Hol van még nagy mennyiségű víz a világegyetemben?

Van-e, és ha igen, hol: víz, hó és jég a Földön kívül? Egyáltalán hol keletkezik a víz, és miért? 

Távcsöveink már megmutatták, hogy a világűr különböző szegleteiben nagyon sok megtalálható azokból a vízmolekulákból, amelyek a földi óceánokat alkotják. Többnyire azonban jég formájában. Ez persze nem csoda, tekintve a világegyetemben uralkodó hőmérsékleti viszonyokat.

De hogyan keletkezett a víz a világegyetemben és hogy hogy ilyen nagy mennyiségben van jelen?

Ahogy minden csillagászati történet, ez is az Ősrobbanással kezdődik. A nagy bumm után, amikor először csak egy óriási ősleves volt, és lassan elkezdett kihűlni a kezdetben nagyon forró quark-gluon plazma, létrejöttek az első hidrogén és hélium atomok, s néhány lítium is.

Ahogy egyre több lett belőlük, a gravitációnak köszönhetően hatalmas gázfelhők jöttek létre, amelyek a gravitációs nyomás hatására begyulladtak, és óriási csillagokká váltak. Ezekben a csillagokban pedig a nagy nyomáson és hőmérsékleten elkezdődött a hidrogénen és a héliumon kívüli további elemek kialakulása.

Egy csillag belsejében egészen a vasig bezárólag keletkezhetnek elemek. Ennél nehezebb elemek azonban csupán egy bizonyos csillagtömeg elérése után. Tehát az oxigén, ami a víz alkotóeleme, egy csillagban viszonylag korán és viszonylag gyakran keletkezik. A hidrogén, a víz másik alkotóeleme, pedig szinte mindenhol ott van.

Most már csak az kell – gondolhatnánk – hogy legyen egy megfelelően nagy energiájú szupernova robbanás, ami szétszórja az oxigént, hogy találkozhasson a hidrogénnel. Azonban a dolog nem ennyire egyszerű. 2018-ban egy számítógépes szimuláció kimutatta, hogy ehhez szükség van még arra is, hogy egy másik szupernóva robbanásból ott maradt köd is ott legyen a robbanás közelében.

Egy ilyen felhő ugyanis nem csupán megnöveli a részecskeütközések számának a lehetőségét, de megvédi a kialakult víz molekulákat az UV sugaraktól is, amik azonnal újra oxigénné és hidrogénné bontanák fel őket. Ugyanakkor ezek a ködök biztosítják a 100 Celsius foknál melegebb, de nem túl forró hőmérsékletet is a vízmolekulák kialakulásához a szupernova robbanás során ezekben a nagy gázhalmazokban.

Infravörösben látszik a rengeteg óceánnyi víz

A víz jelenlétét a világűrben egyébként az infravörös tartományban működő távcsövek tudják a legjobban kimutatni. A most felbocsátott James Webb is főleg ilyen tartományban fog dolgozni. Az egyik ilyen távcső, az Infrared Space Observatory (ISO), például az Orion-ködben a fiatal születő csillagok szomszédságában azt is megfigyelte, hogy ott olyan vegyi üzemek működnek, amelyek a Föld vízkészletének a hatvanszorosát termelik minden egyes földi nap alatt.

A molekuláris ködök sűrű régióiban tehát rengeteg víz található nagyon sokszor jég formájában, amin nem csodálkozhatunk, hiszen a hőmérséklet a világűr ezen régióiban -263 Celsius fokig is lehűlhet. Itt a vízjég a porszemcsékkel és más molekulákkal ütközve nagyobb rögöket hoz létre, amelyekben a domináns víz mellett metanol, ammónia, szénmonoxid és széndioxid van jelen a leggyakrabban.

A jelenlegi teleszkópok megfigyelései ezt támasztják alá: adataik szerint a csillagközi térben található jég meglepően nagy hányadát, 60-70 százalékát vízjég teszi ki. Önmagában viszont ritkán található meg az univerzum csillagközi tereiben, zömében porral, kőzetekkel és más jegekkel együtt keveredik. Így csupán egy köves hógolyót tudnánk belőle készíteni, tehát a hógolyózás kiesik. Jöjjünk hát egy kicsit közelebb Földünkhöz.

A születő csillagok, és azon belül is a viszonylag stabil csillagok körül, mint a mi Napunk, a keletkezésük idején a körülöttük található porból és jégből bolygók és holdak jöttek létre.  Ezek tartalmazták a porfelhőben a kialakulásukkor ott lévő nagy vízmennyiséget. Így ezeken a helyeken már nagyobb esélyünk lehet tiszta vizet és vízjeget is találni. S talán még havat is.

A csillaghoz, így a Napunkhoz közeli bolygókon persze kevésbé, attól távolodva azonban egyre nagyobb eséllyel.

Tehát nemcsak, hogy a világűr nem száraz, mert a csillagbölcsők és a meteoritok is tartalmazhatnak nagy mennyiségű, különböző formájú vizet, de egyre valószínűbb, hogy a Naprendszerben is több víz van, mint azt még nem is olyan rég gondoltuk.

Az, hogy van-e egy bolygón vízjég, vagy víz, az nagyrészt a napjától való távolságától függ – minél közelebb van hozzá, annál nagyobb eséllyel párolog el róla a jég és a víz a kialakulása után, és marad olyan száraz, mint a Merkúr. (Bár az utóbbi idők kutatásai azt mutatják, hogy még a Naphoz legközelebbi bolygó, a Merkúr, pólusokhoz közeli néhány mély kráterében is megmaradhatott némi jég).

A fekete jég titka

A víz megmaradása attól is nagymértékben függ, hogy milyen nagy maga a bolygó, vagy a hold, azaz mekkora a gravitációja: meg tudja-e a tartani a felszínén a vizet, és mekkora a belsejében a nyomás. Ugyanis, ha elég nagy, akkor ezen a nagy nyomáson létrejöhet az úgynevezett fekete jég. Ez egy nagyon forró, kristályrácsba rendeződött jég. A fekete jég csupán 4700 Celsius-fokon olvad meg, és ha tudnánk belőle jégkockát készíteni, az négyszer annyit nyomna, mint mondjuk egy északi sarkon található jégből készített jégkocka. Ez a jég még szuperionos tulajdonságokkal is rendelkezik, azaz vezeti az elektromosságot. És bár azt gondolnánk, hogy ez igen ritka lehet, egyes kutatók szerint ez a vízforma lehet az egyik leggyakoribb az univerzumban. A Naprendszerünkben is ott lehet. A jelenlegi elméletek szerint 8000 méter mélyen, és onnan további mélységekbe merülve az Uránusz és a Neptunusz belsejében is rátalálhatunk. Persze tudjuk, hogy ezt senki nem élné túl. Csak a szuperionos jég.

Valószínűleg ennek a fekete jégnek köszönhető az is, hogy ezeknek a bolygóknak a mágneses pólusosságát nem lehet olyan erősen érzékelni, mint másokénak, így a Földének, mert ez a szuperionos jég leárnyékolja.

Az eddigiekből látszik, hogy vízjég nem csupán az olyan komfortos környezetben fordulhat elő, mint a Föld. Nagy nyomáson, forróbb helyeken, vagy olyan kietlen környezetben is, mint a Merkúron, de akár a Holdon is, ahol legutóbb több mint két méter mélyen, negyven újabb kráterben találtak nemrég vízjeget, s így összesen körülbelül 600 millió tonnára becsülik a bolygókísérőnkön található víz mennyiségét. Egyébként itt a napszél protonjai a kőzetek fémoxidjaival találkozva a felszínen is hozhatnak létre finom vízrétegeket a NASA kutatói szerint.

A legutóbbi adatok a Marson is azt valószínűsítik, hogy régen Földünkhöz hasonló hatalmas óceánok hullámoztak rajta. Akkoriban még vastagabb volt a légköre, amit idővel elveszített, így lehűlt. Így vizet jelenlegi ismereteink szerint csupán jég formájában találhatunk rajta.  A bolygón annyira hideg van, hogy még a széndioxid is megfagy rajta, ennélfogva széndioxid jégből, azaz szárazjégből is bőven található itt.

A marsi nyarakon ez elpárolog, így egyfajta körforgást hozva létre. Tehát hiába van a Mars mindkét sarkán állandó jégtakaró, amely főleg vízjégből áll (az északi póluson 1000 km átmérőjű), friss hó a hagyományos értelemben nem hullik, így itt is nehéz lenne hóembert építeni. Hacsak nem széndioxid hóból. A Mars Reconnaissance Orbiter ugyanis lefotózta 2017-ben a bolygó északi pólusa körüli dűnéken a frissen esett széndioxid havat. Ebből valószínűleg azért nem lehetne hógolyót készíteni, mert a CO2 a szilárd jégből felmelegítés hatására azonnal gázzá válik. Márpedig a hógolyó készítésnél és a hó összetapadásánál elengedhetetlen a hóban egy minimális folyékony fázis megléte is, ami összetapasztja a hókristályokat, ez pedig itt elképzelhetetlen.

Korcsolyázni inkább lehet a Naprendszerben

Ezért máshol kell keresgélnünk hó után. A Jupiternek, bár van óceánja, ráadásul sokkal nagyobb, mint a Földnek, ám ez a nagy nyomás miatt hidrogén gázból áll és a bolygó belsőbb rétegeiben található. A felső légrétegei ammónia jégkristályokat tartalmaznak, az alsóbbak pedig valószínűleg vízjeget és vízpárát is. Így a Jupiter sem a legideálisabb hógolyó készítésre. Ahogy a többi gázbolygó sem, akármilyen sok jeget is tartalmaznak.

Érdemesebb inkább a holdjaikon próbálkoznunk. Például az Európán, amely a NASA érdeklődését is felkeltette. A Jupiter vasmaggal rendelkező holdján egy hatalmas, sós óceán található, amelyet egy vastag jégréteg borít. Azonban miután a felszíni hőmérséklet itt is -220 és -160 Celsius-fok között van, miközben sokak szerint a jég alatti óceánokban élet is lehet, a felszínen aligha tudnánk hógolyót gyúrni. Bár, ha eljut majd oda egy emberi misszió, lehet, hogy ezt megcáfolja.

Egy kicsit odébb, nem túl messze, a szomszédos Ganymedes holdhoz utazva is találhatunk a tudósok szerint egy óceánt a felszín alatt, két vastag jégréteg között. A hold pólusain pedig  jégsapkákat, de a bolygó magjában lévő, úgynevezett vas havon kívül még itt sem észleltek havat.

S bár a Naptól távolabb keringő Szaturnusz gyűrűinek tömegének 90 százalékát is víz teszi ki, itt is inkább a holdakon érdemes körülnézni. Az itt keringő hatvan hold nagy részén, többnyire jég formájában szintén található víz. Például a Mymas és Tethys szinte teljes mértékben csak vízjégből áll, míg a Iapetus és a Rhea 75 százalékban, a Dione, az Enceladus és a Titan pedig körülbelül 50 százalékban vízjégből épül fel.  Igaz, a legtöbb itteni hold felszíne -170 Celsius fokos, a vízjég pedig kőzet keménységű rajtuk. Így tovább kell keresnünk, hogy mely másik űrbéli objektumon tudnánk hógolyózni. Az Encaladus egyébként sem lenne túl biztonságos, mert teljesen kiszámíthatatlan helyeken állandóan jéggejzírek törnek fel rajta.

És bár az üstökösöket nagy jégtartalmuk, és számottevő portartalmuk miatt koszos hógolyóknak is hívják, a belsejük valószínűleg pihe-puha. A külső részük ezzel szemben jeges, poros, és sziklás. Ezért nehezen feltételezhető, hogy bármelyik ismerősünk örülne neki, ha üstökösökkel akarnánk eltalálni. Ráadásul gyorsan is haladnak, s a Naprendszerünkben körülbelül ezret ismernek, Illetve most már eggyel, a Sárneczky-üstökössel többet, amelyet a napokban fedezett fel Sárneczky Krisztián, magyar csillagász.

Tehát hiába száguld számtalan koszos hógolyó a világűrben, igazi, hógolyónak való havat egyelőre csak a Földön találhatunk, és valljuk be, egyszerűbb is kimenni a kertbe gyúrni egyet, vagy felmenni a hegyekbe, mint egy másik bolygóra utazni érte. Ráadásul az űrbe nem biztos, hogy a barátaink is elkísérhetnének, és ki szeret egyedül hógolyózni? Most már csak egy jókora hóesés kellene!