszervatóriumok segítségével tanulmányozzák a szupernóvákat, csillagködöket, neutroncsillagokat, a napkoronát és a napkitöréseket.

A Világegyetem vizsgálatát a röntgentartományban végző harmadik nagy űrobszervatóriumot 1999-ben állították pályára. Az orbitális obszervatórium által szolgáltatott információk arról tanúskodnak, hogy a Világegyetemben nem kevesebb, mint 300 millió fekete lyuk létezik. A Chandra röntgenobszervatórium (3.49. ábra) elsőként rögzítette egy olyan csillag pusztulását, amely túl közel került egy fekete lyukhoz. 2004-ben először észlelt olyan nagy teljesítményű röntgenforrásokat, amelyek több száz naptömeggel megegyező tömegű, új típusú fekete lyukak lehetnek.

3. A Kepler űrtávcső kutatási eredményei. A Kepler orbitális teleszkóp — a NASA űrteleszkópja (3.50. ábra), amely exobolygók után kutat, és Johannes Kepler tiszteletére nevezték el.

A teleszkópot 2009. március 7-én indították a Kennedy Űrközpontból, Floridából. A Kepler missziót 3,5 évre tervezték. A küldetés ideje alatt közel 100 ezer, a Naphoz hasonló csillagot kellett megfigyelnie, amelyek körül keringhetnek exobolygók. A berendezés fedési módszerrel kutat a naprendszeren kívüli bolygók után. (Amikor a bolygó elhalad a csillag korongja előtt, eltakarja a megfigyelő elól fényének egy részét. Kielemezve a csillag fényváltozásait, a csillagászok nem csak megtalálni tudják a bolygókat, hanem következtetni tudnak a méretükre is.) A Kepler közel 1 CsE sugarú pályán kering a Nap körül. Gyakorlatilag követi a Földet a pályáján, hogy az ne zavarja a megfigyelésben.

Az indítás pillanatáig a csillagászok közel 350 exobolygót fedeztek fel, azonban

2011. december 22-re ez a szám megváltozott — 716 exobolygó 584 bolygórendszerben. A többségük a Jupiterhez hasonló gázóriás. Ezeken a bolygókon nem fejlődhetnek ki a földiekhez hasonló élő szervezetek, ezért a tudósokat különösen érdekli, hogy mennyire gyakoriak a földszerű bolygók a csillagok körüli lakható zónán belül, ahol a földihez hasonló élet volna lehetséges. Ellentétben a földi teleszkópokkal, a Kepler kisebb, élet kialakulására alkalmas bolygókat is képes felfedezni.

2015. január 20-ra 1900 exobolygót sikerült felfedezni 1202 bolygórendszerben, amelyek közül 480-ban egynél több bolygó van. A NASA exobolygó-archívuma 1795 naprendszeren kívüli bolygót ismer el felfedezettként. A Kepler-program szerint napjainkban 4175 égitestet tartunk számon, amelyek potenciális exobolygók, de a státuszuk hivatalos véglegesítéséhez szükséges a földi teleszkópokkal történő ismételt észlelés (a statisztika alapján ez az esetek 90%-ában sikerül).

Edwin Hubble (1889-1953) űrteleszkópjának (3.51. ábra) optikája megközelíti az ideális optikai rendszert. Az atmoszférán túl a teleszkóp 2,4 m átmérőjű tükre 0,06" felbontást tesz lehetővé.

Az exobolygók teljes száma a galaxisunkban elérheti a több százmilliárdot, ha nem vesszük figyelembe az „árva bolygókat”, amelyekből a Tejútrendszerben vélhetően akár trillió is létezik (rendszerint külön számítják őket, de számítások alapján fedezik fel, hasonlóan a WISE 0855-0714 szubbarna törpéhez). Az átlagos, csillag körül keringő bolygók száma valószínűleg közel 100 milliárd, közülük 5-20 milliárd vélhetően „földszerű”. A jelenlegi becslések szerint a naphoz hasonló csillagok 22%-a körül keringenek a Földhöz hasonló bolygók, amelyek a csillaguk lakhatósági zónáján belül helyezkednek el.

4. A Hold felszínének közvetlen tanulmányozása. 1969. július 16-án az amerikai Apollo-11 űrhajó, fedélzetén a háromtagú legénységgel — Neil Armstrong, az űrhajó parancsnoka; Edwin Aldrin, a holdkomp pilótája és Michael Collins, az űrhajó pilótája - elindultak, hogy megvalósítsák az első Holdra szállást.

Armstrong 1969. július 20-án, greenwichi idő szerint 2 h 56 min 20 s-kor lépett a Hold felszínére. A Holdra lépve hangzott el Armstrong híres mondata: „Kis lépés ez az embernek, de hatalmas ugrás az emberiségnek.” A holdkompon kívül elhelyezett kamera közvetítette Armstrong kilépését a Hold felszínére. 15 másodperccel később kilépett Aldrin is, aki azonnal kipróbált több mozgásformát a felszínen. Az űrhajósok összegyűjtötték a szükséges anyagmintákat, geológiai méréseket végeztek, műszereket és egy televíziós kamerát állítottak fel. A Holdon tartózkodó űrhajósok láthatták az égbolton a Földet (3.52. ábra). Az Apollo-program űrhajói a következő három évben 6 sikeres küldetést hajtottak végre a Holdon (12 űrhajós tanulmányozta a leszállás helyét, több mint 360 kg felszíni mintát gyűjtöttek). Holdkőzeteket a szovjet Luna űrszondák is hoztak a Földre.

Az első mechanizmus a Holdon a szovjet Lunohod-1 (3.53. ábra) volt. 1970-ben indították, rádióhullámok segítségével irányították a Földről. Ez volt az első mesterséges objektum, amely a Hold felszínén közlekedett. A tervezett 90 nap helyett

a Lunohod-1 csaknem egy évig dolgozott, és 10,5 km-t tett meg. Sokáig ismeretlen volt az a hely, ahol utoljára megállt. 2005-ben „került elő” a Lunohod-1 egy, a NASA holdkörüli pályán keringő szondája által készített felvételen.

A XXI. sz. elején fellendültek a Hold tanulmányozását célzó programok. Egy Hold körül keringő űrállomás létrehozásával kapcsolatos terveket jelenteit be több ország, köztük az USA, Kína, India, Oroszország, Japán. A Nemzetközi Űrkonzor-cium 2010-ig tervezte ennek megvalósítását.

2019. január 3-án a Chang'o-4 (3.54. ábra) kínai űrszonda sima leszállást hajtott végre a Hold túlsó oldalán. Ez az első olyan berendezés, amely a Hold kevéssé ismert, a Földről nem látható oldalára érkezett. A leszállás a Hold déli pólusa közelében, az Aitken-medence Kármán Tódor kráterében történt. A berendezés azonnal elküldte a Földre a leszállóhely képét, majd megkezdte természetes kísérőnk tudományos vizsgálatát. Az űrszonda élő szervezetek fejlődését is tanulmányozni foga a csökkent gravitációs feltételek mellett (a landoló egysége növényi magokat is vitt magával, amelyek 2019. január 15-én kikeltek; ez óriási eredménynek számít).

A SpaceX vállalat küldetést tervez természetes kísérőnk körül, a NASA az Exploration Mission 1 kidolgozását végzi. A tervek között szerepel az Exploration Mission 2 emberes expedíció Holdra küldése, valamint egy holdbázis építésének megkezdése, amely nem csak a Hold meghódítását szolgálja majd, hanem megkönnyíti majd az űrrepüléseket a Mars és a Naprendszer más bolygói felé.

5. A jlosetta-küldetés. A Rosetta űrszonda 2004. március 2-án indult útjára a Guyana Űrközpontból (Kourou, Francia-Guyana) a Csurjumov-Heraszimenko üstökös magja felé. Az üstököst a felfedezői, Klim Csurjumov és Szvitlana Heraszimen-ko ukrán tudósok tiszteletére nevezték el (3.55. ábra).

A 67P/Csurjumov-Heraszimenko üstökös a rövid periódusú üstökösök közé tartozik, keringési periódusa körülbelül 6 év és 7 hónap. Felfedezése óta már 7 alkalommal tért vissza a Földhöz. Mielőtt az üstökös hetedszer is megjelent a Nap

közelében, útnak indult felé a Rosetta űrszonda.

2014 májusában a Rosetta 2 m/s-ra csökkentette sebességét az üstökös magjához viszonyítva, és 25 km-re megközelítette. Az űrszonda műszerei teljes készültségre kapcsoltak, majd megkezdték a mag és a mag körüli területek módszeres tanulmányozását (3.56. ábra).

2014 novembereben került sor a küldetés legösz-szetettebb és legfontosabb szakaszára - az űrszonda Philae leszállóegységének leválására, majd leszállására az üstökös felszínén az 5 kiválasztott biztonságos terület egyikén. A Philae egy közel 21 kg tömegű, egyedülálló tudományos konténer. 10 különböző

műszerrel van felszerelve, közöttük egy spektrométer az а-sugárzás, a protonok és a röntgensugarak észlelésére az üstökös anyagának tanulmányozása során.

A Philae landolási műveletét a Földtől 500 millió km távolságban hajtotta végre. Végül november 12-én, kijevi idő szerint 18 h 2 perckor, az emberiség történelme során először, 10 év utazás után a világűrben egy ember által készített űreszköz leszállást hajtott végre egy üstökös felszínén.

A küldetése alatt a Rosetta soha nem közelítette meg jobban az üstököst 1,9 km-nél. Az űrszonda végül irányított manőver során az üstökösbe csapódott, közben részletes felvételeket küldve a Földre az égitestről (3.57. ábra). Fontos tudományos következtetéseket vontak le a Philae egység által szolgáltatott adatokból is. Ez a küldetés volt a történelemben az első „találkozás” egy üstökössel.

6. A Mars felszínének kutatása. 2012. augusztus 6-án landolt a Marson az amerikai Curiosity marsjáró (3.58. ábra). A marsjáró fedélzetén több műszer is helyet kapott, amelyek segítségével más feladatai mellett elemzi a marsi talajmintákat.

Az expedíció fő célja volt annak tisztázása, hogy léteztek-e valaha a Marson az élet kialakulásához szükséges feltételek.

Az amerikai kutatóberendezés hossza kicsit kevesebb, mint 3 m, tömege 900 kg. A marsi laboratórium mozgékonyságát három pár kerék biztosítja, amelyek mindegyike külön meghajtással rendelkezik.

A marsjáró képes legyőzni 75 cm magas akadályokat, 360°-os fordulatot tenni egy helyben, miközben fényképezi a bolygó felszínét. A bolygót bárki tanulmányozhatja az internet segítségével a következő elérhetőségen:

http://mars.nasa.gov/mul-timedia/interactives/billionpixel/

.

2018. november 26-án a NASA amerikai űrhajózási hivatal InSight űrszondája sikeres leszállást hajtott végre a Mars felszínén (3.59. ábra). Májusban indult Kaliforniából, és fél év alatt tette meg az 548 millió km távolságot. A küldetés legfontosabb műszerei a szeizmométer és a hővezetést mérő készülék, ami a Mars belsejéből érkező hőáramlatok erősségét tudja megmérni. A berendezés 19 795 km/h

sebességgel lépett be a Mars atmoszférájába, majd elhelyezkedett az egyenlítő közelében fekvő Elysium-síkság egyik kráterében.

Az InSight 24 hónapot tölt majd a Marson, azaz körülbelül egy marsi évet. Küldetése alatt válaszokat ad a kérdésekre a Mars, illetve a belső Naprendszer kőzetbolygóinak kialakulásával kapcsolatban.

TUDJÁTOK-E, HOGY...

A hobbicsillagászok is kereshetnek exobolygókat a

http://www.planethunters.org/

weboldalon. Az internet segítségével lehetőség nyílik megtekinteni a Kepler teleszkóp által kapott adatokat, amelyeken elemezhetők a „fénylő pontok” fényességének változásai, es azok alapján kimutathatók a távoli csillagok mellett keringő exobolygók.

Új, különleges ultraibolya, infravörös és optikai teleszkópokat állítanak Föld körüli pályára. Folyamatosan növekszik a teleszkópok főtükrének átmérője, fejlődik a fényérzékelő rendszerük, növekszik a műszerek fényérzékenysége, új módszerekkel stabilizálják őket a keringési pályán. A légkörön túli csillagászat következő lépése lehet több tervezet megvalósítása, mint például a 8 m vagy nagyobb átmérőjű főtükörrel rendelkező teleszkópok építése, valamint csillagászati obszervatórium létesítése a Holdon, amelyek újabb „építőelemeket” jelentenek majd a Világegyetem kozmológiai képében.

KÉRDÉSEK A TANULTAKHOZ

1. Mit értünk a légkörön túli csillagászat kifejezésen?

2. Milyen űrteleszkópokat ismertek?

3. Mit tudtok a Rosetta küldetésről?

4. Mit tudtok a Curiosity marsjáróról és felfedezéseiről a Marson?

5. Nevezzetek meg olyan alapvető internetes csillagászati webhelyeket és portálokat, amelyekről tudomást szerezhettek a világűrrel kapcsolatos legújabb tudományos kutatásokról és felfedezésekről!

 

Ez a csillagászat tankönyve 11. évfolyamának anyaga Szirotyuk, Mirosnicsenko

 



Попередня сторінка:  16. Törpebolygók és a naprendszer apró égitestei
Наступна сторінка:   18. Feltevések és elméletek a naprendszer kialakulásáról



^