Megjelenik: Harmadik Szem, 2000 január

Új Tudomány Új Csillagászat

A Nap – rendkívüli csillag! 2. rész

A mai csillagászatban a csillagok legfontosabb átfogó jellemzői: a fényesség, a felszíni hőmérséklet, a méret (a csillag átmérője), a tömeg, a kémiai összetétel és a tengely körüli forgás időtartama (ez a “rotációs periódus”). Persze, ezek a mennyiségek nem teljesen függetlenek egymástól. Tudjuk, hogy csillagokról van szó, vagyis feltehető, hogy ezek anyagának eloszlását, a csillag felépítését anyagának gravitációs vonzása és nyomásának egyensúlya fogja meghatározni. Másrészt az is világos, hogy a megtermelt energia nem marad a csillagban, hanem amennyi megtermelődik, annyi ki is szállítódik a csillag felszínére, és onnan kisugárzódva ez adja a csillag fényességét. Így a különböző jellemzők között összefüggések állnak fenn. Ezek közül a legkönnyebben meghatározhatók a fényesség és a felszíni hőmérséklet. A csillagászat egyik alapvető tétele (a Vogt-Russell tétel) kimondja, hogy a csillagok alapvető jellemzői a tömeg, a fényesség és az átmérő, s hogy ezek között fennálló összefüggés miatt a háromból elég két mennyiséget megadnunk, s ezzel a csillag szerkezetét, anyagának eloszlását (adott életkorban) egyértelműen meghatároztuk (mivel a legtöbb csillag kémiai összetétele azonosnak vehető). Ezért ésszerű a feltételezés, hogy a Naphoz hasonló fényességű és hőmérsékletű csillagok minden fő jellemzője azonos. Ekkor pedig az a kérdés, hogy a Nap átlagos vagy rendkívüli csillag, annak vizsgálatát jelenti, hogy az azonos fényességű és hőmérsékletű csillagok között a Nap egyéb tulajdonságai megegyeznek-e a csillagok átlagos egyéb tulajdonságaival, vagy sem.

Nemrég Guillermo Gonzalez, a washingtoni egyetem professzora összehasonlította a Nap és a Naphoz hasonló csillagok egyéb jellemzőit. Először is, a 30 fényéven belüli körzet csillagainak mintegy 88%-a halványabb a Napnál, tehát a Nap egyik elsődleges jellemzője, fényessége nem tekinthető átlagosnak. De ez a fényesség nem állandó, hiszen a Nap fényessége, kisugárzott energiájának energia szerinti eloszlása a naptevékenység közel 11 éves ciklusával együtt fut. A Naphoz hasonló tevékenységet mutató csillagokhoz képest a Nap összfényességének változása viszonylag alacsonynak tűnik, vagyis szintén nem tipikusnak. Vegyük most a kémiai összetételt! Az új csillagászati mérések az eddigieknél jóval nagyobb pontosságúak, és így már 25 kémiai elem átlagos csillag-gyakorisága vethető össze a Napéval. Kiderült, hogy a Napon a legtöbb, a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elem gyakorisága 10-20%-kal nagyobb, mint a hozzá hasonló színképtípusú (vagyis felszíni hőmérsékletű), és a Tejút központjától hasonló távolságban található csillagé. Nemrég arra is fény derült, hogy a Nap közvetlen szomszédságánál, a csillagközi anyagfelhőknél oxigénben jóval dúsabb (Gonzalez, 1999, Gummerschbach et al., 1998). Ez az eredmény különösen akkor érdekes, ha meggondoljuk, hogy a Nap éppen ebből a csillagközi ősködből keletkezett. A Nap a szomszédos, szintén G színképtípusú csillagokhoz képest fémekben gazdagabb, oxigénben gazdagabb, de szénben szegényebb. A lítium-gyakoriság, ami együttfut a hőmérséklettel, a csillagtevékenység fokával, és a fémtartalommal, a Napon ismét csak alacsonynak bizonyult.

A Nap elhelyezkedése a Tejútrendszerben, és mozgása szintén figyelmet érdemel. Kiderült, hogy a Nap Tejútrendszerbeli sajátmozgása jóval lassúbb (kb. 13 km/s) mint a hasonló korú, hasonló színképtípusú csillagoké (42 km/s). De a Nap mai, Tejútrendszerbeli helyzete se tipikus. Amíg a Nap és a hasonló korú legtöbb szomszédos csillag átlagos távolsága a Tejútrendszer fősíkjától legalább 130 fényév, addig a Nap mai távolsága kisebb, mint 40 fényév. Másrészt, a Nap éppen együtt forog a Tejútrendszer magja körül a spirálkarral, azaz az ún. együttforgó zónába esik.

Gonzalez megmutatta, hogy mindezekben a tulajdonságokban egy közös sajátság mutatkozik: és ez éppen a földi, emberi élet kifejlődésének feltétele! Először is, a Nap viszonylag magas fényessége (és ezzel járó nagyobb tömege) a szomszédos átlagos csillagokhoz képest különösen kedvező a lakható zóna kifejlődéséhez. A kisebb fényességű csillag lakható zónája ugyanis a csillaghoz közelebb kell legyen, ott viszont már erősebb a gravitáció “kötése”, az, ami a Merkúrt arra kényszeríti, hogy mindig ugyanazon oldalát fordítsa a Nap felé. Így tehát a lakható zóna bolygója mindig ugyanazon oldalát kéne csillaga felé fordítsa, és ez megakadályozza az élet kifejlődését. A Merkur Nap felé mutató (nappali) oldalán ugyanis 700 foknál is magasabbra fut fel a hőmérséklet, míg a Nappal ellentétes (éjszakai) oldalán -170 fok uralkodik. Másrészt, a G színképtípusú Nap jóval több kék fényt bocsát ki, mint a nála kisebb tömegű (K és M típusú) törpecsillagok, márpedig a kék fény fontos a fotoszintézishez. Ugyanakkor a K és M törpék csillagkitörései jóval nagyobb veszélyt jelentenek az amúgy is közelebbi lakható zóna bolygójára. Ezenkívül figyelembe kell venni (Wetherill, 1996), hogy a földtípusú bolygók a központi csillag tömegétől függetlenül éppen 1 csillagászati egység (1 CsE = a Föld és a Nap átlagos távolsága). Márpedig a lakható zóna a központi csillagtól mért távolsága rendkívül érzékenyen függ a csillag tömegétől. Ezért annak valószínűsége, hogy földtípusú bolygó épp a lakható zónában jöjjön létre, akkor a legnagyobb, ha a központi csillag tömege éppen megegyezik a Nap tömegével. Fejlett, mozgékony élet csak olyan bolygón jöhet létre, ahol az oxigén-molekula (O2) gyakori, a széndioxid-molekula (CO2) ritka. Ez pedig egybevág azzal, hogy a Nap oxigénben gazdagabb, szénben ritkább, mint hasonló fényességű, hőmérsékletű és korú csillagtársai.

Mindezek mellett ismert, hogy a Nap tevékenysége, változékonysága és a földi klíma között is szoros kapcsolat áll fenn (Baranyi, Ludmány, 1994) – így viszont a Nap változékonysága és a földi élet kialakulása között is kapcsolat áll fenn. Gray (1999) azt is felvetette, hogy a földi klíma feltűnő, szokatlan állandósága az utóbbi 10 000 évben a naptevékenység különlegesen kiegyensúlyozott mivoltával függ össze. Természetes, hogy a földtípusú bolygók jórészt kőzetekből és fémekből állnak, anyaguk legnagyobb része a hidrogénen és héliumon kívüli anyagokból áll. Ezért valószínű, hogy földtípusú bolygók nem jöhetnek létre olyan csillag körül, amely ezekben a nehéz elemekben szegény, és kialakulásukhoz kedvező a nehéz elemek nagyobb gyakorisága, azaz éppen az a körülmény, ami a Napnál oly nagy mértékben áll fenn.

Tegyük hozzá Gonzalez vizsgálatához, hogy mai tudásunk szerint a más csillagok körül felfedezett bolygórendszerek egy vagy több, a központi csillaghoz rendkívül közel (kb. 1 CsE) keringő óriásbolygót tartalmaznak. Így tehát az ismert bolygórendszerekben nincs mód arra, hogy a lakható zónában földtípusú bolygó lehessen. Másrészt a naptevékenység 11 éves ciklusát minden jel szerint a belső, földtípusú bolygók (a Vénusz, a Föld és a Mars) együttállási periódusa (11 év) határozza meg. Amennyiben tehát fény derülne arra, hogy a 10 év körüli csillagtevékenységi periódus lényeges a fejlett élet kialakulásához, például a klíma kialakítása révén, annyiban arra is szükség lenne, hogy legalább három belső, földtípusú bolygó jöjjön létre a központi csillag körül, amelyek együttállási periódusa 10 év körüli kell legyen. Másrészt az is ismert, hogy a naptevékenység periódusának meghatározásában a külső óriásbolygók is lényeges szerepet játszanak. Ha tehát egy másik csillagnál a külső bolygók együttállási periódusa nem ad egy 10 év körüli periódust, akkor a külső és a belső bolygók eltérő periódusa miatt a csillagtevékenység két eltérő periódus köré szerveződne, azaz kaotikusabb lenne a földinél, ami ismét csak kedvezőtlen lehet a fejlett élet kialakulásához. Így viszont arra a következtetésre kell jutnunk, hogy a fejlett élet kialakulásához a Naprendszer kísérteties hasonmására van szükség! Mivel pedig a Naprendszer kialakulása a véletlen tényezők halmozódása miatt a végsőkig valószínűtlen (ha nem vezetjük be a Naprendszer szervezőerejének fogalmát, lásd G. A.: A Naprendszer szervezőereje, Harmadik Szem, 1999 július, augusztus, szeptember), ezért a Naprendszerrel szinte azonos bolygórendszer kialakulása is az. Még figyelemreméltóbb mindez, ha meggondoljuk, hogy a Naprendszer stabilitása, fennállása is mindössze 100 millió évre látható előre, a bolygók mozgását leíró tudomány, az égi mechanika mai állása szerint. Tehát lehet, hogy a Naprendszer 5 milliárd éve tartó fennálláshoz is külön stabilitást biztosító, eddig észre nem vett tényezőre van szükség!

Mivel magyarázható mindez a különleges egybeesés-sorozat? Gondoljuk meg, hogy például a Nap változékonysága, ami mágneses eredetű, a Nap sugara (mármint átmérőjének fele) és forgási mértéke függvénye. A forgási mérték pedig a Nap sugara, kezdeti tömege és életkora függvénye. Ha tehát egy a Naphoz hasonló tömegű és sugarú csillagot veszünk, ennek forgási mértéke, sugara és így változékonysága is meg kéne egyezzen a Napéval, a Vogt-Russell tétel értelmében. A Nap változékonysága viszont kirívóan alacsony. Ugyancsak ez áll fenn a kémiai összetételre vonatkozóan, ugyanis feltéve az azonos kezdeti összetételt, azonos tömegű és sugarú csillagok azonos életkorban azonos kémiai összetételt kellene mutassanak! Ugyanakkor mi az előzőekből (G. A.: A Nap életközpontja, Harmadik Szem, 1999 július-november) már tudjuk, hogy a Nap nem feltétlenül élettelen rendszer. Az élő szervezet leglényegesebb tulajdonsága viszont az öntevékenység. Ennek az öntevékenységnek meg kell legyenek a fizikai feltételei, de feltétlenül eltérő fizikai következményekre is kell vezessenek. Ha tehát a naphoz hasonló fényességű és színképtípusú csillagok vizsgálata arra az eredményre vezet, hogy a Naphoz hasonló típusú csillagok két osztályba sorolhatók: az egyikbe tartozik az összes csillag, a Nap kivételével, a másikba a Nap, egyes-egyedül, akkor ezen el kell gondolkozzunk. Ha a Nap öntevékenységre képes, akkor fenn kell álljon tulajdonságai között egy olyan, belső kapcsolat, amit a Vogt-Russell tétel nem vett figyelembe (hiszen ez a kapcsolat élő természetű). Akkor viszont a Nap egyes mellék-jellemzői eltérést is mutathatnak a tipikus értéktől! Elméletem segítségével magyarázható a Nap kémiai összetételének nehéz elemekben dúsulása, hiszen a forró buborékokban uralkodó magasabb hőmérsékleten a nehéz elemek termelése is gyorsabb, tehát azonos időtartam alatt több termelődik. Csakhogy itt azt is látnunk kell, hogy a külső feltételek egyértelműen meghatározzák-e a naptevékenység folyamatait, vagy ebben a Nap belső szerveződése, öntevékenysége is szerepet játszik? Úgy tűnik, hogy megnyílt az út a Nap öntevékenysége tanulmányozása, kísérleti ellenőrzése felé.

Gonzalez, G.: Is the Sun anomalous? Astronomy and Geophysics, Vol. 40, October 1999, 5.25

Gonzalez, G. 1999, Monthly Notices of Royal Astronomical Society, in press

Grandpierre, A. 1999, A dynamic solar core model: on activity-related changes of the neutrino

fluxes. Astron. Astrophys. Vol. 348, 993-999, 1999

Gray, D. F. 1999, in Stars and the Sun: Treasures and Threats, in Tenth Cambridge Workshop on

Cool Stars, Stellar Systems and the Sun, ed. D. R. A. Bookbinder, in press

Gummersbach, G. A. et al, 1998, Astronomy and Astrophysics, Vol. 338, 881