Precis som damm samlas i hörn och längs bokhyllor i våra hem, damm samlas också i rymden. Men när dammet lägger sig i solsystemet, det är ofta i ringar. Flera dammringar kretsar runt solen. Ringarna spårar planeternas banor, vars gravitation drar damm på plats runt solen, när den driver förbi på väg mot solsystemets centrum.

Dammet består av krossade rester från bildningen av solsystemet, för cirka 4,6 miljarder år sedan – spillror från asteroidkollisioner eller smulor från flammande kometer. Damm sprids i hela solsystemet, men den samlas vid korniga ringar som ligger över jordens och Venus banor, ringar som kan ses med teleskop på jorden. Genom att studera detta damm - vad det är gjort av, var det kommer ifrån, och hur den rör sig genom rymden – forskare söker ledtrådar för att förstå planeternas födelse och sammansättningen av allt vi ser i solsystemet.

Två färska studier rapporterar nya upptäckter av stoftringar i det inre solsystemet. En studie använder NASA-data för att skissera bevis för en dammring runt solen i Merkurius omloppsbana. En andra studie från NASA identifierar den troliga källan till dammringen vid Venus omloppsbana:en grupp aldrig tidigare upptäckta asteroider som kretsar runt planeten.

"Det är inte varje dag man får upptäcka något nytt i det inre solsystemet, sa Marc Kuchner, en författare på Venus-studien och astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det här är precis i vårt kvarter."

Ännu en ring runt solen

Guillermo Stenborg och Russell Howard, båda solforskarna vid Naval Research Laboratory i Washington, D.C., gav sig inte ut för att hitta en dammring. "Vi hittade det av en slump, sa Stenborg, skrattande. Forskarna sammanfattade sina resultat i en artikel publicerad i The Astrophysical Journal den 21 november, 2018.

De beskriver bevis på ett fint dis av kosmiskt stoft över Merkurius bana, bildar en ring cirka 9,3 miljoner miles bred. Merkurius—3, 030 miles bred, precis tillräckligt stor för att det kontinentala USA ska kunna sträcka sig över – vadar genom denna stora dammstig när den cirklar runt solen.

Ironiskt, de två forskarna snubblade över dammringen när de sökte efter bevis på ett dammfritt område nära solen. På något avstånd från solen, enligt en decennier gammal förutsägelse, stjärnans mäktiga värme borde förånga damm, sopa rent ett helt utrymme. Att veta var denna gräns går kan berätta för forskare om själva dammets sammansättning, och antyda hur planeter bildades i det unga solsystemet.

Än så länge, inga bevis har hittats för dammfritt utrymme, men det beror delvis på att det skulle vara svårt att upptäcka från jorden. Oavsett hur forskare ser ut från jorden, allt damm mellan oss och solen kommer i vägen, lura dem att tro att rymden nära solen kanske är dammigare än den egentligen är.

Stenborg och Howard tänkte att de skulle kunna lösa det här problemet genom att bygga en modell baserad på bilder av interplanetariskt rymd från NASA:s STEREO-satellit – en förkortning för Solar and Terrestrial Relations Observatory.

I sista hand, de två ville testa sin nya modell som förberedelse för NASA:s Parker Solar Probe, som för närvarande flyger en mycket elliptisk bana runt solen, svänger närmare och närmare stjärnan under de kommande sju åren. De ville tillämpa sin teknik på bilderna som Parker kommer att skicka tillbaka till jorden och se hur damm nära solen beter sig.

Forskare har aldrig arbetat med data som samlats in i detta outforskade territorium, så nära solen. Modeller som Stenborg och Howards ger ett avgörande sammanhang för att förstå Parker Solar Probes observationer, samt antyda vilken typ av rymdmiljö rymdfarkosten kommer att befinna sig i - sotig eller gnistrande ren.

Två typer av ljus dyker upp i STEREO-bilder:ljus från solens flammande yttre atmosfär – kallad corona – och ljus som reflekteras från allt damm som svävar genom rymden. Solljuset reflekterades av detta damm, som sakta kretsar runt solen, är cirka 100 gånger ljusare än koronalt ljus.

"Vi är inte riktigt dammmänniskor, sa Howard, som också är ledande forskare för kamerorna på STEREO och Parker Solar Probe som tar bilder av corona. "Dammet nära solen dyker bara upp i våra observationer, och i allmänhet, vi har slängt det." Solforskare som Howard - som studerar solaktivitet i syften som att förutsäga förestående rymdväder, inklusive gigantiska explosioner av solmaterial som solen ibland kan skicka vår väg – har ägnat år åt att utveckla tekniker för att ta bort effekten av detta damm. Först efter att ha tagit bort lätt förorening från damm kan de tydligt se vad koronan gör.

De två forskarna byggde sin modell som ett verktyg för andra att bli av med det irriterande dammet i STEREO- och så småningom Parker Solar Probe-bilder, men förutsägelsen om dammfritt utrymme dröjde sig kvar i deras bakhuvud. Om de kunde komma på ett sätt att separera de två typerna av ljus och isolera dammskenet, de kunde räkna ut hur mycket damm som verkligen fanns där. Att hitta att allt ljus i en bild kom från enbart koronan, till exempel, kunde tyda på att de äntligen hade hittat dammfritt utrymme.

Merkurius dammring var ett lyckligt fynd, en sidoupptäckt Stenborg och Howard gjorde medan de arbetade på sin modell. När de använde sin nya teknik på STEREO-bilderna, de märkte ett mönster av ökad ljusstyrka längs Merkurius bana – mer damm, det vill säga – i det ljus de annars hade planerat att kassera.

"Det var inte en isolerad sak, Howard sa. "Allt runt solen, oavsett rymdfarkostens position, vi kunde se samma fem procents ökning i dammljusstyrka, eller densitet. Det sa att något fanns där, och det är något som sträcker sig runt hela solen."

Forskare ansåg aldrig att en ring kunde existera längs Merkurius bana, vilket kanske är därför det har gått oupptäckt tills nu, sa Stenborg. "Folk trodde att Merkurius, till skillnad från jorden eller Venus, är för liten och för nära solen för att fånga en dammring, " sade han. "De förväntade sig att solvinden och magnetiska krafter från solen skulle blåsa bort allt överflödigt damm i Merkurius bana."

Med en oväntad upptäckt och ett känsligt nytt verktyg under bältet, forskarna är fortfarande intresserade av den dammfria zonen. När Parker Solar Probe fortsätter sin utforskning av koronan, deras modell kan hjälpa andra att avslöja alla andra dammkaniner som lurar nära solen.

Asteroider som gömmer sig i Venus omloppsbana

Det är inte första gången forskare har hittat en dammring i det inre solsystemet. För tjugofem år sedan, forskare upptäckte att jorden kretsar runt solen inom en gigantisk ring av damm. Andra upptäckte en liknande ring nära Venus omloppsbana, först använde arkivdata från de tysk-amerikanska Helios-rymdsonderna 2007, och sedan bekräfta det 2013, med STEREO-data.

Sedan dess, forskare fastställde att stoftringen i jordens omloppsbana till stor del kommer från asteroidbältet, den stora, munkformad region mellan Mars och Jupiter där de flesta av solsystemets asteroider lever. Dessa steniga asteroider kraschar ständigt mot varandra, slungande damm som driver djupare in i solens gravitation, om inte jordens gravitation drar dammet åt sidan, in i vår planets omloppsbana.

I början, det verkade troligt att Venus dammring bildades som jordens, från damm som produceras någon annanstans i solsystemet. Men när Goddard-astrofysikern Petr Pokorny modellerade damm som spiralerade mot solen från asteroidbältet, hans simuleringar producerade en ring som matchade observationer av jordens ring – men inte Venus.

Denna diskrepans fick honom att undra om inte asteroidbältet, var kommer annars dammet i Venus bana ifrån? Efter en serie simuleringar, Pokorny och hans forskningspartner Marc Kuchner antog att det kommer från en grupp aldrig tidigare upptäckta asteroider som kretsar runt solen tillsammans med Venus. De publicerade sina verk i The Astrophysical Journal Letters den 12 mars, 2019.

"Jag tycker att det mest spännande med det här resultatet är att det antyder en ny population av asteroider som förmodligen har ledtrådar till hur solsystemet bildades, " sa Kuchner. Om Pokorny och Kuchner kan observera dem, denna familj av asteroider kunde kasta ljus över jorden och Venus tidiga historia. Sett med rätt verktyg, asteroiderna kunde också låsa upp ledtrådar till solsystemets kemiska mångfald.

Eftersom den är spridd över en större omloppsbana, Venus dammring är mycket större än den nyligen upptäckta ringen hos Merkurius. Cirka 16 miljoner miles från topp till botten och 6 miljoner miles bred, ringen är full av damm vars största korn är ungefär lika stora som de i grovt sandpapper. Det är cirka 10 procent tätare med damm än omgivande utrymme. Fortfarande, det är diffust – packa ihop allt damm i ringen, och allt du får är en asteroid två mil tvärs över.

Med hjälp av ett dussin olika modelleringsverktyg för att simulera hur damm rör sig runt solsystemet, Pokorny modellerade alla dammkällor han kunde tänka sig, letar efter en simulerad Venus-ring som matchade observationerna. Listan över alla källor han försökte låter som ett upprop av alla steniga objekt i solsystemet:Main Belt asteroids, Oort Cloud kometer, Halley-typ kometer, kometer från Jupiter-familjen, senaste kollisioner i asteroidbältet.

"Men ingen av dem fungerade, " sa Kuchner. "Så, vi började hitta på våra egna dammkällor."

Kanske, de två forskarna tänkte, dammet kom från asteroider mycket närmare Venus än asteroidbältet. Det kan finnas en grupp asteroider som kretsar runt solen tillsammans med Venus – vilket betyder att de delar Venus bana, men håll dig långt borta från planeten, ofta på andra sidan solen. Pokorny och Kuchner ansåg att en grupp asteroider i Venus omloppsbana kunde ha förblivit oupptäckt tills nu eftersom det är svårt att peka jordbundna teleskop i den riktningen, så nära solen, utan ljusstörningar från solen.

Samorbiterande asteroider är ett exempel på vad som kallas resonans, ett omloppsmönster som låser samman olika banor, beroende på hur deras gravitationsinfluenser möts. Pokorny och Kuchner modellerade många potentiella resonanser:asteroider som kretsar runt solen två gånger för var tredje av Venus banor, till exempel, eller nio gånger för Venus tio, och en för en. Av alla möjligheter, en grupp ensam producerade en realistisk simulering av Venus stoftring:ett paket asteroider som upptar Venus omloppsbana, matchar Venus resor runt solen en för en.

Men forskarna kunde inte bara kalla det en dag efter att de hittat en hypotetisk lösning som fungerade. "Vi trodde att vi hade upptäckt denna population av asteroider, men sedan var tvungen att bevisa det och visa att det fungerar, " sa Pokorny. "Vi blev glada, men då inser du, 'Åh, det finns så mycket arbete att göra."

De behövde visa att själva existensen av asteroiderna är vettig i solsystemet. Det vore osannolikt, de insåg, att asteroider i dessa speciella, cirkulära banor nära Venus kom dit från någon annanstans som asteroidbältet. Deras hypotes skulle vara mer vettig om asteroiderna hade funnits där sedan solsystemets början.

Forskarna byggde en annan modell, denna gång börjar med en skara på 10, 000 asteroider intill Venus. De låter simuleringen spola framåt genom 4,5 miljarder år av solsystemets historia, som inkluderar alla gravitationseffekter från var och en av planeterna. När modellen nådde dagens, cirka 800 av deras testasteroider överlevde tidens tand.

Pokorny anser att detta är en optimistisk överlevnadsgrad. Det indikerar att asteroider kunde ha bildats nära Venus omloppsbana i det tidiga solsystemets kaos, och några skulle kunna stanna där idag, mata dammringen i närheten.

Nästa steg är faktiskt att fästa och observera de svårfångade asteroiderna. "Om det är något där, vi borde kunna hitta den, " sa Pokorny. Deras existens kan verifieras med rymdbaserade teleskop som Hubble, eller kanske interplanetära rymdbilder som liknar STEREOs. Sedan, forskarna kommer att ha fler frågor att besvara:Hur många av dem finns det, och hur stora är de? Avger de damm hela tiden, eller var det bara en uppbrottshändelse?

Damm ringar runt andra stjärnor

Dammringarna som Merkurius och Venus herdar är bara en planet eller två bort, men forskare har sett många andra stoftringar i avlägsna stjärnsystem. Stora dammringar kan vara lättare att upptäcka än exoplaneter, och skulle kunna användas för att sluta sig till existensen av annars dolda planeter, och även deras orbitala egenskaper.

Men att tolka extrasolära dammringar är inte enkelt. "För att modellera och noggrant läsa dammringarna runt andra stjärnor, vi måste först förstå fysiken i dammet i vår egen bakgård, " sa Kuchner. Genom att studera närliggande dammringar vid Merkurius, Venus och jorden, där damm spårar ut de bestående effekterna av gravitationen i solsystemet, forskare kan utveckla tekniker för att läsa mellan dammringarna både nära och fjärran.