A Naprendszer rejtélye

A miénkhez hasonló naprendszerek kialakulásához sokféle összetevőre van szükség. A minimális elvárás egy naprendszerrel szemben legalább egy központi csillag, és legalább egy szilárd bolygó. A csillag adja az energiát az élethez, a szilárd bolygó pedig egy viszonylag nyugodt, zavartalan felületet biztosít az élőlények létrejöttéhez, majd a bioszféra kialakulásához. Elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy meg tudja tartani a légkörét és a vizet, és elég szilárdnak ahhoz, hogy az élőlények megtelepedhessenek a felszínén.

A csillag és a bolygó kialakulásához két teljesen eltérő környezet szükséges. Ahhoz, hogy valami csillag lehessen, elég nagy mennyiségű hidrogénre van szükség, olyan nagy mennyiségre, amelynek a gravitációs vonzása elég ahhoz, hogy egyben tartsa a csillagot, de még ennél is fontosabb, hogy a csillag belsejében olyan nagy nyomásnak kell lennie, amely elegendő nagy a fúzió beindulásához. Hidrogén éppen elég keletkezett az Ősrobbanáskor, tehát csupán annyi a követelmény, hogy ennek az óriási mennyiségű hidrogénnek egy megfelelő része egy olyan térfélen gyűljön össze, ahol a gravitáció már el tudja végezni a munkáját, és össze tudja húzni a hidrogénfelhőt egy csillaggá. Ahogy az összehúzódás megteremti a szükséges sűrűséget és nyomást, a fúzió beindul, és az ennek hatására létrejövő sugárnyomás a továbbiakban már kiegyensúlyozza a gravitáció befelé húzó erejét, létrejön egy stabil csillag, ami mondjuk, 8-10 milliárd évig el tudja látni az energiaközpont szerepét egy naprendszer életében.

Ez úgy nagyjából rendben van. Itt egy stabil csillag, de honnan lesz mellé bolygó?

Ha a gázbolygókra gondolunk, azokkal semmi baj, talán a csillag összehúzódás közben forogni kezdett, leszakadt róla egy-két hidrogéngyűrű, amelyek aztán távolodva a csillagtól, a saját gravitációs központjuk összehúzó erejének köszönhetően összetömörödtek egy-egy égitestté. Mivel a tömegük nem túl nagy a központi csillaghoz képest, a nyomás a belsejükben kevés a fúzió beindításához, kialakítanak egy fémes belső magot, rajta egy folyékony réteget, legfelül pedig egy viharos légkört. A bolygó így stabil, eléldegélhet, amíg a központi csillaga is, ahhoz viszont, hogy élet legyen rajta, nem elég biztonságos, és nem elég változatos.

Az élethez, legalábbis annak általunk eddig ismert egyetlen formájához szilárd bolygó kell, és rengeteg féle elem. Kell hozzá például vas, amely a bolygó belsejében mozogva mágneses teret kelt, amivel a csillaga elektromágneses és részecske sugárzása ellen nyújt védelmet a bolygó lakóinak. Kell oxigén a vízhez és a légkörhöz, kell szilícium a kőzetekhez, nitrogén a fehérjékhez, foszfor a sejtek energiaüzemeihez, nátrium, kalcium és klór. Kell szén minden mennyiségben, de kell hidrogén is a vízhez, és a szénhez kapcsolódva a fehérjékhez, aminosavakhoz. És kell uránium is, ami a bolygó belsejét hevíti, és lemeztektonikát hoz létre a bolygó felszínén, amivel hegyeket, szárazföldeket, tengereket, folyókat és tavakat képez, az élet megannyi játszóterét.

Mi ezzel a probléma? Csak az, hogy a fent említett elemek nagy része sem az Ősrobbanáskor, sem a csillagfejlődés stabil szakaszában nem jöhet létre. A hidrogénen kívül, a mai álláspont szerint csak a hélium az, ami az Ősrobbanás korából származik, a többi elem mind később jött létre, egyesek a csillagokban, a vasnál nehezebbek pedig a nagyobb csillagok élete végén bekövetkező szupernóva robbanás közepette.

Hogyan jut el egy csillag a szupernóva robbanásig? Amikor feléli a hidrogénjét, akkor elkezdi a hélium fúziót, tehát elkezdi a magasabb rendszámú elemek felépítését: szén, berillium, oxigén, mindegyik lépéshez egyre nagyobb és nagyobb nyomás szükséges. A végpont a vas. Ez az az elem, amelynek felépülésekor még energia szabadul fel, a vasnál nehezebb elemek fúziójához már energiát kell bevinni még az óriási nyomás mellett is. Ha a csillag eljut ebbe a fázisba, a vasmagja összeomlik, neutroncsillag lesz belőle, a felszabaduló energia pedig ledobja a külső héjat, amiben a robbanás energiája szintetizálja a vason túli elemeket is, például az urániumot.

Mi marad egy szupernóva robbanás után? Egy neutroncsillag, és egy felhő, amiben mindenféle elem megtalálható. Ez a felhő megfelelő távolságra szétterjedhet, és talán a bölcsője lehet egy kialakuló naprendszernek.

Miért nem megfelelő ez a magyarázat?

Mi hiányzik ebből a felhőből? A legfontosabb hiányzó a hidrogén! Hiszen éppen a hidrogén az, amit felhasználva a csillag elkezdte a hélium és a nehezebb elemek fúzióját. Ha lett volna hidrogénje, nem használta volna a héliumot fűtőanyagnak, ehhez ugyanis sokkal nagyobb nyomás kell, mint a hidrogén alapanyagú fúzióhoz. Tehát a szupernóva robbanás idején már nincs hidrogén, de nincs hélium sem, sőt az összes többi elem is hiányzik, egyvalami van, a vas. De azzal meg mi lett? Neutroncsillaggá omlott össze! Tehát a szétterülő felhőben vasnál nehezebb elemek vannak. Hidrogén semmiképpen! Annyi meg végképp nincs, hogy abból egy új csillag keletkezzen!

És nincs annyi vas sem, amennyi mondjuk, a Föld vasmagjához elég lenne. A Naprendszer keletkezéséhez tehát két egymásnak alapvetően ellentmondó feltételnek kell teljesülnie. Annyi hidrogénnek kell összegyűlnie, - olyan hidrogénnek, amely még az Ősrobbanás idejéből származik, tehát még nem járta meg egy csillag belsejét -, amelyből létrejöhet egy fúzióképes csillag. Emellett kell egy olyan felhő, amely egy szupernóva robbanás maradványa, a vasnál nehezebb elemekhez, kell egy csomó vas, nem tudjuk honnan, és kell egy csomó vasnál könnyebb elem, szintén nem tudjuk honnan.

Ráadásul a csillag a keletkezésekor nem szabad, hogy begyűjtse az összes hidrogént, hagynia kell a szilárd bolygó számára is eleget ahhoz, hogy víz lehessen belőle, meg mindenféle szénhidrogén.

A Naprendszer keletkezését megmagyarázó hihető elméletnek tehát számot kellene adnia arról, hogy ez a sokféle, eltérő környezetből jött elem, hogy tudott egy Naprendszernyi helyre összegyűlni. Ezen kívül meg kellene magyaráznia azt is, hogyan tudott ez a felhő ennyire eltérő objektumokra bomlani, méretükben, összetételükben és elhelyezkedésükben ennyire eltérő égitesteket előállítani. Miért nem kebelezte be a Nap az összes anyagot? Miért vannak a gázóriások messze a Naptól, mikor annak a hidrogénnek, ami az óriásbolygókat alkotja, a Napban kellene lennie. De ha már a hidrogénbolygók ott vannak, miért van annyiféle szilárd holdjuk? A Jupiter és a Szaturnusz holdjai között nincs két egyforma, mintha mindegyik másik világból érkezett volna. És miért van a gázbolygókon túl szilárd bolygó (a Plútó), sőt szilárd törmelék-felhő (az Oort-felhő és a Kuiper-öv). És miért van egyedül a Földnek vas magja? Miért a vas a meteoritok legfőbb összetevője, ha a többi bolygónak nincs belőle? Látszólag a vas meglehetősen gyakori a bolygóközi térben, hogy lehet az, hogy sem a Mars, sem a Vénusz, sem a Hold nem rendelkezik vasból álló maggal, és mágneses védő pajzzsal? Miért a Föld az egyetlen bolygó, aminek lemeztektonikája van? Miért nincs a többi bolygó belsejében uránium, hogy fűtse, és olvadtan tartsa a belső magot? A szilárd bolygók között nincsen két egyforma, ugyanúgy, ahogy a holdak között sem. Olyan mértékű differenciálódás történt a bolygók és a holdak között, amit nagyon nehéz a távolsággal és a gravitációval magyarázni. Mintha mindet egy külön kéz gyúrta volna, a Mars, a Föld, a Vénusz, különböző a tömegük, a Naptól való távolságuk, de ez nem kellene, hogy ennyire eltérővé tegye őket. Gondoljunk bele, egy nagyjából homogén felhőből alakultak ki, egymástól nem is annyira messze. Minek köszönhető, hogy ennyire különbözőek?

A jelenlegi elméletek egyik kérdésre sem adnak választ. Ahhoz, hogy jobb magyarázattal szolgáljunk, kellően sok idegen naprendszert kell még feltérképeznünk alaposan. Ha azok is a Naprendszeréhez hasonló vonásokat mutatnak majd, akkor találni kell egy megfelelő mechanizmust, amely valószínű, gyakori, Világegyetem szinte elterjedt módja az elemek előállításának, és megfelelő arányú összekeveréséhez. Ez egy olyan folyamat kell legyen, amelyik képes egy protoplanetáris felhő létrehozásához, a megfelelő elem arányt biztosítva.

Ha azonban azt tapasztaljuk majd, hogy az idegen bolygórendszerek nem hasonlítanak a miénkhez, mert például nincsenek vasmaggal és elég vízzel rendelkező szilárd bolygóik, csak gázóriásaik, akkor bizony elő kell vennünk a geocentrikus szemléletet, mert akkor valamiért kitüntetett helyzetben vagyunk, az Univerzumban talán egyetlen élő bolygóként.

És ennek a megmagyarázásához nem biztos, hogy elegendő lesz a mai természettudomány...

2013.6.23