Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Fødslen af ​​en snemand på kanten af ​​solsystemet

Arrokoth. Kredit:NASA

En model udviklet på Det Fysiske Fakultet på Technion, i samarbejde med tyske videnskabsmænd ved Tübingen, forklarer Arrokoths unikke egenskaber, det fjerneste objekt, der nogensinde er afbildet i solsystemet. Forskerholdets resultater kaster nyt lys over dannelsen af ​​Kuiperbæltsobjekter, asteroide-lignende objekter ved kanten af ​​solsystemet, og for at forstå de tidlige stadier af solsystemets dannelse.

Fundene, udgivet i Natur , forklare de unikke egenskaber ved "snemanden, " formelt kendt som Arrokoth, og billeder af det blev første gang taget sidste år af NASAs New Horizons-rummission.

Historien begynder i 2006, da New Horizons robotrumfartøjet blev sendt for at tage de første nærbilleder af Pluto og for at studere dens funktioner og terræn. Efter lanceringen, New Horizons fastlagde sin bane mod Pluto, starter en lang rejse på omkring ni år. For ikke at spilde brændstof og ressourcer, de fleste af dets systemer var i dvaletilstand, indtil det var tæt på sit mål Pluto.

Tilbage på jorden, Den Internationale Astronomiske Union besluttede at degradere Pluto fra sin status som planet til en dværgplanet. Kort sagt, New Horizons robotrumfartøjet blev sendt for at undersøge en planet, faldt i søvn, og vågnede for at opdage, at Pluto ikke længere blev betragtet som en planet. Men dette forringede ikke vigtigheden af ​​missionen. New Horizons leverede spektakulære billeder af Pluto og dens måne Charon, og leverede uvurderlig videnskabelig information, som nu stadig bliver undersøgt, og vil sandsynligvis blive undersøgt i årevis. Disse undersøgelser vil give vigtige input til at forstå dannelsen af ​​solsystemet, og i særdeleshed Kuiperbæltet.

Men der er stadig mere til New Horizons-eventyret. Mens Pluto er det største objekt i de fjerneste dele af solsystemet, det er ikke den eneste. Beyond Neptun er en region kaldet Kuiperbæltet, bestående af utallige asteroidelignende objekter, der varierer i størrelse fra få fod til tusindvis af miles. Forholdene på dette område er forskellige (og især meget koldere), end dets "søster" asteroidebælte i det indre solsystem, og Kuiperbælts genstande består typisk af meget mere iskolde materialer.

New Horizon-rumfartøjet var udstyret med tilstrækkelige ressourcer til at observere et andet Kuiperbælt-objekt, hvis man kunne finde et sådant objekt, der ikke var for langt fra rumfartøjets oprindelige bane. Den 26. juni 2014, efter en omfattende undersøgelse på jagt efter sådanne genstande, en blev identificeret af Hubble-rumteleskopet. Efter denne identifikation, New Horizons forskerhold designede rumfartøjets bane, så det ville passere ved siden af ​​det nyfundne objekt efter at have afsluttet sin mission med at kortlægge Pluto. Fem år senere (og fire efter mødet med Pluto i 2015), New Horizons passerede objektet. Den 1. januar 2019, menneskeheden tog sit første nærbillede af et lille Kuiper Bælt-objekt, da New Horizons-rumfartøjet passerede det kun 3, 500 miles væk.

Umiddelbart efter ankomsten af ​​de første billeder, Kuiper-bælte-objektet (hidtil kendt som 2014 MU69) fik tilnavnet "Snemanden" på grund af dets unikke udseende. New Horizons-forskere kaldte det oprindeligt Ultima Thule ("The Edge of the World" på latin), på grund af dens afsides beliggenhed ved kanten af ​​solsystemet. Men objektet blev til sidst omdøbt til 486958 Arrokoth, for "himmel" eller "sky" i det nu uddøde Powhatan indianersprog.

New Horizons indsamlede et væld af oplysninger om snemanden:Det er en 30 kilometer lang kontakt binær, der består af to lapper af forskellig størrelse, der er forbundet med en tynd hals, som ser ud til at være produktet af to mindre Kuiperbæltsobjekter, der stødte sammen og dannede Arrokoth.

Billede, der viser resultaterne af Technion-forskeres detaljerede simuleringer af Kuiperbælt-objekternes kollision, der dannede Arrokoth. Kredit:American Technion Society

Selvom forskellige modeller er blevet foreslået for at forklare dannelsen af ​​Arrokoth og dens ejendommelige egenskaber, disse stødte på store udfordringer, og kunne ikke godt forklare vigtige træk ved snemanden, især dens langsomme rotationshastighed omkring sig selv og dens store hældningsvinkel. I deres Natur artikel, Technion-forskerne præsenterer nye analytiske beregninger og detaljerede simuleringer, der forklarer Arrokoths dannelse og funktioner.

Forskningen blev ledet af ph.d. studerende Evgeni Grishin, postdoc Dr. Uri Malamud, og deres vejleder professor Hagai Perets, i samarbejde med den tyske forskningsgruppe i Tübingen.

"Simpel højhastighedskollision mellem to tilfældige objekter i Kuiperbæltet ville knuse dem, da de sandsynligvis overvejende er lavet af blød is, " sagde hr. Grishin. "På den anden side, hvis de to kroppe kredsede om hinanden i en cirkulær bane (svarende til månen, der kredser om Jorden), og derefter langsomt inspiralerede for at nærme sig hinanden mere blidt og få kontakt, Arrokoths rotationshastighed ville have været ekstrem høj, mens den målte hastighed faktisk var ret lav i forhold til sådanne forventninger. Arrokoths fulde rotation tager 15,92 timer. Ud over, dens hældningsvinkel (i forhold til planet for dens bane omkring solen) er meget stor - 98 grader - så den ligger næsten på siden i forhold til dens bane, et ejendommeligt træk i sig selv."

"Ifølge vores model, disse to kroppe kredser om hinanden, men fordi de kredser sammen om solen, de udgør grundlæggende et tredobbelt system, " sagde han. "Dynamikken i sådanne tredobbelte systemer er kompleks og er kendt som tre-kropsproblemet. Dynamikken i graviterende tredobbelte systemer er kendt for at være meget kaotisk. I vores undersøgelse, vi viste, at systemet ikke bevægede sig på en enkel og overskuelig måde, men opførte sig heller ikke på en totalt kaotisk måde."

"Det udviklede sig fra at have et bredt, relativt cirkulær bane, til en meget excentrisk, elliptisk bane gennem en langsom (sekulær) udvikling, meget langsommere sammenlignet med Arrokoths omløbsperiode omkring solen, " sagde prof. Perets. "Vi kunne vise, at sådanne baner i sidste ende fører til en kollision, hvilken, på den ene side, vil være langsom, og ikke smadre genstandene, men på den anden side, producere en langsomt roterende, meget skrånende genstand, i overensstemmelse med Arrokoths egenskaber."

"Vores detaljerede simuleringer bekræftede dette billede, og producerede modeller, der ligner Arrokoths snemandsudseende, rotation og hældning, " sagde Dr. Malamud, Afslutningsvis.

Forskerne undersøgte også, hvor robuste og sandsynlige sådanne processer er, og fandt, at de potentielt er ret almindelige med så mange som 20 % af alle Kuiperbælts brede binære filer, og potentielt udvikler sig på lignende måder.

Indtil nu, sagde forskerne, det var ikke muligt at forklare Arrokoths unikke træk. Det er et kontraintuitivt resultat, men sandsynligheden for kollision i sådanne konfigurationer stiger faktisk, efterhånden som den indledende binære er mere vidt adskilt (men stadig bundet), og den indledende hældningsvinkel er tættere på 90 grader.

"Vores model forklarer både den høje sandsynlighed for kollision såvel som de unikke data i det forenede system i dag, og faktisk forudsige, at mange flere objekter i Kuiperbæltet, " sagde hr. Grishin. "Faktisk, selv Plutos og Charons system kunne være dannet gennem en lignende proces, og de ser ud til at spille en vigtig rolle i udviklingen af ​​binære og månesystemer i solsystemet.


Varme artikler