Gegevens van de reis van het NASA-ruimtevaartuig naar Jupiter suggereren dat Mars mogelijk stof in de interplanetaire ruimte werpt.

Kijk omhoog naar de nachtelijke hemel net voor zonsopgang, of na zonsondergang, en je zou een zwakke lichtkolom kunnen zien die zich vanaf de horizon uitstrekt. Die lichtgevende gloed is het dierenriemlicht, of zonlicht dat naar de aarde wordt gereflecteerd door een wolk van kleine stofdeeltjes die in een baan om de zon draaien. Astronomen hebben lang gedacht dat het stof in het binnenste zonnestelsel wordt gebracht door een paar families van asteroïden en kometen die zich van veraf wagen.

Maar nu, een team van Juno-wetenschappers stelt dat Mars mogelijk de boosdoener is. Ze publiceerden hun bevindingen in een paper van 9 maart in de Journal of Geophysical Research:Planeten . Een instrument aan boord van het Juno-ruimtevaartuig detecteerde bij toeval stofdeeltjes die het ruimtevaartuig insloegen tijdens zijn reis van de aarde naar Jupiter. De inslagen leverden belangrijke aanwijzingen op voor de oorsprong en de baanontwikkeling van het stof, het oplossen van enkele mysterieuze variaties van het dierenriemlicht.

Hoewel hun ontdekking grote gevolgen heeft, de wetenschappers die jarenlang kosmisch puin bestudeerden, waren daar niet op uit. "Ik had nooit gedacht dat we op zoek zouden zijn naar interplanetair stof, " zei John Leif Jørgensen, een professor aan de Technische Universiteit van Denemarken.

Jørgensen ontwierp de viersterrentrackers die deel uitmaken van Juno's magnetometeronderzoek. Deze camera's aan boord maken elke kwart seconde foto's van de lucht om de oriëntatie van Juno in de ruimte te bepalen door sterpatronen in zijn afbeeldingen te herkennen - een technische taak die essentieel is voor de nauwkeurigheid van de magnetometer.

Maar Jørgensen hoopte dat zijn camera's ook een onontdekte asteroïde in het oog zouden krijgen. Dus programmeerde hij één camera om dingen te rapporteren die in meerdere opeenvolgende afbeeldingen verschenen, maar niet in de catalogus van bekende hemellichamen stonden.

Hij verwachtte niet veel te zien:bijna alle objecten aan de hemel staan ​​in de sterrencatalogus. Dus toen de camera duizenden beelden van niet-identificeerbare objecten naar beneden begon te stralen - strepen die verschijnen en vervolgens op mysterieuze wijze verdwijnen - waren Jørgensen en zijn collega's verbijsterd. "We keken naar de beelden en zeiden:'Wat zou dit kunnen zijn?'" zei hij.

Jørgensen en zijn team beschouwden veel plausibele en enkele onwaarschijnlijke oorzaken. Er was de angstaanjagende mogelijkheid dat de sterrencamera een lekkende brandstoftank op Juno had opgemerkt. "Wij dachten, 'Er is echt iets mis, '" zei Jørgensen. "De beelden zagen eruit alsof iemand een stoffig tafelkleed uit het raam schudde."

Pas toen de onderzoekers de schijnbare grootte en snelheid van de objecten in de afbeeldingen berekenden, realiseerden ze zich eindelijk iets:stofkorrels waren om ongeveer 10 uur tegen Juno ingeslagen, 000 mijl (of 16, 000 kilometer) per uur, het afbreken van submillimeterstukken van ruimtevaartuigen. "Ook al hebben we het over objecten met maar een heel klein beetje massa, ze pakken een gemene klap uit, " zei Jack Connerney, Juno's hoofd van het magnetometeronderzoek en de plaatsvervangend hoofdonderzoeker van de missie, die is gebaseerd op NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Zoals later bleek, de nevel van puin kwam van Juno's uitgestrekte zonnepanelen - de grootste en meest gevoelige onbedoelde stofdetector die ooit is gebouwd.

"Elk stuk puin dat we hebben gevolgd, registreert de impact van een interplanetair stofdeeltje, waardoor we een stofverdeling langs Juno's pad kunnen samenstellen, " zei Connerney. Juno werd gelanceerd in 2011. Na een diepe ruimtemanoeuvre in de asteroïdengordel in 2012, het keerde terug naar het binnenste zonnestelsel voor een zwaartekrachthulp van de aarde in 2013, die het ruimtevaartuig naar Jupiter katapulteerde.

Connerney en Jørgensen merkten op dat de meeste stofinslagen werden geregistreerd tussen de aarde en de asteroïdengordel, met hiaten in de verdeling die verband houden met de invloed van de zwaartekracht van Jupiter. Volgens de wetenschappers dit was een radicale openbaring. Voor nu, wetenschappers hebben de verdeling van deze stofdeeltjes in de ruimte niet kunnen meten. Speciale stofdetectoren hebben beperkte verzamelgebieden gehad en dus een beperkte gevoeligheid voor een schaarse stofpopulatie. Ze tellen vooral de meer overvloedige en veel kleinere stofdeeltjes uit de interstellaire ruimte. In vergelijking, De uitgestrekte zonnepanelen van Juno hebben 1, 000 keer meer opvangoppervlak dan de meeste stofdetectoren.

Juno-wetenschappers hebben vastgesteld dat de stofwolk bij de aarde eindigt omdat de zwaartekracht van de aarde al het stof opzuigt dat in de buurt komt. "Dat is het stof dat we zien als dierenriemlicht, ' zei Jørgensen.

Wat de buitenrand betreft, ongeveer 2 astronomische eenheden (AU) van de zon (1 AU is de afstand tussen de aarde en de zon), het eindigt net voorbij Mars. Op dat punt, de wetenschappers melden, de invloed van de zwaartekracht van Jupiter werkt als een barrière, voorkomen dat stofdeeltjes vanuit het binnenste zonnestelsel de verre ruimte ingaan. Ditzelfde fenomeen, bekend als orbitale resonantie, werkt ook andersom waar het stof uit de verre ruimte blokkeert om het binnenste zonnestelsel binnen te gaan.

De diepgaande invloed van de zwaartekrachtbarrière geeft aan dat de stofdeeltjes zich in een bijna cirkelvormige baan rond de zon bevinden, aldus Jørgensen. "En het enige object dat we kennen in een bijna cirkelvormige baan rond 2 AU is Mars, dus de natuurlijke gedachte is dat Mars een bron is van dit stof, " hij zei.

"De verdeling van stof die we meten, komt beter overeen met de variatie van het dierenriemlicht die is waargenomen, " zei Connerney. De onderzoekers ontwikkelden een computermodel om het licht te voorspellen dat wordt gereflecteerd door de stofwolk, verspreid door zwaartekrachtinteractie met Jupiter die het stof in een dikkere schijf verstrooit. De verstrooiing hangt slechts af van twee grootheden:de stofneiging tot de ecliptica en de excentriciteit van de baan. Toen de onderzoekers de baanelementen van Mars inplugden, de verdeling voorspelde nauwkeurig de veelbetekenende signatuur van de variatie van het dierenriemlicht nabij de ecliptica. "Dat is, volgens mij, een bevestiging dat we precies weten hoe deze deeltjes in ons zonnestelsel draaien, "Connerney zei:"en waar ze vandaan komen."

Hoewel er nu goed bewijs is dat Mars, de stoffigste planeet die we kennen, is de bron van het dierenriemlicht, Jørgensen en zijn collega's kunnen nog niet verklaren hoe het stof aan de greep van de zwaartekracht van Mars heeft kunnen ontsnappen. Ze hopen dat andere wetenschappers hen zullen helpen.

Ondertussen, de onderzoekers merken op dat het vinden van de ware verdeling en dichtheid van stofdeeltjes in het zonnestelsel ingenieurs zal helpen bij het ontwerpen van ruimtevaartuigmaterialen die beter bestand zijn tegen stofinslagen. Het kennen van de precieze verdeling van stof kan ook leiden tot het ontwerp van vliegroutes voor toekomstige ruimtevaartuigen om de hoogste concentratie aan deeltjes te vermijden. Kleine deeltjes die met zulke hoge snelheden reizen, kunnen tot 1, 000 keer hun massa van een ruimtevaartuig.

De zonnepanelen van Juno zijn ontsnapt aan schade omdat de zonnecellen goed worden beschermd tegen impact op de achterkant - of donkere - kant van de array door de draagstructuur.