Planéták gyémántsziklákkal, gyémántolvadékkal

Vizes, jeges világok a kőzetbolygók és a gázóriások között

A kőzetbolygók legnagyobbjai, a bolygónknál maximum kétszer nagyobb átmérőjű szuperföldek és a Jupiterhez, illetve a Szaturnuszhoz hasonló, a planétánk átmérőjének a tízszeresét meghaladó méretű gázóriások között két égitestcsoport található. A kisebbekre, az ún. szubneptunuszokra – melyek átmérője legfeljebb négyszer akkora, mint a Földé – csak idegen bolygórendszerekben bukkantak rá, a nagyobbakra, a vizes, jeges óriásbolygókra viszont saját Naprendszerünkben is vannak példák: az Uránusz és a Neptunusz.

A kékeszölden ragyogó Uránusz, bolygórendszerünk harmadik legnagyobb átmérőjű és negyedik legnagyobb tömegű égiteste egy hihetetlen világ. Tengelyferdesége 98 fokos, így tengelye szinte be­lesimul a pályasíkjába, s a bolygó a „hasán gurulva” rója pályája kilométereit, miközben visszafelé pörög a tengelye körül, retrográd mozgást végezve, ami miatt itt nyugaton kel, és keleten nyugszik a Nap. Halvány, vékony gyűrűrendszerének, illetve eddig felfedezett 27 holdjának a pályasíkja pedig csaknem merőleges a planéta pályasíkjára. De miért dőlt a „hasára” az Uránusz? A nizzai Observatoire de la Cote d’Azur Alessandro Morbidelli által vezetett nemzetközi kutatócsapata számítógépes szimulációk révén kiderítette: az Uránusz forgástengelyét a Naprendszer kialakulásakor legalább két kisebb kozmikus ütközés billentette ki, amikor még a protoplanetáris korong egy része is körülötte keringett, mely a karambolok után újrarendeződött, szimmetriasíkja végül egybeesett a planéta új egyenlítőjének a síkjával, így a belőle kialakult holdak is felvették a fent ismertetett pályasíkjukat. De visszatérve magához a bolygóhoz: Nap körüli keringése során az év nagy részében az északi vagy a déli pólus néz központi csillagunk felé, ezért a sarkvidékek nagyobb besugárzást kapnak, mint az Egyenlítőhöz közelebb eső területek, amiből az következne, hogy a sarkvidékeken magasabb hőmérsékletnek kellene uralkodnia, mint az Egyenlítőnél. Ám ennek ellenére mégis az Egyenlítő vidéke a melegebb, melynek miértje még válaszra vár.

Az Uránusz magnetoszférája is különös. Mágneses tengelye 60 fokos szöget zár be a forgástengellyel, ami miatt a napszél hullámfrontja a bolygó mögé fújja, összecsavarja és spirál alakba rendezi a mágneses erővonalakat. Ráadásul az északi félteke fölött erősebb a mágneses tér, mint a déli fölött, melynek okára ez idáig nem derült fény.

A vastag légkör 83 százaléka hidrogénből, 15 százaléka héliumból, 2 százaléka pedig metánból áll. Benne a szélességi körök mentén éppúgy felhők mozognak, mint a Jupiter atmoszférájában, a hatalmas tengelyferdeség miatt pedig szélsőséges időjárás uralkodik a bolygón, s bár a csillagászok még csak kevés vihart figyeltek meg, ám egyesek az 1 000 km/h-s sebességet is elérik. A légkör alatt pedig metánjéggel és ammóniával keveredett vízből álló köpeny található. Emellett a víz oldott magnéziumot is tartalmaz, és merőben más szerkezetű lehet, mint a Földön. A számítások szerint a hatalmas légkör miatti magas nyomás és hőmérséklet miatt egyszerre rendelkezik szilárd, illetve folyékony anyagokra jellemző tulajdonságokkal. A molekulák közötti kötések felszakadtak, az oxigén­atomok rácsba rendeződtek, megosztva elektronjaikat, miközben közöttük folyadékként áramlanak a hidrogénionok (a hidrogénion az elektronjától megfosztott, protonból álló hidrogénatommag). Míg a köpeny alsó részén, a viszonylag kicsiny, jégből és kőzetekből álló mag fölött – a még magasabb nyomás- és hőmérsékleti viszonyok mellett – hidrogén-, oxigén-, nitrogén- és szénatomok keveréke található, a szén pedig gyémánttá alakult át, melynek egy része a különleges körülmények közepette megolvadt, más része viszont szilárd, így itt sűrűbb gyémántolvadékban úsznak a kevésbé sűrű gyémántsziklák.

Naprendszerünk negyedik legnagyobb átmérőjű és harmadik legnagyobb tömegű, az Uránusznál sűrűbb, nehezebb bolygója, a kéken tündöklő Neptunusz is hasonló belső szerkezettel rendelkezik, csak köpenye vizében kevesebb oldott magnézium található, viszonylag kicsiny magja pedig vasból, nikkelből és szilikátokból tevődik össze. 80 százalékban hidrogénből, 19 százalékban héliumból és 1 százalékban metánból álló légköre viszont összetettebb, mint az Uránuszé. A magasságtól függően különböző összetételű felhők úsznak benne: a legfelsőket fagyott metán, az alatta lévőket ammónia és hidrogén-szulfid, a mélyben lévőket pedig ammónia, ammónium-szulfid, hidrogén-szulfid és vízpára alkotja. Nagy magasságban szénhidrogénekből álló ködréteg is található, mely összetételében hasonló, mint a városi szmog, csak sokkal ritkább, mint amilyen az Uránusz atmoszférájában van. Légköre igen gyorsan változik. A Voyager–2 űrszonda 1986-ban a déli félteke fölött lefényképezte a Föld méretű Nagy Sötét Foltot (légörvényt), egy kisebb fehér felhőt, míg délebbre egy kis sötét foltot. Az amerikai Hubble-űrtávcső nyolc évvel később készített felvételeinek tanúsága szerint viszont eddigre eltűnt a Nagy Sötét Folt. Pár hónap múlva azonban már egy újabb sötét foltot fedeztek fel, ezúttal az északi félteke fölött, s megjegyzendő, hogy itt fújnak a Naprendszer leghorribilisabb erejű szelei, gyakoriak a 2 000 km/h sebességgel száguldó viharok.

Az Uránuszhoz és a Neptunuszhoz hasonló vizes, jeges óriásbolygóknál kisebb szubneptunuszokra már több idegen bolygórendszerben is rábukkantak, például a NASA TESS űrtávcsöve a közelmúltban – egy szuperföld mellett – két szubneptunuszt is felfedezett egy 73 fényévre lévő vörös törpecsillag körül. A számítógépes szimulációk során a kutatók – köztük Li Zeng, az amerikai Massachusetts államban működő Cambridge-i Harvard Egyetem tudósa – úgy találták, hogy ezek az égitestek vízi világok, melyek igen gyakoriak a Világegyetemben. Ki tudja, milyen meglepetéseket tartogatnak az űrkutatók számára?   

Lajos Mihály