• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Satellit i solens bakgård avslöjar ursprunget till interplanetärt damm

    Vad har stjärnfall och astronautsäkerhet gemensamt?

    Båda härstammar från de submikroskopiska stenfragmenten som finns i hela solsystemet, kallas ibland interplanetärt damm.

    När dessa partiklar kolliderar med jordens atmosfär, de skapar meteorer, mer känd som stjärnfall, eftersom de (vanligtvis) mikroskopiska fragmenten förångas och lämnar flammande spår genom luften. När de kolliderar med astronauter, de kan punktera hål i rymddräkter — eller ännu värre. Att förstå källorna och mönstren för detta interplanetära stoft är därför mycket viktigt för NASA, när den planerar för uppdrag till månen, Mars och bortom.

    Under sina varv runt solen, rymdfarkosten Parker Solar Probe, uppdraget går närmare solen än något annat i rymdfartens historia, bombarderas av dessa dammpartiklar. När man kraschar mot rymdfarkosten, de små kornen – några så små som en tiotusendels millimeter i diameter – förångas och frigör ett moln av elektriskt laddade partiklar som kan detekteras av FIELDS, en uppsättning instrument utformade för att detektera elektriska och magnetiska fält.

    Ett par tidningar som publiceras denna vecka i The Planetary Science Journal använd FIELDS-data för att ta en närmare titt på "zodiakalmolnet, "den samlade termen för dessa små partiklar.

    "Varje solsystem har ett zodiakmoln, och vi får faktiskt utforska vårt och förstå hur det fungerar, " sa Jamey Szalay, en biträdande forskare i astrofysiska vetenskaper vid Princeton som är huvudförfattare på en av tidningarna. "Att förstå utvecklingen och dynamiken i vårt zodiakalmoln kommer att göra det möjligt för oss att bättre förstå varje zodiakalobservation vi har sett runt något annat solsystem."

    Zodiakalmolnet sprider solljus på ett sätt som kan ses med blotta ögat, men bara i mycket mörker, klara nätter, som månsken eller ljus från städer båda lätt överglänser det. Tjockast nära solen och tunnast nära solsystemets kanter, zodiakalmolnet ser slätt ut med blotta ögat, men infraröda våglängder avslöjar ljusa ränder och band som kan spåras tillbaka till deras källor:kometer och asteroider.

    Med data från Parkers första sex banor, tillsammans med datormodellering av partikelrörelsen i det inre solsystemet, Szalay och hans kollegor lossnade dessa ränder och band för att avslöja två olika populationer av damm i zodiakalmolnet:De små kornen som ständigt så sakta spiralerar in mot solen under tusentals till miljoner år, känd som alfa-meteoroider; och då, när det virvlande molnet blir tätare, de större kornen kolliderar och skapar allt mindre fragment som kallas beta-meteoroider som sedan trycks bort från solen av trycket från solljus.

    Ja, solljus.

    Och inte bara knuffade lite, antingen. "När ett fragment blir tillräckligt litet, strålningstrycket – solljus – är faktiskt tillräckligt starkt för att blåsa ut det ur solsystemet, " sa Szalay.

    "Förekomsten av sådana små korn rapporterades upprepade gånger från dedikerade rymdskeppsdammmätningar i området mellan jorden och Mars, men aldrig i det inre solsystemet där dessa partiklar troddes ha sitt ursprung, sa Harald Krüger, en zodiakal dammexpert med Max Planck Institute for Solar System Research och en medförfattare på Szalays papper. "Således, FIELDS-instrumentet erbjuder ett nytt fönster för att studera dessa solljusdrivna dammpartiklar nära deras källregion."

    FIELDS upptäckte också en smal ström av partiklar som verkade frigöras från en diskret källa, bildar en delikat struktur i zodiakens dammmoln. För att förstå denna tredje komponent, Szalay gick tillbaka till ursprunget till zodiakaldammet:kometer och asteroider.

    kometer, dammfyllda snöbollar som färdas genom vårt solsystem under långa, elliptiska banor, kasta ut rikliga mängder damm när de kommer tillräckligt nära solen för att börja förånga sin is och torris. Asteroider, stora och små stenar som kretsar runt solen mellan Mars och Jupiter, släpper ut damm när de kolliderar med varandra. Vissa av dessa korn slås av åt vilket håll som helst, men de flesta är fångade i sin moderkropps banor, förklarade Szalay, vilket betyder att under loppet av tusentals omlopp, en kometspår blir mer som en grusväg än en tom stig med en lysande klot och ett ljust stig. (Över miljontals banor, kornen kommer att spridas bortom sin omloppsbana, smälter in i zodiakens bakgrundsmoln.)

    Szalay hänvisar till dessa dammbeströdda vägar som "rör" av komet- eller asteroidskräp. "Om jorden korsar det röret någonstans, vi får en meteorregn, " han sa.

    Han teoretiserade att Parker Solar Probe kan ha rest genom en av dessa. "Kanske finns det ett tätt rör som vi bara inte kunde ha observerat på något annat sätt än att Parker bokstavligen flyger igenom och blir sandblästrad av det, " han sa.

    Men rören närmast Parkers väg verkade inte ha tillräckligt med material för att orsaka dataspiken. Så Szalay föreslog en annan teori. Kanske ett av dessa meteoroidrör - troligen Geminiderna, som varje december orsakar en av jordens mest intensiva meteorregnar – kolliderade i höga hastigheter mot själva det inre zodiakalmolnet. Stöten mellan röret och zodiakaldamm kan producera stora mängder beta-meteoroider som inte sprängs av i slumpmässiga riktningar, men är fokuserade på en smal uppsättning vägar.

    "Vi har kallat detta för en 'beta-stream, som är ett nytt bidrag till området, "Szalay sa. "Dessa betaströmmar förväntas vara en grundläggande fysisk process på alla cirkumstellära planetariska skivor."

    "En av de viktiga aspekterna av den här artikeln är det faktum att Parker Solar Probe är den första rymdfarkosten som når så nära solen att den penetrerar de områden där inbördes partikelkollisioner är de vanligaste, sa Petr Pokorný, en zodiakal molnmodellerare med NASA och Catholic University of America, som var medförfattare på Szalays tidning. "Ömsesidiga partikelkollisioner är viktiga inte bara i vårt solsystem, men i alla exosolar system. Den här artikeln ger modellgemenskapen en unik inblick i detta tidigare okända territorium."

    "Parker upplevde i huvudsak sin egen meteorregn, ", sa Szalay. "Antingen flög den genom ett av de där materialrören, eller så flög den genom en beta-stream."

    Bäcken sågs också av Anna Pusack, sedan en grundutbildning vid University of Colorado-Boulder. "Jag såg den här killiknande formen i mina data, och min rådgivare, David Malaspina, föreslog att jag skulle presentera verket för Jamey, " sa hon. "Kilformen verkade tyda på en stark spray, eller vad Jamey kallade en beta-stream i sina nya modeller, av små partiklar som träffar rymdfarkosten på ett mycket riktat sätt. Detta var otroligt för mig, att koppla de data jag hade analyserat till teoretiskt arbete som gjorts på andra sidan landet. För en ung forskare, det väckte verkligen all spänning och möjlighet som kan komma från samarbete."

    Pusack är huvudförfattare på tidningen som publiceras tillsammans med Szalay's. "Dessa papper går verkligen hand i hand, " sa hon. "Datan stöder modellerna, och modellerna hjälper till att förklara data."

    "Detta är ett enormt bidrag till vår förståelse av zodiakens moln, dammmiljön nära solen mer allmänt, och dammriskerna för NASA:s Parker Solar Probe-uppdrag, sa David McComas, en professor i astrofysiska vetenskaper vid Princeton University och vicepresident för Princeton Plasma Physics Laboratory, som är huvudutredare för ISʘIS, ett annat instrument ombord på Parker Solar Probe, och för det kommande uppdraget Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP).


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com