Egy új kutatás megmutatja, miért olyan speciális a Hold

Egy becsapódási kráter a Hold déli pólusa közelében. A Holdnak nincs légköre, és szélsőséges hőmérsékleti viszonyok uralkodnak az égitest felszínén

A Hold  többek között az időmérésben is fontos szerepet töltött  be az évezredek során, és néhány naptár még ma is lunáris alapú.  Hold gravitációs erejénk köszönhető az óceánok árapály jelensége is, és a bolygónk forgástengelyének dőlését– amely az évszakokért felelős - szintén a Hold stabilizálja. Könnyen lehetséges, hogy a Földnek nem lenne olyan fajta környezete, ami ideális az élet fejlődéséhez és kialakulásához, ha nem lenne egy olyan nagyméretű kísérője, mint a Hold.

Az ezüstös színű égi kísérőnk rendkívülinek számít a holdak között

Innen a Földről nézve természetesnek vesszük, hogy a Hold az égi kísérőnk. A Hold a Naprendszer planétái közt az egyik legmasszívabb égitest az anyabolygójához viszonyítva, mert a a Föld és a Hold tömegaránya hozzávetőleg nyolcvan az egyhez. A Föld mellett a Naprendszer számos bolygója is rendelkezik holdakkal.

Egy becsapódási kráter a Hold déli pólusa közelében Forrás: NASA/JPL-Caltech

A Marsnak is van például két holdja van, de mindkettő apró. A gázóriások közül néhánynak vannak a miénknél nagyobb holdjai, ilyen például a Jupiter körül keringő Ganymedes, vagy a Szaturnusz holdja, a Titán.

A Cassini-űrszonda elrepül a Szaturnusz legnagyobb holdja, a Titán mellett (fantáziarajz) Forrás: NASA

A Hold eredete a planetológia egyik régóta tanulmányozott tárgya. Jelenleg az a Hold keletkezésével kapcsolatos legelfogadottabb teória, hogy a Hold egy régmúltban történt kolosszális kozmikus ütközés melléktermékeként formálódott olyanná, amilyennek látjuk.

A Hold keletkezésének művészi képe. Forrás: https://nautil.us/the-moon-is-underrated-14018/

De mi annak az esélye, hogy egy bolygónak arányosan akkora holdja legyen mint a miénk? Ez a tárgya egy új, a Nature Communications magazinban publikált és Miki Nakajima, a Rochester Egyetem tudósa által vezetett tanulmánynak. A kutatók óriás ütközések számítógépes szimulációinanak sorozatát alkalmazták ahhoz, hogy megítéljék nagy holdak kialakulásának valószínűségét. Különböző méretű és típusú bolygókat teszteltek, összehasonlítva a sziklás bolygókat a jéggazdag bolygókkal.

A Jupiter legnagyobb holdja, a Ganymedes Forrás: National Oceanic and Atmospheric Administration

A kutatók két masszív protobolygó nagy energiájú ütközését szimulálták arra a forgatókönyvre fókuszálva, ami a túlélő bolygó körül egy az ütközés törmelékéből álló akkréciós lemezt hozott létre. A modelleredmények szerint a földszerű sziklás bolygók esetén elsősorban megszilárdult kőzetdarabokból állt az akkréciós lemez, a jéggazdag planéták esetében pedig vízgőzből és magmacseppekből.

Mitől függ, hogy mekkora lesz egy hold?

Az analízis egyik lényeges része volt, hogy kiszámolják a vízpára relatív mennyiségét a különböző hatásokban, mert ez központi szerepet játszhatott a formálódó holdak méretében. A modellszámítások szerint

a nagy vízgőz tartalmú akkréciós lemezeknél a lemez spirál mozgással a bolygóba esik

még azt megelőzően, hogy esélye lenne megszilárdulni és egy protoholddá összeállni. Ez a folyamat a kis holdak formálódásában végződik, mert lényegében a megszilárduló folyadékcseppecskékből állnak össze a holdak magjai.

Az Europa, a Jupiter egyik nagy holdja felszínének művészi ábrázolása Forrás: Afp

A kis víztartalmú lemezekben ez a hatás sokkal gyengébb, így a lemezben lévő anyag nagyobb része "túlél", megszilárdul, és nagy holdakká áll össze.

A tanulmány legfőbb megállapítása az,

hogy nagy bolygók körül csak kis valószínűséggel alakulnak ki tömegarányosan nagy holdak.

Amikor az ütközés túl energikus - amit az ütköző égitestek tömege befolyásol-, mindig vízgőzben és gázokban gazdag akkréciós lemez jön létre a nagyobb bolygó körül.

Egy exobolygó művészi ábrázolása Forrás: NASA

A kutatók szimulációiban a Földnél több mint hatszor nagyobb sziklás bolygók, vagy a Földnél lényegesen nagyobb jéggazdag bolygók körül nem alakulnak ki tömegarányosan masszív holdak . A sziklás és a jéggazdag bolygók közti különbség főleg abból az egyszerű tényből fakad, hogy a víz párolgása kevesebb hőt igényel (és ezért alacsonyabb ütközési energiát), mint a sziklás kőzetanyag elpárolgása. Olyan tömegarányú hold kialakulásának esélye, amilyen a mi Holdunk, ezért meglehetősen alacsony.

Az exoholdak feltáratlan rejtélye

Az exobolygók körüli holdak, vagy exoholdak kutatása napjaink egyik legújabb és legizgalmasabb kutatási területe. Eddig két exohold-jelöltet, a Kepler-1625b I3 és a Kepler-1708b I4 jelűt azonosítottak, az úgynevezett fedési analízis segítségével.

A Kepler 1625b exobolygó és a feltételezett exoholdjának művészi illusztrációja Forrás: Dan Durda

Amikor az exobolygók elhaladnak gazdacsillaguk előtt, részben kitakarják a csillagot, amelynek így - rendkívül érzékeny műszerekkel kimutatható módon - egy parányit lecsökken a fényessége. Mindkettő jelölt, a Kepler-1625b I3 és a Kepler-1708b I4 egy potenciálisan nagyméretű holdat mutat, amelyek egy-egy gázóriás körül keringenek. Ez a felfedezés viszont alapvetően eltér attól a forgatókönyvtől, amit Nakajima és kollégái a szimulációikban tanulmányoztak.

Kék Hold: Művészi impresszió a Kepler-1625b-I exohold jelöltről. Forrás: https://nautil.us/the-moon-is-underrated-14018/

A kutatók 100, Földhöz közeli méretű exobolygó körül kerestek holdakat, de eddig nemigen találtak jó exohold jelöltet. Ennek a nyilvánvaló exohold hiánynak egyelőre még nem világosak az okai. Az egyik lehetőség az, hogy a központi csillagjaikhoz közeli bolygókat érintő erős árapály-hatás destabilizálja a nagy holdak pályáit.

A Hold, és kisebb részt a Nap gravitációja okozza a Földön az árapályt Forrás: ABC.net.au

De az is lehetséges, hogy a nagy holdak egyszerűen nem formálódnak olyan könnyen, ahogy gondoljuk, és a Föld holdformáló hatásainak extrapolálása nem ragadja meg az exohold képződésének tipikus jellemzőit.

Érdekes, hogy a két legígéretesebb exohold-jelölt nagyban eltér bármely más, a Naprendszerünkben található hold paramétereitől. Az első felfedezett exoplanéták a „forró Jupiterek" voltak, vagyis a csillagjaikhoz nagyon közel keringő gázóriások, de azt már tudjuk, hogy ezek ritkák az exoplanéták között.

A mi Holdunk ritka és különleges égitestnek számít más holdakhoz képest Forrás: NASA/JPL-Caltech

A következő évtizedben rengeteg további új észlelési adat kell ahhoz, hogy alaposabban megvizsgáljuk az olyan potenciális exoholdakat, amelyek hasonlóbbak lehetnek a miénkhez. Nakajima és kollégái szerint egyelőre csak arra számíthatunk, hogy megtaláljuk a kisebb bolygók körüli nagy holdakat. Csak az ezt követő lépés lehet ezek jellemzőinek részletesebb feltárása.

(Forrás: Nautilus Magazine)