Az ELKH-ELTE Asztropolarimetria Kutatócsoport képalkotó polarimetriával mérve vizsgálja a bolygóközi por által szórt napfény polarizációs mintázatait a Föld–Hold rendszer L4 és L5 Lagrange-pontjában. A kutatócsoport e módszerrel bizonyította a korábban sok csillagász által kétségbe vont Kordylewski-porhold létezését a Föld–Hold rendszer L4 Lagrange-pontjában. A kutatás eredményéről szóló tanulmányukat a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society szaklapban közölték.
Egy közös tömegközéppontjuk körül keringő égitestpár gravitációs terében Leonhard Euler 1767-ben fedezte fel a keringési síkbeli L1, L2 és L3, Louis Lagrange pedig néhány évvel később az L4 és L5 egyensúlyi pontokat. Ha ezen öt pontba megfelelő kezdősebességgel egy testet helyezünk, akkor e harmadik test az égitestpárral azonos szögsebességgel együtt kering, miközben a relatív pozíciója nem módosul. Megfelelő tömegarányok mellett az L4 és L5 pontok stabilak, vagyis a harmadik test – nem túl nagy mértékben kimozdítva belőlük – úgynevezett librációs mozgást végez e pontok közelében maradva. Ezáltal mindkét Lagrange-pont „égi porszívóként” csapdába tudja ejteni a hozzá nem túl nagy sebességgel közeledő bolygóközi port vagy akár aszteroidát. Ugyanakkor az L1, L2 és L3 pontok mindig instabilak, azaz kimozdítva belőlük a harmadik testet, az kezdetben lassan, majd egyre gyorsabban eltávolodik tőlük. Ha a harmadik test a másik két testhez képest elhanyagolható tömegű, akkor az L4 és L5 pontok stabilitása csak a két nagy test tömegarányától függ. A Föld és a Hold olyan tömegarányú, hogy az L4 és L5 pontjaik stabilak, tehát ott összegyűlhetnek a bolygóközi részecskék.
Emiatt kezdte el keresni Kazimierz Kordylewski lengyel csillagász a Föld–Hold rendszer L4 és L5 pontjainál az esetlegesen felgyülemlett porhalmazt. Miután Kordylewski 1961-ben szabad szemmel megfigyelt, majd fotometriával is kimutatott két igen gyenge fényű porfelhőt az L5 pont körül, számos csillagász is elkezdett nyomozni az éjszakai égbolton a Kordylewskiről elnevezett porhold után mind az L5, mind az L4 pontok környékén. E több évtizedes vizsgálódás során néhányan észlelték, mások viszont nem tudták kimutatni a porholdat egyik, másik vagy akár mindkét pont közelében. Így alakult ki a csillagászközösség egy részében az a szkeptikus vélemény, hogy habár a Kordylewski-porholdak létezhetnek, fotometriai észlelésük nem kellőképpen bizonyított, továbbá fennmaradásuk is bizonytalan, mert az L4 és L5 pontok elméleti stabilitását – vagyis a Föld és a Hold mindkét pont környéki együttes gravitációs csapdázóképességét – a Nap gravitációs perturbációja leronthatja.
Ebben a patthelyzetben fordulópontot jelentett, amikor 2017. augusztus 17. és 18. éjjelén egy képalkotó polariméterrel ellátott, nagylátószögű csillagászati távcsővel ELTE-s kutatóknak két egymást követő alkalommal sikerült mérniük az L5 pont körüli Kordylewski-porhold lineáris polarizációs mintázatát (ELTE-s kutatók igazolták a Kordylewski-porhold létezését). A bolygóközi por által szórt napfény polarizációjának éjszakai észlelésében hatékonynak bizonyult a csillagászati polarimetria, azonban ennek magyarországi alkalmazását az országunkra jellemző igen kedvezőtlen asztroklíma gátolja. Egyrészt hazánkban kevés a csillagászatilag fényszennyezésmentes hely, másrészt pedig egy éven belül csupán közel tíz olyan éjszaka adódik, amikor a felhőtlen égbolt kedvezően aeroszolszegény, és a Föld–Hold rendszer L4 vagy L5 Lagrange-pontja a holdmentes égbolton tartózkodik. E probléma kiküszöbölése céljából a bolygóközi por poláros szórt fényének vizsgálatát kedvező asztroklímájú helyszíneken, például száraz sivatagokban érdemes folytatni egy hordozható, nagylátószögű, polariméterrel fölszerelt teleszkóppal.
Ebből a célból 2022. július 1-én Horváth Gábor professzor vezetésével, valamint Slíz-Balogh Judit, Mádai Attila és Sári Pál kutatók részvételével megalakult az ELKH és az ELTE közös Asztropolarimetria Kutatócsoportja, amely megkezdte egy hordozható polarizációs távcső építését. A kutatók a következő öt évben a namíbiai sivatag ISABIS Astro Lodge asztrofarmján tervezik mérni a bolygóközi por polarizációs sajátságainak változását és dinamikáját. Amíg e távcső elkészül és elkezdődhetnek vele a sivatagi megfigyelések, addig a csoport egyik csillagász tagja, Slíz-Balogh Judit vezetésével a badacsonytördemici magánobszervatóriumban működő polarizációs teleszkóppal zajlanak a polarimetriai mérések. Ezzel a távcsővel 2021. október 31-én éjjel harmadszorra észlelték az L5 Lagrange-pontnál a Kordylewski-porholdat, és 2022. július 3-án éjszaka pedig első alkalommal az L4 Lagrange-pont körüli porholdat (1. ábra). Ezen új polarimetriai észlelések eloszlathatják a Föld és a Hold L4 és L5 pontjainál kialakult Kordylewski-porholdak létezése körüli kételyeket.
1. ábra: A Föld–Hold rendszer L4 és L5 Lagrange-pontja körül képalkotó asztropolarimetriával észlelt Kordylewski-féle porholdak (KPH) égi geometriája, valamint p lineáris polarizációfokának és α polarizációszögének mintázatai a Hold keringési síkjában. (A-D) 22:00:34 GMT (greenwichi középidő), 2022. július 3., porhold fázisa: 65%, fázisszög: 72.4o, képközép: RA (rektaszcenzió) = 14 óra 11 perc 3.89 másodperc, DE (deklináció) = -11o 39' 10.65". (E-H) 23:02:52 GMT, 2021. október 31., porhold fázisa: 65%, fázisszög: 73.1o, képközép: RA = 7 óra 9 perc 26.57 másodperc, DE = 26o9'40.3". Az L4 és L5 pontok helyét kék pontok jelölik. Az α-mintázatokon a fehér pálcikák a helyi polarizációirányt mutatják. A sárga szórási síkra merőleges irányt a fehér egyenes szemlélteti. A porholdak főbb foltjainak körvonalát piros, illetve fehér zárt görbék jelzik a p- és α-mintázatokon.
Publikáció:
Judit Slíz-Balogh, Attila Mádai, Pál Sári, András Barta, Gábor Horváth (2022) First polarimetric evidence of the existence of the Kordylewski dust cloud at the L4 Lagrange point of the Earth-Moon system. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 518 (4): 5236-5241 (doi: 10.1093/mnras/stac3429)