Az univerzum nagy rejtélyei gyakran távoli, láthatatlan jelenségek körül forognak. A tudósok a rádióhullámok megmagyarázhatatlan kitöréseiről, a gravitáció megfoghatatlan természetéről és arról, hogy a sötét energia áthatolja-e a kozmoszt. Más rejtélyek megtalálhatók a galaxisunk saját sarkában is, amelyek közvetlenül az arcunkba bámulnak minket - például hogy a Föld milyen bolygó lett ma.
Ez a kérdés továbbra is lenyűgözi azokat a kutatókat, akik megértsék, hogyan alakult ki a Föld és miért olyan jól alkalmazható az élet befogadására. Másképpen kiderült volna - nézzünk csak a legközelebbi szomszédunkra és szinte ikerünkre, a Vénuszra, amelynek nincs folyékony víz és amelynek felszíne duzzadó 870 fokos Fahrenheit. „A Vénusz és a Föld a végső irányítás esete” - mondta Sue Smrekar, a NASA sugárhajtású laboratóriumának. "Nem tudjuk teljesen megérteni, hogy a Föld miért vált ilyen lakhatóvá és Vénusznak ilyen lakhatatlanná."
Ez egy kicsit meglepő, tekintve, hogy a Föld messze a legjobban tanulmányozott bolygó az univerzumban. De a geológiai folyamatok, mint például a lemeztektonika, folyamatosan újrahasznosítják a múlt bizonyítékait, és a Föld sminkjével kapcsolatos kritikus információk nagy része rejlik a hatalmas, elérhetetlen mélységben. „Meg akarod érteni egy bolygót, amelyből csak a felszínen tud mintát venni” - mondja James Badro, a párizsi Földfizikai Intézet geofizikusa. Bár a tudósok rengeteg tudást gyűjtöttek a lábunk alatti talaj tanulmányozásakor, a Föld felépítésének és fejlődésének teljes története ismeretlen.
Tehát a kutatók segítségért fordultak az égbolthoz. Tanulmányoztak más csillagrendszereket, amelyek nyomokat keresnek, és a Föld építőelemeit keresték a Naprendszer detritusa között. A tervezett és javasolt űrküldések egy sorozata segíthet a tudósoknak a hiányzó darabok további kitöltésében.
A protoplanetáris testek új aspektusainak tanulmányozásától kezdve, hogy megkönnyebbítsék, honnan származnak és hogyan keverednek egymáshoz, a kutatók remélik, hogy meghatározzák a Földet létrehozó bolygóképződés folyamatát. Sokak számára ez ugyanolyan filozófiai küldetés, mint tudományos. "Ez származásunk kérdése" - mondja Badro.
A művész benyomása a Pszichába irányuló javasolt küldetésről, egy aszteroida, amelyet teljesen fémből gondoltak. (NASA / JPL-Caltech) A legtöbb kutató egyetért a naprendszer általános történetében. 4, 6 milliárd évvel ezelőtt kezdődött, amikor az űrben lebegő hatalmas gáz- és porfelhő összeomlott, és valószínűleg a közeli szupernóva sokkhulláma váltotta ki. A lapított felhő ezután forgó koronggá fordult, ahonnan - mintegy 100 millió évvel később - naprendszerünk többé-kevésbé jelenlegi állapotában jelent meg: a napot nyolc bolygó és számtalan kisebb test veszi körül, amelyek szétszóródtak.
A kozmikus szomszédságunk kialakulásának finomabb részei azonban továbbra is vitatottak. Például a tudósok még mindig vitatják, hogy melyek a bolygók. "Tudjuk, hogy néz ki a torta" - mondja Lindy Elkins-Tanton, az Arizona Állami Egyetem, "de szeretnénk tudni, hogy néz ki az összes különálló alapanyag" - mondja.
A tudósok úgy gondolják, hogy a földi bolygók kisebb síkbeli minták felszaporításával nőttek fel - több tíz mérföldes átmérőjű tárgyak, amelyek a protoplanetáris porból felhalmozódtak. De ezen síkminták összetételét és szerkezetét nehéz meghatározni. A meteoritok gyűjteményének - a Földre eső aszteroidák töredékeinek - tanulmányozása jó hely a kezdéshez - mondta Francis Nimmo, a kaliforniai egyetem bolygó tudósa, a Santa Cruz. De ez nem elég.
Ennek oka az, hogy nem feltétlenül állnak rendelkezésre mindazok a minták, amelyek belementek a bolygókba - előfordulhat, hogy egyes alkotóelemek hiányoznak vagy egyáltalán nem léteznek. Néhány meteorit valóban megfelelőnek tűnik a Föld számára, ám a tudósok nem tudnak olyan meteoritípusok kombinációját előállítani, amely teljes mértékben magyarázza a Föld kémiai összetételét. "Ez valamilyen kényelmetlen, mert azt jelenti, hogy nem igazán tudjuk, hogy a Föld hogyan lett összeállítva" - mondja Nimmo.
Elkins-Tanton azt reméli, hogy egy javasolt jövőbeli küldetés - a NASA felfedezési programjának öt döntõseinek egyike - segíthet. A projekt Elkins-Tanton vezetésével pilóta nélküli űrhajót küld a Psyche nevű objektum meglátogatására, amely a Mars és Jupiter között az aszteroida övben fekszik. A psziché nagyjából 150 mérföld széles, sűrűségének és felületi összetételének távoli megfigyelései alapján szilárd fémből készül. Ez hasonló lehet a Föld építőköveihez.
"Ez lehet egy test apró magja, amelyet a földi bolygókat alkotó régióban alakítottak ki, és sok más dolgot sújtottak el, és sziklás külsejét megfosztották" - mondja Elkins-Tanton. A NASA Dawn küldetésénél a tudósok megvizsgálták a Vesta aszteroida protoplanetot, amely valószínűleg a Föld közelében is kialakult, majd kirúgtak az aszteroida övbe. Azonban ez az egyedülálló lehetőség, hogy megnézze, mi fekszik az olyan tárgyak felszíne alatt, mint a Vesta, és amely izgatja Elkins-Tantont.
"A psziche az egyetlen test a Naprendszerben, amely lehetővé teszi számunkra, hogy közvetlenül megfigyeljük egy fémmagot" - mondja. „Ez lehet az egyetlen esélyünk, hogy megvizsgáljuk ezt a fajta összetevőt.” A többi Discovery döntőse mellett Elkins-Tanton és kollégái szeptemberben megtudják, hogy a küldetés megvalósul-e.
A bolygóképződés klasszikus modellje szerint, amikor a bolygók az elmúlt százszor több száz mérföldnyire elérték a psziché méretét, elkezdenek kannibalizálni szomszédaikat - mondja Kevin Walsh, a Colorado-i Boulder délnyugati kutatóintézetének bolygó tudósa. „A legnagyobbak nagyon gyorsan növekednek” - mondja a növekvő gravitációs befolyásuknak köszönhetően.
Ez a kiszabadulási folyamat a Naprendszerben levő testek számát talán száz hold- és Mars méretű bolygó embrióra, és kisebb törmelékek összetörtézésére növelte volna. Idővel ezek az embriók lassan egyesülnek, hogy bolygókká váljanak.
De bár ez a magyarázat jól működik a szárazföldi bolygók esetében, amire a geológiai bizonyítékok szerint a 30–100 millió év során képződtek, ez problémát jelent a gázipari óriások számára, mint például a Jupiter. A tudósok szerint ezeknek a testeknek a magjainak sokkal gyorsabban kellett növekedniük - elég gyorsan ahhoz, hogy megragadják masszív légkörüket a korai Naprendszerben lévő gázból, amely csupán néhány millió év alatt eloszlott.
Az elmúlt évtizedben a kutatók alternatív mechanizmust fejlesztettek ki a kavicsosodásnak nevezett bolygók növesztésére. Ez szokatlan eltérést mutat a hagyományos akkumulációs modelltől, amelyben az objektumok egyre nagyobb részecskékké alakulnak. Vagy amint azt Hal Levison, Walsh kollégája mondja: „A kavicsok sziklákat és a sziklák hegyeket készítenek - egészen felfelé.” A kavicsos akkreditáció viszont azt jósolja, hogy a tárgyak ökölméretű csomókból Plutonó méretű testekké növekednek. szinte azonnal, majd folytatja a tömeg növekedését - mondja Levison, aki segített a hipotézis kidolgozásában.
A folyamat nem sokkal a protoplanetáris korong kialakulása után kezdődött volna el, amikor a fiatal nap körül keringő por darabjai összecsaptak és összetapadtak, mint például a szinkronizált korcsolyázók, akik kezet fognak össze, miközben köröznek egy jégpályát. Végül az aerodinamikai és a gravitációs erők e kavicsok nagy csoportjait összehúzták volna, síkbeli szimbólumokat képezve. A síkminták ezután tovább hullámozták a fennmaradó kavicsokat körülöttük, gyorsan növekedtek, amíg bolygók képződtek.
Amellett, hogy foglalkozni kell azzal a kérdéssel, hogy a gázipari óriások milyen gyorsan növekedtek, a modell lehetőséget ad arra is, hogy legyőzzük a méter méretű akadályt, az úgynevezett méterméret-akadályt, amely a bolygó akkreditációjának modelleit sújtotta azóta, hogy először az 1970-es években vázolták fel. Arra a tényre utal, hogy ha a tárgyak átmérõje körülbelül három láb lesz, a környező gáz által keltett súrlódás a Nap felé fordulna. A kavicsosodás segít a kis részecskék megsérülésében a küszöb felett, és olyan nagyokká teszik őket, hogy magukkal tartsák.
A tudósok továbbra is megpróbálják megérteni, hogy ez a folyamat az egész Naprendszerben megtörtént-e, és vajon ugyanazon módon játsszák-e a belső és a külső bolygók. (Noha a gázipari óriások számára működik, a gyors növekedés későbbi szakaszai nem felelnek meg a földi bolygóképződésről ismereteknek). De a kutatók ebben az évben később találnak néhány nyomot, amikor a NASA Juno küldetése, amely a múlt hónapban sikeresen elérte a Jupitort, elkezdi információk gyűjtését a bolygó összetételéről és magjáról.
Walsh szerint annak kiderítése, hogy mennyi anyag fekszik a gáz óriás középpontjában, segít a kutatóknak a bolygó akkreditációjának különféle modelljeinek korlátozásában. Ha a Jupiternek van egy kis magja, akkor a klasszikus akkord elég gyorsan képes felépíteni; ha ez nagy, akkor ez azt is jelenti, hogy valami hasonlóra a kavicsosodás történt, mondja.
Jupiter és holdainak Io, Europa és Ganymede, ahogyan a Juno misszió fényképezte, nem sokkal azután, hogy az űrhajó belépett a gáz óriás körüli pályára. (NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS) A Jupiter kialakulásának megértése segít a kutatóknak megérteni a többi bolygó, többek között a Föld eredetét. Ennek oka az, hogy Jupitárt azzal vádolták, hogy beavatkozik a belső sziklás bolygók felépítésébe, legalábbis egy Walsh és mások által kifejlesztett új ötlet szerint, amely az utóbbi években vonzódott.
A Grand Tack modellként ismert hipotézis azt sugallja, hogy amint a Jupiter befejezte a formálást, az összes anyagát a nap körül megsemmisítette volna, és ténylegesen réselt a protoplanetáris korongban. A korong azonban még mindig rengeteg gázt és port tartalmazott, amelyek a nap felé nyomódtak, miközben a korong elsimult és kifeszült - mondja Walsh.
A Jupiter rése hatékonyan blokkolta az anyag áramlását, és a bolygó „beragadt az özönvízbe” - mondja Walsh. Körülbelül a Mars pályájára vándorolt, a sarkán álló Saturnnal. Ahogy a Saturn követte, elegendő anyagot vonzott a lemez újracsatlakoztatásához. Ez elengedte a nyomást, amely a Jupiterre nyomódott, és lehetővé tette, hogy mindkét bolygó visszatérjen egy-egy százezer év alatt. A modellt a más napenergia-rendszerek furcsán rendezett bolygóinak megfigyelései ihlette, amelyek szerint az ilyen vándorlások általánosak - mondja Walsh.
A Naprendszer többi részében ez olyasmi, mint egy bika pár egy kozmikus kínai üzletben. Walsh szerint a belső naprendszer törmelékei kiszabadultak volna, míg a külső rendszer rendetlenségei behúzódtak volna. A modell segít megmagyarázni a Mars ütésméretét, valamint a ma az asteroid övben található testek számát és sokféleségét.
Lehetséges magyarázatot ad arra is, hogy a földi bolygók miként kapják meg a vizet. A Grand Tack szerint a gázbolygó vándorlása a földi bolygók még kialakulásakor zajlik, és vízben gazdag anyagot dobhatott volna a külső Naprendszerből a keverékbe. Walsh és sok más tudós szerint a széntartalmú aszteroidák, amelyek esetleg a Jupiter fölött képződtek, voltak a fő járművek a Föld vízszállításához.
Ezen a szeptemberben a NASA küldetést indít egy ilyen Bennu nevű aszteroida meglátogatására. Walsh az OSIRIS-REx elnevezésű projekt egyik kutatója, amely távolról megvizsgálja a testet, mielőtt megragad egy mintát, hogy visszatérjen a Földre. A Hayabusa 2 elnevezésű japán űrügynökség hasonló küldetése van egy újabb széntartalmú aszteroida mintavételére 2018-ban.
A tudósok azt remélik, hogy többet megtudnak arról, hogy honnan származnak ezek az aszteroidák, és hogy valóban a széntartalmú chondritoknak nevezett meteoritok osztályának forrása. Azt is remélik, hogy egy tiszta minta - és nem a meteorit fragmentum - tanulmányozása segít kideríteni, hogy ezek a tárgyak nemcsak vizet szállítottak-e a Földre, hanem azokat a szerves vegyületeket is, amelyek az élet előfutáraiként szolgáltak.
Amint az OSIRIS-REx visszatér a Földre, útvonalakat léphet át Lucy-val, egy másik javasolt küldetéssel, amely a Pszichéhez hasonlóan a Discovery program döntőse. Levison vezetésével Lucy célja, hogy feltárja az utolsó jelentős rázkódást, amely rázta meg a naprendszerünket - egy bolygó-tangót, amely körülbelül 500 millió évvel a Grand Tack után kezdődött. A Levison és mások hipotézise szerint Plútó olyan instabilitást váltott ki, amely miatt Neptunusz az Uránuszon kívül ugrott fel, a külső gáz óriások pedig a Naptól elvándoroltak jelenlegi helyzetükbe.
Ez a zavartság, a Nizza modell néven azt jelentette, hogy a törmelék esője belsejébe kerül a belső Naprendszerbe, és ez valószínűleg megmagyarázza a késői nehéz bombázásnak nevezett időszakban kialakult ütések csoportját. A szárazföldi bolygók, mint például a Föld, többnyire ezen a ponton alakultak, tehát az esemény nem befolyásolta jelentősen összetételüket. De valószínűleg egy gömbgömböt dobott a tudósokhoz, akik megpróbálták megérteni, hogyan fejlődött a Naprendszer. A zavar valószínűleg olyan tárgyakat vetett be a belső Naprendszerbe, amelyeknek nem volt összekapcsolódása a földi bolygók nagy részét alkotó anyagokkal - mondja Walsh.
Lucy segíthet a tudósoknak kitalálni, mi történt valójában, és lehetővé teheti számukra, hogy bontsa ki azt, ami hol keveredik. Ezt úgy érheti el, hogy megvizsgálja a Jupiter pályájára rögzített aszteroidák egy csoportját. Ezek a tárgyak, a Jovi-trójaiak néven testek keveréke, amelyek a külső Naprendszer egészében kialakultak, majd összevonultak a migráció során.
A 2020-as évek közepén, amikor a misszió eléri őket, a trójaiak az űrhajóknak csak a megfelelő konfigurációjában lesznek orientálva, hogy hat testből nagyszerű turnét készítsenek. "Egész karrierem alatt imádtam a mennyei mechanika isteneit" - mondja Levison, a bolygódinamikus. "Úgy döntöttek, hogy fizetnek nekem, mert a bolygók szó szerint igazodnak egymáshoz."
Levison szerint a trójaiak közelről történő tanulmányozása világosabb képet ad a kutatókról arról, hogy a Nizza modell keveredése hogyan történt, és a kavics felszaporodásának vizsgálatát is nyújthatja. A hipotézis azt jósolja, hogy bármi, ami körülbelül 60 mérföldet meghalad, valójában egy nagyobb test töredéke. Ez egy előrejelzés, amelyet Lucynek képesnek kell lennie tesztelni.
A művész benyomása a Vénusz felületéről, ahol a hőmérséklet balzsamos, 870 fok Fahrenheit. (ESA / AOES Medialab) Ezek a missziók együttesen úgy tűnnek, hogy tovább tudják megismerni a Föld eredetét, valószínűleg olyan módon, ahogyan a kutatók még nem is tudják elképzelni. Végül is, ha egy robusztus képet akarunk készíteni a bolygóképződésről, sokféle forrásból származó adatokat kell összevonni - mondta David Stevenson, a Caltech bolygótudósa.
Még hosszú utat kell megtennünk, mielőtt megértjük, mi teszi a Földet és a Vénust olyan különbségbe. "Szinte zavarba ejtő, hogy itt vagyunk, a Földön ülve, és eljutott hozzánk ez a legközelebbi nagy bolygó, amire oly tudatlanok vagyunk" - mondja Stevenson. "Annyira tudatlanok vagyunk, hogy rohadt forró!"
Valójában a Vénusz felületének pokolias körülményei befolyásolták a bolygó részletes részleteinek tanulmányozására tett erőfeszítéseket. Az 1960-as és 80-as évek között Oroszországnak sikerült egy sor űrhajót partra szállítani a felszínen. Csak néhány órát maradtak fenn, és rövid adathalmazokat továbbítottak, mielőtt a hővel megbuktak volna. Ezek és más küldetések, mint például a NASA úttörője és Magellan, akik távolról tanulmányozták a bolygót, bepillantást nyújtottak a bolygó működéséhez.
Tudjuk például, hogy a Vénusz intenzív üvegházhatású légkört szinte teljes egészében szén-dioxidból készít, és úgy tűnik, hogy a felszíni víz nagy részét elvesztette. Lehet, hogy ez megakadályozza a lemeztektonika megjelenését ott - úgy gondolják, hogy a víz megzsírosítja a szubdukciós lemezek kerekeit. Ez megmagyarázhatja azt is, hogy miért hiányzik a Vénuszon a geomágneses mező, amelyet sok tudós az élet szükségességének tart, mert ez megóvja a bolygót a napsugár szélétől. A geomágneses tereket egy test magjában a konvekció hozza létre, mondja Nimmo, és a köpenykeringetésre - gyakran a lemeztektonikához kötve - támaszkodnak a hő elszállítására.
Amit a tudósok mindennél jobban akarnak, a Vénusz felszíni kőzeteinek mintáit mutatják, de ez továbbra is távoli cél. A belátható jövőben a kutatóknak távoli megfigyelésekkel kell majd egyezniük, mint például a jelenlegi japán misszióból származó megfigyelések. Idén elején az Akatsuki űrhajó végül megkezdett adatok továbbítását a Vénusz körüli pályáról, miután a nap körül nem tervezett ötéves körút.
Ezen felül a NASA további két saját Vénusz-központú küldetést fontolgat, amelyek szintén a Discovery döntősei. Az egyik, VERITAS nevű projekt Smrekar vezetésével zajlik egy olyan keringő, amely képes a bolygó geológiájának nagyfelbontású tanulmányozására. A második javasolt küldetés, amelyet Lori Glaze vezet a Goddard Űrközpontból, a Vénusz egyedi légkörét elemzi egy DAVINCI nevű szondával.
A remény az, hogy ezek az erőfeszítések feltárják, hogy a Vénusz miért alakult úgy, ahogy alakult, és ezáltal mi különbözteti meg a Földet. Jelenleg sok kutató szerint a Föld és a Vénusz valószínűleg nagyjából ugyanazon anyagból alakult, majd az idő múlásával több tényezőnek köszönhetően. Ide tartoznak a különféle napközelségük és az a tény, hogy a Föld története viszonylag későn jelentősen ütközött - a holdot formáló hatás -, amely a bolygó nagy részét újraolvadt volna, és potenciálisan megváltoztatta annak dinamikáját.
De amíg nem tudunk többet arról, hogy a naprendszerünkben a bolygók miként alakultak és milyen folyamatok alakították ki evolúciójukat, addig nem tudjuk, mi különbözteti meg a vendégszerető bolygót a kopár planétától - mondja Walsh. "Van olyan távcsövek az űrben, amelyek más csillagok körül Föld méretű bolygót vadásznak, de fogalmunk sincs, ha egy bolygó Vénuszrá vagy Földré válik" - mondja. "És ez valamilyen szinten az egész labdajáték."
