I. A Földön kívüli élet kutatásának összetettsége

A tudomány fejlődése nagyon sokszor eltér az egyszerű lineáris útvonaltól: bizonyos korokban zseniális gondolkodók messze megelőzhetik kortársaikat, míg később elismert tudósok is követhetnek meglepően idejétmúlt gondolatokat. Az alábbi két idézet nagyon szépen példázza ezt az exobolygók kapcsán. Giordano Bruno a 16. század végén kristálytisztán értette a más csillagok körüli bolygók kimutatásának nehézségeit, mellesleg forradalmian újszerű gondolatokat fogalmazott meg a csillagokról mint távoli Napokról, és nem kételkedett a körülöttük keringő bolygóvilágokban. Ezzel szemben James Jeans, a 20. sz. elejének vezető asztrofizikusa a bolygókeletkezésről értekezve mai szemmel szinte nevetségesen téves érveket használt.

Elpino: Van tehát számtalan nap, végtelen sok föld, amelyek éppúgy ama napok körül keringenek, mint ahogy ezt a hét bolygót látjuk a hozzánk legközelebbi nap körül keringeni. Filoteo: Úgy van. Elpino: De miért nem látunk más fényvilágok körül, amelyek a napok, más fényvilágokat – földeket – keringeni? Miért van az, hogy az említetteken kívül nem veszünk észre semmiféle mozgást, hanem a többi világtest (kivéve az úgynevezett üstökösöket) mindig ugyanabban az elrendezésben és távolságban mutatkozik? Filoteo: Azért, mert mi csak azokat a napokat látjuk, amelyek nagyobb, sőt legnagyobb testek, de nem látjuk a földeket, mert ezek, sokkal kisebb testek lévén, láthatatlanok számunkra...”                  (Giordano Bruno: A végtelenről, a világegyetemről és a világokról, 1584, fordította Szemere Samu.) Már pedig legjobb tudomásunk szerint a bolygók nagyon ritka égitestek. Láttuk, hogy egyetlen csillag magától nem tud bolygókat létrehozni. Egy bolygócsaládnak két szülőjének kell lennie; csak két csillag egymásközti szoros megközelítésének eredményeképpen jöhet létre és a csillagok olyan ritkán vannak elszórva a térben, hogy elképzelhetetlenül ritka eset az, ha valamelyikük szomszédja közelében halad el.                    (James Jeans: A Világegyetem, 1933, fordította Dr. Perczel György.)

A Földön kívüli élet kutatásának összetettségét nagyon jól érzékeltethetjük az ún. asztrobiológiai mátrixszal, ami a természettudományok modern szintéziseként mutatja be a kapcsolódó kérdések tudományterületeit.

  A biológia, kémia és fizika együttes alkalmazása olyan kérdések vizsgálatát teszi lehetővé, mint például a bolygók összeállása, kémiai átalakulása, a felszín és a légkör fejlődése vagy a bioszféra visszahatása az anyagkörforgásra és az éghajlatra. Asztrofizikus szemmel a csillagközi anyag kémiájától kezdve az ősnap aktivitásáig és az exobolygókig rengeteg kérdés fölmerül az élettel kapcsolatban, ugyanakkor az ökoszisztémák felépülésének lehetősége a sejtektől a bonyolult életformákig óhatatlanul felveti azt a kérdést is, hogy vajon az adott élethelyszín mennyire stabil, meddig alkalmas "kitartani" a kialakult létformákat – ehhez pedig sok választ csak a csillagászat, fizika, kémia és biológia együttes alkalmazása adhat meg.

A csillagászatnak az asztrobiológiához való jelenlegi legfontosabb hozzájárulása a lehetséges élőhelyek felkutatása, legyenek azok akár a mi Naprendszerünkben, akár más csillagok körül. A csillagokat elválasztó óriási távolságok miatt kizárólag a legérzékenyebb óriástávcsövekkel és űrteleszkópokkal lehet esélyünk az élet jeleit kimutatni, ám ettől még évekre vagyunk, s pillanatnyilag a kutatások fókuszában a bolygórendszerek feltérképezése áll. A más csillagok körül keringő bolygók, másképpen extraszoláris bolygók vagy exobolygók az elmúlt másfél évtizedben robbanásszerű fejlődést generáltak mind az elméleti, mind a csillagászati műszerfejlesztési kutatásokban, ezért az asztrobiológia igazi távlatai is más csillagok körül tárulnak fel.

Az előadás három nagyobb témán ível át. Elsőként Földünk szűkebb kozmikus környezetét, a Naprendszert tekintjük át a lehetséges élőhelyek szempontjából. Utána elhagyjuk bolygórendszerünket, s kilépve a csillagok világába megnézzük, miért is olyan érdekesek a más csillagok körül keringő bolygók, azaz az exobolygók. A gondolati ív végén eleresztjük kicsit a fantáziánkat, és néhány megjegyzést teszünk az emberiség jövőjéről a világűrben. Utóbbi témában elrugaszkodunk a hétköznapi űrkutatástól, és inkább távlati víziót próbálunk felvázolni.

II. Lehetséges élőhelyek a Naprendszerben

II. 1. A Hold

A Föld bolygót elhagyva legközelebbi szomszédunk égi kísérőnk, a Hold. Ez az egyetlen olyan Földön kívüli égitest, melynek a felszínén már járt ember is, a földi életre gyakorolt hatásai pedig megkérdőjelezhetetlenek, így néhány szót érdemes Holdunkra szánni. 

Minthogy az alig 3400 km átmérőjű égitestnek elhanyagolható légköre van, a havi ciklusokban váltakozóan pokolian forró és halálosan jéghideg felszíne teljesen alkalmatlan (szinte) bármilyen életforma számára. Emiatt az elmúlt évtizedekben inkább az volt a fontos kérdés, hogy milyenek a holdi vízkészletek, amelyekre alapozva az emberiség tartósabban is megvethetné a lábát a Hold felszínén. Az Apollo-program közel négy évtizede véget ért, s egészen a legutóbbi évekig úgy tűnt, hogy a holdlakók bukdácsolását még nagyon sokáig csak régi felvételek fogják illusztrálni.   ^|1}|  

Ma már kicsit optimistábbak vagyunk, az elmúlt néhány évben az ázsiai űrverseny kialakulása (Kína, Japán és India részvételével) előrevetíti, hogy akár már a következő évtizedben újra emberek járhatnak a Holdon. Természetesen fenntartható humán jelenléthez óhatatlanul meg kell találni a gazdasági racionalitást is, ezzel kapcsolatban viszont kevés konkrétumot lehet ma még mondani. Holdunkon az ebből a szempontból legérdekesebb területek a poláris vidékek, ahol egyes kráterekbe soha nem süt be a Nap, így bennük elvileg jelentősebb mennyiségben megmaradhatnak üstökösmagok becsapódásaiból származó jégkészletek. Elvileg nem kizárt, hogy egy leendő holdbázis a Hold északi vagy déli pólusához telepedhet, de ehhez az ideális helyszínt még nem sikerült azonosítani.

II. 2. A Mars

A kulcskérdés azonban már elhangzott: hol van a víz? A naprendszeri élőhelyek kutatásait is ez vezérli, s bolygótestvérünk, a Mars vizsgálataiban is ez a kérdés játszik döntő szerepet. Mindezt az indokolja, hogy jelenleg az asztrobiológusok a földihez hasonló életformák után kutatnak, márpedig legjobb tudásunk szerint a víz nélkülözhetetlen összetevő az élet kialakulásában és fennmaradásában.

Persze a Mars csak főbb vonalaiban testvérünk, valójában sokkal kisebb, mint a Föld, fagyott felszínét pedig sokkal ritkább széndioxid légkör fedi. További hátrány, hogy globális mágneses tere sincs, azaz a nagyenergiájú kozmikus részecskék akadálytalanul bombázhatják a vörös bolygó felszínét. Ettől függetlenül a naprendszeri kőzetbolygók közül a Mars körülményei állnak legközelebb a földiekhez, így a lehetséges élet utáni kereséshez kézenfekvő célpont.

Ráadásul ma úgy gondoljuk, hogy az ősi Mars még közelebb állhatott a mai Föld viszonyaihoz: egykoron hatalmas óceán nyaldosta a marsi tengerpartot, hatalmas vízkészlete és sokkal sűrűbb légköre lehetett.   ^|2}|

A vízzel feltöltött tavakból folyamok indultak ki, melyek eróziós lenyomatait mindmáig megtaláljuk a keringő marsszondák egyre részletdúsabb felvételein.

 A 4. ábrán látható, hogy az ősi, néhány milliárd évvel ezelőtti Marson tavak hullámzottak (forrás: Scientific Visualization Studio, NASA)

Mára, elsősorban a gyengébb gravitáció miatt, a légkör nagy része elszökött, a vízkészlet maradványa pedig kifagyott és visszahúzódott a felszín alá, ott alkot egy kiterjedt krioszférát. 3. videón látható, hogy a víz mára eltűnt a Mars felszínéről (forrás: NASA).   ^|3}|

A legutóbbi években derült ki, hogy ez a jeges burok nincs is annyira mélyen a felszín alatt: a Marson ma is megjelennek friss sárfolyásokra emlékeztető felszínformák. Ezek arra utalnak, hogy a felszínt borító kőtakaró alatt gyakorlatilag centiméterekre már elkezdődik a vízjégben gazdag krioszféra, ami egy-egy nagyobb marscsuszamlás esetén a felszínre kerülhet, s a hirtelen megolvadás kiválthatja a sárfolyásokat.

Az 5. ábrán sárfolyások láthatók a Mars felszínén (forrás: NASA).

A felszínen üledékes kőzetrétegek árulkodnak a viszonylag nem túlzottan múltbéli nedves Marsról, ami felveti azt a lehetőséget is, hogy ha valaha volt élet a vörös bolygón, annak egyszerű képviselői akár ma is ott lehetnek kisebb enklávékba visszahúzódva. Hogyan lehetne erről meggyőződni?

A 6. ábrán rétegsor látható a Marson (forrás: NASA).

A marskutatás szerencséje, hogy a Föld és a Mars közötti távolság néhány hónapos utazással áthidalható az űrtechnika számára, így bolygótársunk felszínét évtizedek óta bolygószondák hada vizsgálhatja. A Mars körül keringő egységek mellett nagy számban szálltak le felszíni méréseket végző szondák is, melyek között találunk már egész komoly munkát végző automata marsjárókat, mint az évek óta megbízhatóan működő Spirit és Opportunity rovereket.

A következő nagy áttörést egy új marsjárótól várjuk, a vörös bolygón a tervek szerint 2012 augusztusában landoló Mars Science Laboratorytól, ami több szempontból is technikai újdonságok hadát fogja felvonultatni.

Bár senki nem fogalmazza meg az MSL legfőbb céljaként a jelenlegi marsi élet felfedezését, ez az űreszköz lesz a mindeddig legjobban felkészített mobil bolygólaboratórium a marskutatás történetében. Fantasztikus eredményeket várhatunk 2012 második felében!   ^|4}|

II. 3. Az óriásbolygók holdjai

Folytatva az utazást Naprendszerünkben, továbblépve a Jupiterhez és holdrendszeréhez jutunk el. Bolygórendszerünk királya maga is egy kisebb "naprendszer" központi égitestje, mely körül a négy nagyobb Galilei-féle hold (Io, Europa, Ganymedes és Callisto) mellett kisebb jeges égitestek tucatjai keringenek.

Ebben a távolságban Napunk már kb. 30-szor halványabb, mint Földünk felszínén, így a jeges felszínű jupiterholdak formálisan az örök fagy birodalmába tartoznak.

Közülük asztrobiológiai potenciáljai miatt az Europa emelkedik ki: a hatalmas fagyott jéggolyóra emlékeztető hold kérge repedezett jégtáblákra emlékeztet, s többek között ez is arra utal, hogy a néhány 10, esetleg 100 km vastag jégréteg alatt folyékony vízóceán található. Néhol egészen elvékonyodik a jégréteg, s nem lehetetlen, hogy majdnem felszakad az óceánt fedő burok.

Érdemes megjegyezni, hogy az ősi Naprendszerben a Jupiter erős saját hősugárzás forrása volt, szinte mini-Napként besugározta a holdrendszerét, azaz kialakulása után az Europa jó ideig egy óceánbolygóra hasonlíthatott, ami később kifagyott a központi Jupiter lehűlése okán.

Pontosan ennek a múltnak köszönhető, hogy léteznek konkrét tervek az Europa jégpáncélja alatti világ űrszondás felderítésére. Elképzelhető, hogy a jelenleg a Jupiter árapály-fűtése által fenntartott hőmérsékleteken kialakulhatott vagy fennmaradhatott valamilyen egyszerűbb élet, amit a Jupiter körül keringő bolygószondákkal reménytelen lenne kimutatni. Helyszíni mérésekhez le kellene fúrni a jégpáncél alá, majd ott egy speciális tengeralattjáróval vizsgálatokat végezni; de kevesen hisznek abban, hogy ezek az ambíciózius tervek tényleg megvalósulhatnak a következő évtizedben.

Továbbhaladva a Naptól növekvő távolság irányában a gyűrűs bolygóhoz, a Szaturnuszhoz és legnagyobb holdjához, a Titánhoz jutunk. Utóbbi égitest nagyobb a Merkúr bolygónál is, sűrű légkörének becsült össztömege pedig olyan nagy, hogy az atmoszféra anyaga bármely belső kőzetbolygó számára is elegendő lenne.

Ebben a távolságban természetesen az örök fagy uralkodik a Titán szénhidrogénekben gazdag légköre által elfedett felszínen.

Az asztrobiológia szemüvegén keresztül nézve ezt a világot, két tényezőt kell kiemelnünk: egyrészt a felszínen és a légkörben kimutatott, meglepően komplex szénhidrogén-molekulák az élet alapépítőköveinek tekinthetők, így elképzelhető, hogy valamilyen alacsony szintű életformák akár ki is alakulhattak. Másrészt úgy gondoljuk, hogy a Titán légkörének összetétele nagymértékben hasonlít a prebiotikus Földére, azaz bolygónk azon korai szakaszának atmoszférájára, amikor még nem alakult ki élet az ősóceánban. Azaz a felszíni viszonyok részletes megismerésével egyfajta időutazásban lehet részünk. Persze az analógia nem tökéletes, hiszen a Szaturnusz távolságában a Napból érkező besugárzás alig századrésze a Földet érőnek.

A Titánról, anyabolygójáról és holdtestvéreiről az évek óta körülöttük keringő Cassini szonda szolgáltatott páratlan részletességű adatokat. A Cassinival történelmi látogató is érkezett a távoli rendszerbe: a Huygens leszálló egység, amely a légkörön keresztül leérkezett a Titánra, majd jó másfél órán keresztül képeket készített, méréseket végzett. A sikeres leszállás már csak azért is történelmi eredmény volt, mert az Apollo-program óta először szállt le ember által készített eszköz egy másik bolygó holdján.

Az elénk táruló látvány vízjégből álló sziklasivatag, amelyet folyékony szénhidrogén-tavak színesítenek, különösen a Titán pólusvidékeinek környezetében. Páratlan bolygókísérő, a Naprendszer sok szempontból legkülönlegesebb égitestje!

II. 4. Kis égitestek

A Naprendszer pereme felé közeledve jutunk a parányi jeges égitestek, az idő legnagyobb részében kifagyott, inaktív üstökösmagok közé.

Ezek az elnyúlt pályán mozgó, általában alig néhány kilométeres átmérőjű vándorok pályájuk Naphoz közeli szakaszán erőteljes kigázosodást, majd felerősödő anyagvesztést élnek át, s ilyenkor növesztik az akár százmillió kilométeresre is megnyúló csóvájukat.

A ledobott anyagfelhőben egyszerűbb szerves molekulákat is lehet azonosítani, ami indokolja az asztrobiológiai potenciálok feltételezését. Másrészt a Jupiter gravitációs tere által hiperbolikus pályára állított, így Naprendszerünket örökre elhagyó üstökösök jelzik, hogy ezek a parányi testek igazi csillagközi vándorok is lehetnek, ami az ún. pánspermia-elmélet egyik fontos összetevője. Az elképzelés szerint az élet spóráit üstökösmagok szállíthatják a csillagok között, s a több millió éves utazások révén a primitív élet "megfertőzheti" a bolygórendszereket. Természetesen ez jelenleg csak egy a sok hipotézis közül, ám nem elhanyagolható tény, hogy legalább természetes szállító mechanizmus létezik.

Laboratóriumi tudósok számára kiváló lehetőséget adnak a kozmikus anyagvizsgálatokra a Földünk felszínét elérő meteoritok. A látványos óriáskráterek mellett a kozmikus kődarabok nagyon jó lelőhelye az Antarktisz jege: a kontinens több ezer méter vastag jégpáncéllal fedett felszínén minden kődarabnak az űrből kellett érkeznie. Az ALH 84001 jelzésű kődarab különösen nagy visszhangot váltott ki az 1990-es évek végén: a kémiai összetétele alapján marsi eredetűként beazonosított meteoritkő elektronmikroszkópos vizsgálatai olyan alakzatokat mutattak ki, melyeket egyesek mikroszkopikus életformák megkövesedett maradványaiként értelmeztek.

A méretek nem igazán felelnek meg a DNS-en alapuló életformák minimális követelményeinek, ugyanis a sejtmaradványokként is értelmezhető alakzatok túl kicsik földi típusú élet képviselőinek. A képek pontos értelmezése mindmáig sok szakmai vitát vált ki, mindeddig nincs egyértelmű bizonyíték a "marsbacik" léte mellett, vagy éppen ellen.

Az asztrobiológia földi ága az ún. extremofilek vizsgálatával foglalkozik. A szélsőséges körülmények között megélő létformák kutatásával arról kaphatunk képet, hogy van-e valódi esély például az élet bolygóközi, vagy akár csillagközi vándorlására. Másrészt a korábban az élet számára alkalmatlannak tekintett égitestekről is kiderülhet, hogy mégiscsak alkalmasak lehetnek, ha egyszer léteznek olyan élőlények, melyek akár az űr hidegét megközelítő körülmények között is elvegetálnak. Földünkről két példát említek meg, egyrészt a mélytengeri füstölgőket, ahol a feltörő geotermikus hőt kihasználva egész gazdag populációk megélnek.

A skála másik végén az antarktiszi szárazvölgyeket találjuk, ahol a marsi körülményeket egészen megközelítő viszonyok mellett hidegtűrő mikroszkopikus létformákat találtak. Érdekes belegondolni, hogy maga a Föld is jó terepet ad asztrobiológiai vizsgálatokra!

III. Exobolygók

Kilépve a csillagok világába jutunk el előadásunk második nagyobb témájához, az exobolygók kutatásához és a más bolygórendszerekben gyanítható asztrobiológiai potenciálokhoz. Túlzás nélkül állíthatjuk, hogy az elmúlt másfél évtized legnagyobb sikertörténete a más csillagok körül keringő bolygók, azaz az exobolygók kutatása. A legelső, Naphoz hasonló csillag körül kimutatott bolygókísérő 1995-ös felfedezése teljesen felforgatta az új csillagászati műszerfejlesztések céljait, s mára elérhető közelségbe kerültek olyan finom vizsgálatok is, mint például az exobolygók légkörének mérésekkel történő tanulmányozása vagy a bolygó-bolygó kölcsönhatások detektálása távoli naprendszerekben. Február elején jártunk az 500. bolygós csillagnál, amit a Kepler űrtávcső legújabb eredményei azonnal megháromszoroztak. Hihetetlen fejlődésnek vagyunk szemtanúi, így jelen előadásban is éppen csak érinteni tudom a legérdekesebb asztrobiológiai vonatkozásokat.

Ami talán mindenki számára a legnagyobb meglepetés volt, az az exobolygók világának hihetetlen változatossága. Igaz ugyan, hogy legérzékenyebb műszereinkkel is alig-alig lehet a Naprendszerben található bolygókhoz hasonlókat kimutatni más csillagok körül, azaz a jelenlegi mintát eltorzítja egy nagyon erős kiválasztási effektus, mégis, senki nem számított arra, hogy 2-3 napos periódussal keringő forró Jupitereket vagy az ólomnál is nagyobb sűrűségű bolygótesteket találunk.

Ezeken a fantáziaképeken különlegesebb rendszereket látunk, mint például a szoros kettőscsillagok körül keringő bolygókról, vagy a csillagával folyamatos mágneses csatolásban álló forró Jupiterekről.

A bemutatott példák egyikére sem találunk analógiát a Naprendszerben, s ez egyben fel is hívja a figyelmet egy fontos elvi problémára: mindaddig, míg a Naprendszer volt az egyetlen ismert bolygórendszer, addig a bolygókeletkezési elméleteket kényszerűen erre az egy példára illesztettük. Azaz elképzelhető, hogy olyan modelleket is elvetettünk, melyek "kijöttek" egy elméletből, de nem feleltek meg a naprendszeri konfigurációnak. Márpedig a bolygókeletkezés és -fejlődés elméletei addig nem tekinthetők teljesnek, amíg vissza nem adják az exobolygók tapasztalati úton kimutatott változatosságát.

III. 1. Az exobolygók észlelése

Az exobolygókról beszélve nem kerülhetjük meg annak a kicsit részletesebb tárgyalását, hogy egyáltalán hogyan lehet kimutatni egy másik csillag bolygóit. Ennek megértése azért is fontos, mert így kaphatunk képet arról, miért annyira különbözőek a jelenleg ismert exobolygók a naprendszeri égitestektől.

Elsőként a csillag látóirányú sebességében bekövetkező változásokat mérő radiálissebesség-módszer említhető, amelynek alapját a bolygó és a csillag kölcsönös mozgása teremti meg, hiszen mindkét égitest a közös tömegközéppont körül megy körbe egy keringés során.   ^|5}| A mozgások sebessége a tömegekkel fordítottan arányos, azaz amennyivel nagyobb tömegű egy csillag, annyival kisebb sebességgel mozog a tömegközéppont körül. A jelenleg legpontosabb technikával nagyjából a sétáló ember sebességének megfelelő mozgásokat lehet detektálni, amivel a Jupiterhez hasonló óriás gázbolygóktól kezdődően egészen a Földünknél 4-5-ször nagyobb tömegű, csillagukhoz közel keringő forró szuperföldeket is ki lehet mutatni. A Földhöz minden szempontból hasonló bolygókhoz további technológiai fejlesztésekre lesz szükség, mivel egy igazi exo-Föld már cm/s-os sebességmérési pontosságot igényel.

Az utóbbi néhány évben egyre sikeresebb a másik alaptechnika, a fedési exobolygók átvonulásait kimérő módszer. A mérés alapja a szerencse: ha a Földről éppen a pályasíkja felől nézünk rá egy exobolygóra, akkor az minden keringése során egyszer látszólag átvonul a központi csillaga előtt. Ilyenkor a sötét bolygókorong kitakarja a csillag felszínének egy részét, amit a csillag összfényességében bekövetkező piciny elhalványodásként vehetünk észre.   ^|6}|

Ebben az esetben a mérhető jelből a bolygó és a csillag átmérőjének arányára következtethetünk. Naprendszeri példákkal élve: a Jupiter durván tízszer kisebb átmérőjű, mint a Nap, azaz korongjának területe mindössze századrésze a Napénak. Egy több száz fényévre lévő hipotetikus megfigyelő így a Jupiter átvonulásait a Nap fényességében bekövetkező 1%-nyi csökkenésként érzékelheti minden 12 évben egyszer. A Föld még egy tízes osztóval kisebb, átmérője a Napétól kb. százszor kisebb. Ez azt jelenti, hogy a Föld korongjának felülete a napkorong alig tízezred része, tehát az évente egyszer bekövetkező, maximum 6,5 óráig tartó átvonulás 0,01% fényességcsökkenést okoz a szerencsés helyzetben lévő megfigyelők számára. Egy csillag fényességének ilyen pontosságú méréséhez a világűrbe kell telepíteni a távcsövünket.

A Jupiterhez hasonló óriás fedési exobolygók felfedezésében élenjáró csoport a Bakos Gáspár (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Boston) által vezetett HAT-Net program, amelyben magyar profi és amatőr csillagászok egyaránt nagyon fontos szerepet játszanak, kezdve a kisméretű automata robottávcsövek kifejlesztésétől egészen a bolygófedések beazonosítását lehetővé tevő számítógépes eljárások kidolgozásáig.

III. 2. Az exobolygók szerkezete és színképe

Mint említettem, a ma ismert exobolygók nagyon eltérnek a Naprendszert benépesítő égitestektől. Ezt nagyon szépen illusztrálja, ha felrajzoljuk különböző objektumokra az átlagos sűrűséget a tömeg függvényében.

 Az ábrán jól látszik, hogy a középen található fedési exobolygók jórészt jelentősen nagyobb tömegűek még a Jupiternél is. Másrészt felismerhető egy feltűnő minimum a sűrűségben egy tömegtartományon belül: ezek a felpuffadt forró Jupiterek, melyek a parafánál is kisebb sűrűségű exobolygók, s csillaguktól alig néhány millió km-es távolságban keringenek. Várható, hogy a Kepler űrtávcső újabb felfedezéseivel benépesül a diagram kisebb tömegű oldala is, s új felismerésekre kerülhet sor a kirajzolódó eloszlások fényében.

Egy másik nagyon hasznos diagram a tömeg-sugár reláció. A 19. ábrán a tömeg-sugár relációt mutatjuk be.

Erre a diagramra ismét csak a fedési exobolygók kerülhetnek fel, mivel csak róluk áll rendelkezésre a tömeg (radiális sebességekből) és a sugár (a fedés mélységéből). Itt viszont a létező rendszerek mellé fölrajzoltunk különböző összetételű modelleket is, s jól látszik, hogy mennyire jól elkülönülnek a tisztán vasból, kőzetből, vízből és hidrogénből álló modellek. Valódi exobolygók helyzetéből azonnal következtetni tudunk a belső szerkezetre és összetételre, ami alapvető ismeret egy részletes bolygómodell felépítéséhez.

További érdekesség, amit csak a fedési exobolygókra lehet elmondani, a bolygólégkörök spektroszkópiai vizsgálatának lehetősége. Arról van szó, hogy egy fedési rendszerben egy-egy keringés során a bolygó eltűnik a központi csillag mögött. Ilyenkor nagyon nagy pontossággal felvehetjük a csillag színképét. Közvetlenül a bolygó eltűnése előtt és után viszont eljut műszerünkbe az exobolygó nappali oldaláról visszavert csillagfény is. Ennek a spektruma előállítható a bolygó nélküli csillagszínképet levonva, és a spektrumban tanulmányozható a bolygólégkörben keletkező elnyelés. Az elvi lehetőségek szinte korlátlanok, akár biomarkerekben, akár technomarkerekben gondolkozunk: egy fél bolygófelszínt beterítő exonövényzet elvben ugyanúgy kimutatható, mint az éjszakai oldalt megvilágító technikai civilizáció fényszennyezése – a kulcs az elegendő mértékben detektált fotonmennyiség.

Sajnos a jelenlegi 8-10 méteres földi óriásteleszkópok sem gyűjtenek össze elég fényt ahhoz, hogy ilyen finom részletek tanulmányozhatókká váljanak, viszont a következő évtizedre tervezett extrém nagy teleszkópok már megnyithatják a kutatás ezen irányait is (erről még később esni fog pár szó).

III. 3. Exoföldek keresése

Megfontolandó, hogy pontosan milyen csillagok körül is várhatunk élet számára alkalmas körülményeket. Ezzel kapcsolatos fontos fogalom a lakhatósági zóna, ami leegyszerűsítve az a távolságtartomány egy csillag körül, ahol egy odahelyezett bolygón az élet kialakulhat és stabilan fennmaradhat. Hagyományosan ezt azzal a feltétellel lehet definiálni, hogy előírjuk a bolygó felszínén a folyékony víz jelenlétét (persze ezzel óvatosan kell bánni, hiszen az extremofilek példája is mutatja, hogy nehéz egzaktul definiálni az élet számára alkalmas körülményeket). A lakhatósági zóna mérete és távolsága a csillagtól erősen függ a központi égitest hőmérsékletétől és luminozitásától: míg egy forró csillag körül nagyobb távolságra el kell menni, addig egy vörös törpecsillagnál a lakhatósági zóna olyan közelre kerül, hogy az ott található bolygók keringési ideje akár pár nap, pár hét is lehet. Megfigyelési szempontból ez nagyon nagy előny (nem kell egy évig várni egy bolygóátvonulásra), így újabban a vörös törpék iránt egyre nagyobb szakmai érdeklődés alakult ki, az ilyen csillagok bolygóira dedikált keresőprogramokat indítottak. A 21. ábrán lakhatósági zónák láthatók.

A Kepler űrtávcső egy speciális célműszer, amelynek a 600 millió dolláros költségvetését egyetlen konkrét tudományos kérdés megválaszolására fogadta el az amerikai űrkutatási hivatal: milyen gyakoriak a Föld méretű exobolygók a Nap típusú csillagok körül? Ebben nagyon különbözik az olyan klasszikus űrtávcsövektől, mint a Hubble, a Chandra röntgenobszervatórium vagy a Spitzer és a Herschel infravörös űrteleszkópok. Utóbbi költséges űreszközök mind általános célú valódi obszervatóriumok, míg a Kepler precíz mérései kizárólag egy célból készülnek, még akkor is, ha amúgy az ultrapontos űrbéli fényességadatok izgalmas asztrofizikai problémákra is új fényt vetnek.   ^|7}|

A Kepler módszere igen egyszerű: fedési exobolygók fénycsökkentő átvonulásaira vadászik mintegy százezer csillag szünetmentes mérésével. Persze az egyszerű elv gyakorlatba ültetése rengeteg technikai problémát felvet, amelyek közül itt csak egyre térnék ki. Ez pedig az, hogy a fedési módszert nagy bizonytalanság terheli amiatt, hogy a fénycsökkenés mértéke a bolygó és csillag relatív méretviszonyától függ. Azaz kétszer akkora csillag kétszer akkora bolygója ugyanolyan jelet produkál, mint a fele akkora csillag fele akkora bolygója. Másképpen szólva az adatok pontos értelmezéséhez szükségünk van a csillag abszolút méretére. Itt jönnek be az asztrofizikusok a képbe, köztük jó tucatnyi magyar csillagász is: a Kepler pontossága mellett a csillagok méretéről árulkodó rezgések, csillagrengések kimérhetők, modellezhetők, így információ nyerhető a csillagok valódi átmérőjéről. Innen már csak egy ugrás a fedéseket okozó bolygók méretének megállapítása, s nem véletlen, hogy a csillagrezgések tanulmányozására alakult Kepler Asztroszeizmológiai Tudományos Konzorcium a bolygós vizsgálatokban is fontos szerepet játszik.

Jó másfél évvel a Kepler méréseinek megindulása után, 2011 elején néhány lélegzetelállító új felfedezést jelentettek be.

Egyik ilyen a Kepler-11 jelzésű bolygórendszer, ahol összesen 6 (!) bolygó vonul át a központi csillag előtt, s a forró szuperföldektől forró Jupiterekig terjedő bolygók teljes rendszere belefér a Nap-Merkúr távolságába!

Az egyedi érdekességek mellett soha nem látott gazdagságban jelentették be bolygójelöltek felfedezését. A több mint 1200 rendszerből majdnem 60 esetben a bolygójelölt a csillag lakhatósági zónájában található, felszínükön akár élet is kifejlődhetett. Egyelőre még korai pontosan értékelni az új felfedezések következményeit, de az biztos, hogy korábban a science fiction kategóriájába tartozó vizsgálatok előtt nyílik meg az út ezekben a hetekben, hónapokban.

Mindeddig a tudományos fantasztikum birodalmába tartozott a más csillagok bolygói körül keringő holdak, azaz az exoholdak kutatása is. A téma roppant érdekes és releváns is, elég csak utalni a Föld-Hold rendszerben Holdunk hatásaira, melyek nagymértékben befolyásolják a földi élet körülményeit. Fedési exobolygókban állhat fenn az a geometriai konfiguráció, hogy az exohold extra fényváltozást okoz a magányos bolygó esetéhez képest, így lehetségessé válhat a hold kimutatása is a nagyon pontos fénygörbék eltorzulásaiból. Egyelőre exoholdat még senki nem látott, viszont a terület elméletét megalapozó kutatók között találjuk Simon Attilát és Szabó Gyulát, az MTA KTM CSKI munkatársait, akik a Lendület Fiatal Kutatói Program keretében csatlakoztak új exobolygós kutatócsoportomhoz.

Mint láthattuk, az exobolygók felfedezésén túl egyre nagyobb szerepet kapnak a mélyebb megértést célzó kutatások. Mivel azonban az exobolygókról visszavert fény szinte elhanyagolható a központi csillag sugárözöne mellett, a továbblépéshez mindenképpen még nagyobb, még érzékenyebb óriástávcsövekre lesz szükség. Egyik lehetőség kiterjeszteni a vizsgálatokat az infravörös tartományba, ahol a bolygók kontrasztja a csillagok mellett a legnagyobb.

Ebben a James Webb űrtávcső fog nagyon fontos szerepet játszani, hiszen gyakorlatilag nagyságrendi ugrást várunk az új teleszkóp pályára állításától – valamikor a 2010-es évek második felében.

A másik lehetőség az optikai tartományban továbbfejlődni, jelesül a 8-10 méteres óriásteleszkópokat is meghaladó szupertávcsövek építésével. Az egyik terv az ún. európai extrém nagy távcső (European Extremely Large Telescope, E-ELT), melyet az Európai Déli Obszervatórium fejleszt. Az E-ELT mozaiktükre 42 m átmérőjű lesz, és Chilében építik meg, amennyiben sikerül biztosítani a közel 1 milliárd eurós költségvetést.   ^|8}|

A hatalmas fénygyűjtőképességű teleszkóppal olyan érzékeny mérések is elvégezhetőek lesznek, mint például az exobolygók visszavert fényének elemzése, vagy az exobolygólégkörök elnyelési színképének vizsgálata, akár a légköri szelek detektálásával is. A távlatok szédítőek, bár ezek a kutatások már inkább a diákjaink munkái lesznek a 2020-as, 2030-as években.

Ők remélhetőleg olyan érdekes rendszereket tudnak majd közvetlenül vizsgálni, amilyeneket mi még csak fantáziaképekkel tudunk megragadni.

IV. Jövőnk a csillagok között

Zárásképpen engedjük egy kicsit szabadon a fantáziánkat. Mi a gyakorlati jelentősége egy adott esetben több száz fényévre lévő és életet hordozó exobolygó felfedezésének? Hiszen még egy 50 fényévre levő civilizációval is legalább 100 évig tart egy "Jó napot kívánok! – Én is üdvözlöm Önt!" tartalmú beszélgetés. Miért fektessünk be ennyi időt, pénzt és energiát a látszólag elérhetetlen távolságban található idegen világok kutatásába?

Természetesen lehet érvelni a megismerés és tudásvágy határtalanságával, az emberiséget évezredek óta izgató legnagyobb kérdések egyikével ("Egyedül vagyunk-e az Univerzumban?"), ám kicsit gyakorlatiasabb szemmel inkább idézzünk fel egy történeti érdekességet. G. Harry Stine színes karakter volt az 1950-es évektől kezdve az amerikai rakétamodellező közösségben: az Amerikai Rakétamodellező Társaság alapítója álnéven sci-fi történeteket is írt.

Az Analog című sci-fi magazin 1973. októberi számában Stine részletes programot vázolt fel a csillagközi utazás megvalósításának stratégiai és tudománypolitikai kérdéseiről.

A tudományos igénnyel megírt vízió egyik tézise az volt, hogy az egész program akkor indulhat, amikor a csillagászok feltérképezik az összes közeli csillag bolygórendszerét, s így kijelölhetik a legelső csillagközi űrszondák célpontjait. Az esélyeket latolgatva a szerző azt is megjegyezte, hogy szerinte 20 éven belül megtaláljuk az első bolygókat a Naprendszeren kívül, illetve hogy két módszer látszik erre a legígéretesebbnek, jelesül a csillagok égi pozíciójában bekövetkező imbolygást detektáló asztrometriai technika, illetve a sebességváltozásokat kimérő spektroszkópiai módszer. Hátborzongató érzés ezek után felidézni, hogy az első exobolygó felfedezését Naphoz hasonló csillag körül 1995 novemberében jelentették be, a használt módszer pedig pontosan a radiálissebesség-technika volt! Kevés sci-fi jóslatról lehet elmondani, hogy szinte évre pontosan és ennyire találóan megvalósult volna, bár persze a csillagászok közül senki nem állítja, hogy kutatásaik tényleg a csillagközi utazás megalapozására történnének...

Viszont ha mélyebben elgondolkodunk, akkor elvi síkon nehéz a következő gondolatmenet megalapozottságát kétségbe vonni. A Földön jelenleg rendelkezésünkre áll valamilyen mennyiségű összerőforrás (energia, tápanyag, víz, levegő stb.). Ezeket mi valamilyen sebességgel fogyasztjuk, s bár igyekszünk minél többet visszaforgatni, újrahasznosítani, mégis van egy bizonyos vissza nem nyerhető veszteség. Az összerőforrás mennyisége osztva a csökkenés sebességével egy idő jellegű mennyiség, ami nagyságrendileg megmutatja, hogy mennyi idő alatt fogyasztjuk el teljesen a földi erőforrásokat. Ez remélhetőleg nagyon hosszú idő (pontosan nem is számítható ki), ám óhatatlan a következtetés, hogy a Földet előbb-utóbb el kell hagynunk, amennyiben a Homo sapiens a túlélést választja. Azaz igazán hosszú távon az emberiség jövője az űrben van. Hogy ez pontosan mikor és hogyan fog eljönni, addig milyen nehézségeken kell átesni, hogyan lesz először is valódi gazdasági haszon a világűrben, még senki nem tudja. Mi, csillagászok, megpróbáljuk felderíteni tágabb kozmikus szomszédságunkat, hiszen soha nem tudhatjuk, milyen forradalmi áttörés következhet be, ami esetleg mégiscsak elérhetővé teszi a távoli világokat is. 9. videón a "Repülés egy “másik Föld”, egy exoföld felszíne felett" című film látható (forrás: Kepler, NASA).   ^|9}|

Abban pedig nyilvánvalóan mindenki egyetért, hogy az izgalmas kutatások mellett legfontosabb feladatunk megőrizni ezt a gyönyörű szép kék égitestet, a mi saját Föld bolygónkat.