science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Satelliet in de achtertuin van de zon ontrafelt de oorsprong van interplanetair stof

Wat hebben vallende sterren en de veiligheid van astronauten gemeen?

Beide komen voort uit de submicroscopische rotsfragmenten die overal in het zonnestelsel worden gevonden, soms interplanetair stof genoemd.

Wanneer deze deeltjes botsen met de atmosfeer van de aarde, ze creëren meteoren, beter bekend als vallende sterren, terwijl de (meestal) microscopisch kleine fragmenten verdampen en vlammende sporen door de lucht achterlaten. Als ze in botsing komen met astronauten, ze kunnen gaten in ruimtepakken prikken - of erger. Het begrijpen van de bronnen en patronen van dit interplanetaire stof is daarom erg belangrijk voor NASA, terwijl het plannen maakt voor missies naar de maan, Mars en verder.

Tijdens zijn omwentelingen rond de zon, het Parker Solar Probe-ruimtevaartuig, de missie die dichter bij de zon komt dan wat dan ook in de ruimtevaartgeschiedenis, wordt gebombardeerd door deze stofdeeltjes. Bij het neerstorten op het ruimtevaartuig, de kleine korrels - sommige zo klein als een tienduizendste millimeter - verdampen en geven een wolk van elektrisch geladen deeltjes vrij die kunnen worden gedetecteerd door FIELDS, een reeks instrumenten ontworpen om elektrische en magnetische velden te detecteren.

Een paar kranten die deze week in Het planetaire wetenschappelijke tijdschrift gebruik FIELDS-gegevens om de "zodiacal cloud, " de verzamelnaam voor deze kleine deeltjes.

"Elk zonnestelsel heeft een dierenriemwolk, en we kunnen die van ons echt verkennen en begrijpen hoe het werkt, " zei Jamey Szalay, een geassocieerd onderzoeker in astrofysische wetenschappen aan Princeton, die de hoofdauteur is van een van de artikelen. "Als we de evolutie en dynamiek van onze dierenriemwolk begrijpen, kunnen we elke dierenriemobservatie die we rond een ander zonnestelsel hebben gezien, beter begrijpen."

De dierenriemwolk verstrooit zonlicht op een manier die met het blote oog kan worden gezien, maar alleen op zeer donkere, heldere nachten, zoals maanlicht of licht van steden het allebei gemakkelijk overtreffen. Het dikst bij de zon en het dunst bij de randen van het zonnestelsel, de dierenriemwolk ziet er met het blote oog glad uit, maar infrarode golflengten onthullen heldere strepen en linten die terug te voeren zijn op hun bronnen:kometen en asteroïden.

Met gegevens van Parker's eerste zes banen, samen met computermodellering van de deeltjesbeweging in het binnenste zonnestelsel, Szalay en zijn collega's ontwarden die strepen en linten om twee verschillende stofpopulaties in de dierenriemwolk te onthullen:de kleine korrels die duizenden tot miljoenen jaren lang in de richting van de zon bewegen, bekend als alfa-meteoroïden; en dan, naarmate de wervelende wolk dichter wordt, de grotere korrels botsen en creëren steeds kleinere fragmenten die bekend staan ​​​​als bèta-meteoroïden die vervolgens door de druk van zonlicht van de zon worden weggeduwd.

Ja, zonlicht.

En niet zomaar een duwtje geven, of. "Als een fragment klein genoeg wordt, stralingsdruk - zonnelicht - is eigenlijk sterk genoeg om het uit het zonnestelsel te blazen, ' zei Szalay.

"Het bestaan ​​van zulke kleine korrels werd herhaaldelijk gemeld uit speciale stofmetingen van ruimtevaartuigen in het gebied tussen aarde en Mars, maar nooit in het binnenste zonnestelsel waar men dacht dat deze deeltjes afkomstig waren, " zei Harald Krüger, een zodiakaal stof expert bij het Max Planck Institute for Solar System Research en een co-auteur van Szalay's paper. "Dus, het FIELDS-instrument biedt een nieuw venster om deze door zonnelicht aangedreven stofdeeltjes dicht bij hun brongebied te bestuderen."

FIELDS ontdekte ook een smalle stroom deeltjes die uit een discrete bron leken te komen, vormt een delicate structuur in de zodiacale stofwolk. Om deze derde component te begrijpen, Szalay ging terug naar de oorsprong van het dierenriemstof:kometen en asteroïden.

kometen, met stof gevulde sneeuwballen die door ons zonnestelsel reizen in lange, elliptische banen, stoten grote hoeveelheden stof uit wanneer ze dicht genoeg bij de zon komen om hun ijs en droogijs te laten verdampen. asteroïden, grote en kleine rotsen in een baan om de zon tussen Mars en Jupiter, stof afgeven wanneer ze met elkaar botsen. Sommige van deze korrels worden in elke richting afgeslagen, maar de meesten zitten gevangen in de banen van hun ouderlichaam, legde Szalay uit, wat betekent dat in de loop van duizenden banen, het spoor van een komeet wordt meer een onverharde weg dan een leeg pad met één glanzende bol en een helder spoor. (Meer dan miljoenen banen, de korrels zullen zich buiten hun baanbaan verspreiden, samensmelten met de zodiakale achtergrondwolk.)

Szalay verwijst naar deze met stof bezaaide paden als "buizen" van kometen of asteroïde puin. "Als de aarde ergens door die buis gaat, we krijgen een meteorenregen, " hij zei.

Hij theoretiseerde dat de Parker Solar Probe mogelijk door een van deze is gereisd. "Misschien is er een dichte buis die we op geen andere manier konden waarnemen dan door Parker er letterlijk doorheen te vliegen en erdoor gezandstraald te worden, " hij zei.

Maar de buizen die het dichtst bij Parker's pad waren, leken niet genoeg materiaal te hebben om de datapiek te veroorzaken. Dus stelde Szalay een andere theorie voor. Misschien een van deze meteoroïde buizen - hoogstwaarschijnlijk de Geminiden, die elk jaar in december een van de meest intense meteorenregens op aarde veroorzaakt - botste met hoge snelheden tegen de binnenste zodiakale wolk zelf. De inslagen tussen de buis en het stof van de dierenriem kunnen grote hoeveelheden bètameteoroïden produceren die niet in willekeurige richtingen afschieten. maar zijn geconcentreerd in een smalle reeks paden.

"We hebben dit een 'bètastream' genoemd, ' wat een nieuwe bijdrage aan het veld is, " zei Szalay. "Deze bètastromen zullen naar verwachting een fundamenteel fysiek proces zijn bij alle circumstellaire planetaire schijven."

"Een van de belangrijke aspecten van dit artikel is het feit dat Parker Solar Probe het eerste ruimtevaartuig is dat zo dicht bij de zon komt dat het de gebieden binnendringt waar wederzijdse deeltjesbotsingen het meest voorkomen, " zei Petr Pokorný, een zodiacal cloud-modelleur met NASA en de Katholieke Universiteit van Amerika, die een co-auteur was op Szalay's paper. "Onderlinge botsingen tussen deeltjes zijn niet alleen belangrijk in ons zonnestelsel, maar in alle exosolaire systemen. Dit artikel geeft de modellengemeenschap een uniek inzicht in dit voorheen onontgonnen terrein."

"Parker beleefde in wezen zijn eigen meteorenregen, "Zei Szalay. "Het vloog door een van die buizen van materiaal, of het vloog door een bètastroom."

De stroom werd ook opgemerkt door Anna Pusack, vervolgens een undergraduate aan de Universiteit van Colorado-Boulder. "Ik zag deze wigvormige vorm in mijn gegevens, en mijn adviseur, David Malaspina, stelde voor dat ik het werk aan Jamey presenteerde, "zei ze. "De wigvorm leek te wijzen op een sterke spray, of wat Jamey een beta-stream noemde in zijn nieuwe modellen, van kleine deeltjes die het ruimtevaartuig op een zeer gerichte manier raken. Dit was ongelooflijk voor mij, om de gegevens die ik had geanalyseerd te koppelen aan theoretisch werk aan de andere kant van het land. Voor een jonge wetenschapper het leidde echt tot alle opwinding en mogelijkheden die kunnen voortvloeien uit collaboratief werk."

Pusack is de hoofdauteur van het artikel dat samen met dat van Szalay wordt gepubliceerd. "Deze papieren gaan echt hand in hand, " zei ze. "De gegevens ondersteunen de modellen, en de modellen helpen de gegevens te verklaren."

"Dit is een enorme bijdrage aan ons begrip van de dierenriemwolk, de omgeving van stof in de buurt van de zon in bredere zin, en de stofrisico's voor NASA's Parker Solar Probe-missie, " zei David McComas, een professor in astrofysische wetenschappen aan de Princeton University en de vice-president van het Princeton Plasma Physics Laboratory, wie is de hoofdonderzoeker voor ISʘIS, een ander instrument aan boord van Parker Solar Probe, en voor de komende Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) missie.