A Hét 1990/1 (35. évfolyam, 1-26. szám)
1990-06-01 / 22. szám
A Föld-Hold kettősbolygó A csillagászat paradoxona, hogy a távoli csillagok kialakulásáról és fejlődéséről több biztosat tud állítani, mint kozmikus szomszédunkról, a HoldróI. Sokak számára meglepőnek tűnhet ez a kijelentés, hiszen legjobb tudomásunk szerint a Hold az egyik legbehatóbban vizsgált égitest, automatikus űrszondák tucatjai végeztek kutatásokat környezetében és felszínén, földi laboratóriumokban közel 400 kg holdközet aprólékos elemzésére nyílt alkalmuk geológusoknak és vegyészeknek, és nem utolsósorban az Apolloprogram jóvoltából immár 12 űrhajós tartózkodott rövidebb-hosszabb ideig bolygónk természetes kísérőjén. Mielőtt megismerkednénk azokkal a problémákkal, melyek a legtöbb fejtörést okozzák a kutatóknak, nézzük meg közelebbről a Föld-Hold rendszert. A legszembetűnőbb mindjárt a Hold nagysága. Átmérője 3 746 km, tömege pedig mindöszsze 81,3-szor kisebb a Földénél, ami bolygónkhoz viszonyítva óriásinak számit. Habár Naprendszerünkben vannak jóval nagyobb holdak is (Ganymedes, Titán, Triton, stb.j, azok tömege anyabolygójuk tömegéhez viszonyítva elenyészően csekély. Pl. a Szaturnusz Titán nevű holdja — amely valószínűleg a legnagyobb hold — mindössze 1/4 000-ed része gyűrűs bolygónk tömegének. Ilyen vonatkozásban tehát a Holdat valójában a Föld ikerbolygójának tekinthetjük. A Hold — éppen a tömege miatt — jelentős gravitációs hatással van a Földre. Különösen a tengermeliéki országok lakói tudják tapasztalatból, hogy milyen fontos ismerniük az apály és a dagály időpontjait, akár nagyobb hajók kikötéséről vagy halászatról is legyen szó. Évszázadok óta ismert ugyanis, hogy a tengerek és óceánok partjainál a vízmagasság periodikus változásait a Hold okozza. A Föld víztömegei a Hold irányába és az átellenes oldalon dagálypúpot hoznak létre, s a forgó Föld azon földrajzi hosszúságain, melyek ezekhez a helyekhez érnek, dagály következik bet*az erre merőleges irányokban pedig apály. A vizszintváltozás mértéke függ a tengerpart tagoltságától ill. a földrajzi szélességtől. Észak-Skóciában a vízszint ingadozása a 15 m-t is eléri, míg az Északi-tengeren a 4 m-t. Két dagály, ill. két apály közötti időtartam 12 óra. Ez a látszólag hétköznapi, már megszokott jelenség hosszabb távon jelentősen befolyásolja a Föld tengelyforgási idejét. Az árapály jelenségnek köszönhetően, az ún. dagálysúrlódás miatt fokozatosan csökken a Föld rotációs energiája, vagyis lassul a forgása. Pontos számítások azt mutatják, hogy százévenként 0,001 másodperccel hosszabbodik a nap hossza. Emberi léptékkel mérve ez a lassulás elhanyagolhatónak tűnhet, kozmikus időskálán azonban már jelentős módosulásokat jelent. J. W. Wels 1963-ban felhívta a kutatók figyelmét az ún. fosszilis órák jelentőségére. Földtani és őslénytani kutatásai során rájött ugyanis, hogy a korallkövületek és a Nautilus csiga mészvázai a fák évgyűrűihez hasonlóan leheletfinom mészlerakódások sorozatából áll. Ezen lerakódások vastagságából megállapítható az apály-dagály váltakozása, a „holdnap" ill. a holdhónap száma is egy év folyamán. A kutatások azt állapították meg, hogy pl. a devon kori (mintegy 350 millió évvel ezelőtti) koraitok mészvázában 385—410 réteg épült egymásra egy év folyamán, ami átlagban 21,9 óra tengelykörüli forgásnak felel meg. A Föld tengelyforgási lassulásának legfőbb oka a már említett dagálysúrlódás, nemkülönben az a tény, hogy a Hold folyamatosan távolodik bolygónktól. 600 millió évvel ezelőtt 430 napos volt egy év, melyekben a napok hossza közel 20 és fél óráig tartott, egy holdhónap pedig mindössze 26 napig. (Napjainkban a holdhónap hossza 27,322 nap.) Jelen időszakban a Hold 100 év alatt 1,5 m-el távolodik el Földünktől. Nem nehéz visszaszámolni, hogy a távoli múltban milyen távolságban keringett tőlünk. A számítások szerint 2 800 millió évvel ezelőtt távolsága mindössze 64 000 km volt. (Jelenleg a Hold átlagos távolsága 384 400 km.) Annyi azonban bizonyos. hogy a hold sohasem keringhetett 19 ezer kilométernél közelebb a Földhöz, ugyanis ennél az ún. Roche-féle határnál a gravitációs árapály erők szétszakították volna. Egyes elméletek szerint a Hold távolodása nem tart örökké, hanem idővel a folyamat visszafordul. Számítógépes modellezésekkel, bizonyos feltételek figyelembevételével ez a modell beigazolódni látszik. Az idők folyamán természetesen nemcsak a Hold fejtett ki gravitációs erőhatást a Földre, hanem ez fordítva is érvényes volt, csakhogy a tömegek arányában ez utóbbi hatás sokkalta erőteljesebb, mondhatni „látványosabb" volt. A Hold tengelykörüli forgását a Föld ugyanis fokozatosan megállította s kötött forgást kényszerített rá. Ez alatt azt értjük, hogy a Hold tengelykörüli forgása pontosan megegyezik a Föld körüli keringés időtartamával, vagyis éppen egy hónapig tart. Ennek szemmel látható bizonyítéka, hogy a Hold mindig ugyanazon oldalát fordítja a Föld felé. A Hold látszólag a Föld körül kering, a valóságban a Föld-Hold rendszer közös tömegközéppontja körül. Ez a pont 1 700 kilométerre a Föld felszíne alatt található, azonban mégsem esik egybe bolygónk geometriai középpontjával. Ez a tény további bonyolult mozgásokra kényszeríti a Földet és természetesen vele együtt a Holdat is. A csillagászoknak a legnagyobb fejtörést a Hold kialakulása, keletkezésének körülményei okozzák. Felszínének legfeltűnőbb képződményei a kráterek, melyek már kisebb távcsövei is jól kivehetők. Az 1 m-nél nagyobb átmérőjű kráterek száma eléri az egymilliót. Keletkezésük könnyen magyarázható: a bolygóközi térben keringő kisebb-nagyobb kozmikus testek — légkör híján — akadály nélkül csapódnak a felszínbe, nemritkán tíz, de akár százkilométeres lyukakat is ütve azokon a helyeken. Az ilyen események napjainkban már rendkívül ritkák, a ma megfigyelhető kráterek túlnyomó többsége a Naprendszer korai időszakaszában jött létre. Földünket az ilyen „támadásoktól" a légkör óvja meg, mivel a kozmikus testek nagy sebessége miatt a légkörben felizzanak és többségük a másodperc tört része alatt elpárolog. A krátereken kívül nagy kiterjedésű síkságok, ún. tengerek is megtalálhatók a Hold felszínén, ezek viszont vulkanikus múltra utalnak: láva és megolvadt kőzetek öntötték el hajdanán a Hold egyes területeit. Az első holdközetek Földre szállításáig (Luna 16, Apollo program) a Hold keletkezésére három fö elmélet volt érvényben. Az első szerint a Hold a Földből szakadt ki még a Naprendszer kialakulásának korai szakaszában. Ennek helyét a Csendes-óceán déli részén határozták meg, ahol is a legmélyebb az óceán. A második elmélet szerint a Hold egy a Föld által befogott idegen égitest, míg a harmadik azt feltételezte, hogy e két égitest egyidejűleg alakult ki az eredeti gáz- és porködböl. A holdi kőzetek beható tanulmányozása nagyon sok régen várt választ adott meg a kutatóknak, de talán még többet vetett fel. Kiderült ugyanis, hogy a vizsgált minták között 3 milliárd évesnél nincs fiatalabb kőzet, legtöbbje pedig eléri a 4,6 milliárd éves kort. Ebből arra lehet következtetni, hogy a Hold mint szilárd égitest 4,6 milliárd éve létezik (a bizonytalanság mindössze 1 %). A kőzetek összetételében viszonylag sok eltérő tulajdonság mutatkozik a Földiekhez viszonyítva, különösen ami a magas olvadáspontú kőzeteket illeti. Az elméleteket tekintve teljesen kizárt annak a lehetősége, hogy a Hold a Földből szakadt ki, és az is, hogy befogás útján került Földkörüli pályára. E két égitest eltérő sűrűsége pedig azt bizonyítja, hogy a nagyobb sűrűségű Föld hamarabb kondenzálódott, ugyanakkor az eltérő kémiai összetétel azt látszik alátámasztani, hogy nem ugyanabban a fizikai-kémiai rendszerben alakultak ki. Feltételezések szerint a Hold a Naphoz közelebbi térrészben jött létre, csak később került a Föld környezetébe. Ezzel szemben viszont ellentmondani látszanak azok a megegyező eredmények, amelyek a Hold és a Föld kőzeteiben az oxigénizotópok előfordulási arányát mutatják. Sakknyelven szólva patthelyzet alakult ki az elméletek és a megfigyelési eredmények között, és további — valószínűleg még évtizedekig is eltartó —, részletekbe menő kutatásoktól várják a kérdés eldöntését. A jelenlegi nézetek szerint a Hold a Földtől nagy távolságban keringő bolygóközi törmelékanyagból kondenzálódott. Ez a távolság olyan lehetett, ahol a Föld gravitációja még fogva tartotta a kialakuló Holdat, de nem volt olyan közel, hogy jelentősen befolyásolta volna a kondenzálódási folyamatot. A Hold keletkezését valószínűleg nem választhatjuk el a Föld kialakulásának folyamatától, minden bizonnyal egyidejűleg egy kettős rendszer jött létre. A Hold kialakulását követő 200—300 millió évben a könnyű elemek (hidrogén, hélium) elillantak a világűrbe, így légkör híján, a kozmikus testek jelentős bombázásának volt kitéve. A legnagyobb becsapódások a 400—800 millió éves Hold időszakára esnek, amelyek a legnagyobb mélyedéseket idézték elő a felszínén. Ezeket a mélyedéseket öntötték el a valószínűleg belső eredetű megolvadt, magmatikus kőzetek, amelyek a mai tengereket alakították ki. Az utóbbi 3 milliárd évben a Hold lényegében változatlan égitest, „sebhelyes" kőarcában őrizve korai időszakának viharos emlékeit. Vajon mi lesz a Hold jövője? Az árapályerők és az impulzusnyomaték figyelembevételével a Föld; Hold rendszer legvalószínűbb jövője, hogy stabilizálódik a Hold pályája a mai pályaátmérö 1,59-szeres távolságában. Ekkor már kör alakú pályán fog keringeni és a Földről mintegy egyharmadszorta kisebbnek látnánk, mint ma. A Föld forgása is leáll, illetve megegyezik majd a Hold keringésidejével, ami 55 napot tesz majd ki. Előfordulhat azonban, hogy a Föld pálya módosulásai (külső tényezők hatására) olyan helyzetet teremtenek, hogy szorosabb lesz a Nap- Föld csatolási rendszer, ami miatt a Hold elszakadna a Földtől. Mind az első, mind pedig a második lehetőség bekövetkeztét aligha fogja az emberiség végigszemlélni, ugyanis ez olyan sokára történne meg, amennyi idő — még a legoptimálisabb becslések szerint sem — nem áll rendelkezésre a földi élet számára. BÖDÖK ZSIGMOND
