Az élet ígérete a Szaturnusznál
Magyar részvétel a Cassini–Huygens küldetésben
A Cassini–Huygens űrszondapáros 1997. október 15-én indult útjára a Szaturnuszhoz a NASA, az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA), valamint az Olasz Űrügynökség (Agencia Spaciale Italiana, ASI) közös vállalkozásaként. A küldetés fő célkitűzése az óriásbolygó és térségének felderítése volt, valamint egy leszállóegység eljuttatása a Szaturnusz legnagyobb holdjának, a Titánnak a felszínére.
A küldetés 17 ország, köztük Magyarország részvételével valósult meg. A magyar szakemberek az 1990-es évek elején csatlakozhattak a nemzetközi programhoz, amit a 80-as évek sikeres fejlesztési eredményeinek (részvétel a szovjet Vega és Fobosz programokban) köszönhettek. Az akkori MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet mérnökei és fizikusai a Cassini keringőegységének 12 tudományos műszere közül a fedélzeti magnetométer (MAG), valamint a plazmaspektrométer (Cassini Plasma Spectrometer, CAPS) létrehozásában vettek részt földi ellenőrző berendezések és kalibráló rendszerek megépítésével.
A Napból folyamatosan kilépő töltött részecskék (protonok, ionok és elektronok) szuperszonikus sebességgel áramló közegét napszél plazmának nevezzük. A napszél az úgynevezett befagyási tétel miatt magával viszi a Nap mágneses terét is. A napszél kölcsönhatásba lép a bolygók mágneses terével, vagy (ha a bolygónak nincs saját mágneses tere – mint például a Vénusznak) az ionoszférával, melynek következtében sok érdekes fizikai jelenséget figyelhetünk meg.
A CAPS berendezéssel a napszél és Szaturnusz környezetében lévő, belső forrásokból (gyűrűk és holdak) származó plazma energiáját, töltését, áramlási sajátosságait és kölcsönhatásait vizsgálhatták meg. A magnetométer a Szaturnusz magja és a magnetoszférában folyó áramok által keltett mágneses mezőt, valamint az interplanetáris mágneses tér nagyságát és irányát mérte. Mivel az űrkutatási programokban a műszerfejlesztésben való részvétel elsőbbségi hozzáférést biztosít a mérési adatokhoz, a magyar kutatók számára is lehetővé vált, hogy az új tudományos eredmények első publikálói között lehessenek.
A Cassini–Huygens hosszú, hétéves bolygóközi utazást követően, 2004. július elején érkezett meg a Szaturnuszhoz. A komplex gyűrűrendszerrel és számos holddal rendelkező Szaturnusz a Naprendszer hatodik bolygója. Óriásbolygó, mely a Jupiterhez hasonlóan főleg hidrogénből és héliumból áll, a Napot 29,5 év alatt kerüli meg. A Szaturnusznak erős belső mágneses tere van, mely folyamatos kölcsönhatásban áll a napszéllel, valamint a napszélbe befagyott interplanetáris mágneses térrel. Mivel a napszél áramlási sebessége szuperszonikus, a bolygó Nap felőli oldalán lökéshullám alakul ki. Azt a térrészt, ahol a bolygó mágneses tere dominál, magnetoszférának nevezzük. A magnetoszféra belsejében kering a Szaturnusz legtöbb holdja, és ez a tartomány ejti csapdába a bolygóról, a gyűrűkről, valamint a holdak felszínéről, vagy a Titán atmoszférájából származó töltött részecskék jelentős részét is. A CAPS és a MAG műszerek méréseit felhasználva sok új felfedezés született a Szaturnusz magnetoszférájának szerkezetéről és a benne, illetve a környezetében zajló folyamatokról. A magyar fizikusok elsősorban a Titán kiterjedt atmoszférája és a Szaturnusz magnetoszférájának belsejében áramló plazma és mágneses a tér közötti kölcsönhatás feltárásában, illetve a magnetoszféra egyenlítői régiójában található, viszonylag sűrű plazmát tartalmazó plazmalepelnek a vizsgálatában értek el fontos eredményeket.
A küldetés egyik legjelentősebb feladata az volt, hogy az űrkutatás történetében először leszállóegységet juttasson el a Titán felszínére. A Titán Naprendszerünk második legnagyobb holdja (átmérője 5150 km), és különlegessége, hogy kiterjedt, főleg nitrogénből álló atmoszféra veszi körül. A Huygens szonda a terveknek megfelelően 2005. január 14-én sikeresen landolt a Titán felszínén. Leszállás közben több mint 700 felvételt készített, fedélzeti műszerei pedig mérték az atmoszféra fizikai paramétereit. A szondát úgy tervezték, hogy akár folyékony közegben is landolhasson, ehelyett azonban a Huygens nedves, ám szilárd felszínre, egy tómederbe érkezett. A Titán sok tekintetben hasonlít Földünk korai állapotához, viszont a légkörében nem a víz, hanem a metán játssza a csapadék szerepét. A felszínén mérhető légnyomás a földiének másfélszerese, felszíni átlaghőmérséklete pedig –180 Celsius-fok körüli. A hold atmoszférájában több komplex szerves vegyület is kimutatható, azok is, amelyek az élet keletkezésének alapjait képezik. A Cassini űrszonda összesen 162 alkalommal repült el a Titán közvetlen közelében. Eközben lehetőség nyílt a Titán atmoszférája és a Szaturnusz mágneses tere közötti kölcsönhatás tanulmányozására, valamint meg lehetett vizsgálni az atmoszférából eltávozó töltött részecskék összetételét, energiaeloszlását is.
A Cassini küldetésének egyik nagyon érdekes felfedezése az Enceladus holdhoz kapcsolódik, mely kis mérete (átmérője 505 km) ellenére jelentős aktivitást mutat. A magnetoszféra belsejében észlelt nagyobb tömegű ionokról kiderült, hogy azok az Enceladus felszíne alatt húzódó, feltehetőleg folyékony víz alkotta óceánból származnak. A hold déli pólusa környékén lévő repedésekből napjainkban is hatalmas vízjéggejzírek törnek fel, melyek létezése a Cassini küldetése előtt ismeretlen volt. Amikor a Cassini 2008-ban átrepült az egyik kiáramló jég- és gázkilövellésen, fedélzeti műszereivel a vízen kívül szén-monoxidot, szén-dioxidot, nitrogént és egyéb szerves vegyületeket is észlelt. Ezenkívül a nátrium és a kálium jelenléte is kimutatható volt, ami arra utal, hogy a felszín alatti óceánt a földi óceánokhoz hasonlóan valószínűleg sós víz alkotja. A mérési adatok alapján a kutatók feltételezik, hogy a felszín alatt esetleg létrejöhettek a kezdetleges élet bizonyos formái is. Mivel az Enceladuson és a Titánon egyaránt adottak a körülmények a primitív élet kialakulásához, a jövőben mindkét hold célpontja lehet az erre irányuló kutatásoknak. A NASA új terveiben már szerepel, hogy előreláthatólag 10 éven belül újabb küldetést indít a Szaturnusz holdjainak további vizsgálatára.
A Szaturnusz gyűrűrendszerének legalaposabb vizsgálatára a küldetés vége felé nyílt alkalom, amikor a Cassini minden korábbinál közelebb repült el a bolygó mellett. A gyűrűk a felhők felett 2000 km-es magasságban kezdődnek és 120 000 km-es távolságig terjednek ki. A szonda 22-szer repült át a Szaturnusz légköre és a belső gyűrűk közötti résen. A gyűrűk vastagsága érdekes módon általában nem haladja meg a 20 métert, alkotórészeik mérete pedig a porszemcséktől 10 méterig terjed.
A fentieken kívül még számos érdekes felfedezés született. A Cassini és a Huygens segítségével kapott új tudományos eredmények minden várakozást felülmúltak, és jelentősen bővítették a Naprendszerrel kapcsolatos ismereteinket. A küldetés hétéves hosszabbítás után, 2017. szeptember 15-én ért véget, ekkor a Cassini keringőegységet a Szaturnusz légkörébe irányították, ahol megsemmisült.
Bebesi Zsófia
