Serendipitous Juno-detektioner ødelægger ideer om oprindelsen af ​​stjernetegnslys

Data fra NASA-rumfartøjets rejse til Jupiter tyder på, at Mars muligvis kaster støv ud i det interplanetariske rum.

Se op til nattehimlen lige før daggry, eller efter skumringen, og du ser måske en svag lyssøjle, der strækker sig op fra horisonten. Det lysende skær er stjernetegnslyset, eller sollys reflekteret mod Jorden af ​​en sky af små støvpartikler, der kredser om Solen. Astronomer har længe troet, at støvet bringes ind i det indre solsystem af nogle få af asteroide- og kometfamilierne, der begiver sig ind langvejs fra.

Men nu, et hold af Juno-forskere hævder, at Mars kan være synderen. De offentliggjorde deres fund i et papir den 9. marts i Journal of Geophysical Research:Planeter . Et instrument ombord på Juno-rumfartøjet opdagede serendipitalt støvpartikler, der bragede ind i rumfartøjet under dets rejse fra Jorden til Jupiter. Påvirkningerne gav vigtige ledetråde til støvets oprindelse og orbitale udvikling, løse nogle mystiske variationer af stjernetegnslyset.

Selvom deres opdagelse har store konsekvenser, de videnskabsmænd, der brugte år på at studere kosmisk affald, satte sig ikke for at gøre det. "Jeg troede aldrig, vi ville lede efter interplanetarisk støv, sagde John Leif Jørgensen, professor ved Danmarks Tekniske Universitet.

Jørgensen har designet de fire stjernesporere, der er en del af Junos magnetometerundersøgelse. Disse indbyggede kameraer tager billeder af himlen hvert kvart sekund for at bestemme Junos orientering i rummet ved at genkende stjernemønstre i dets billeder - en ingeniøropgave, der er afgørende for magnetometerets nøjagtighed.

Men Jørgensen håbede, at hans kameraer også kunne få øje på en uopdaget asteroide. Så han programmerede et kamera til at rapportere ting, der dukkede op i flere på hinanden følgende billeder, men som ikke var i kataloget over kendte himmellegemer.

Han forventede ikke at se meget:Næsten alle objekter på himlen er medtaget i stjernekataloget. Så da kameraet begyndte at udstråle tusindvis af billeder af uidentificerbare objekter - striber, der dukkede op og derefter på mystisk vis forsvandt - blev Jørgensen og hans kolleger forvirrede. "Vi kiggede på billederne og sagde, "Hvad kan det være?" sagde han.

Jørgensen og hans team anså mange plausible og nogle usandsynlige årsager. Der var den foruroligende mulighed for, at stjernekameraet havde fanget en utæt brændstoftank på Juno. "Vi troede, 'Der er virkelig noget galt, ", sagde Jørgensen. "Billederne så ud, som om nogen rystede en støvet dug ud af vinduet."

Det var først, før forskerne beregnede objekternes tilsyneladende størrelse og hastighed på billederne, at de endelig indså noget:Støvkorn var smadret ind i Juno omkring kl. 000 miles (eller 16, 000 kilometer) i timen, afhugge submillimeter stykker af rumfartøjer. "Selvom vi taler om objekter med kun en lille smule masse, de giver et dårligt slag, " sagde Jack Connerney, Junos magnetometerundersøgelsesleder og missionens stedfortrædende hovedefterforsker, som er baseret på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Som det viste sig, sprayen af ​​affald kom fra Junos ekspansive solpaneler – den største og mest følsomme utilsigtede støvdetektor, der nogensinde er bygget.

"Hvert stykke affald, vi sporede, registrerer virkningen af ​​en interplanetarisk støvpartikel, giver os mulighed for at samle en fordeling af støv langs Junos vej, " sagde Connerney. Juno blev opsendt i 2011. Efter en dyb rummanøvre i asteroidebæltet i 2012, det vendte tilbage til det indre solsystem for en Jordens tyngdekraftsassistance i 2013, som slyngede rumfartøjet mod Jupiter.

Connerney og Jørgensen bemærkede, at størstedelen af ​​støvpåvirkningerne blev registreret mellem Jorden og asteroidebæltet, med huller i fordelingen relateret til indflydelsen af ​​Jupiters tyngdekraft. Ifølge forskerne, dette var en radikal åbenbaring. Før nu, videnskabsmænd har ikke været i stand til at måle fordelingen af ​​disse støvpartikler i rummet. Dedikerede støvdetektorer har haft begrænsede opsamlingsområder og dermed begrænset følsomhed over for en sparsom bestand af støv. De tæller for det meste de mere rigelige og meget mindre støvpartikler fra det interstellare rum. Sammenlignet med, Junos ekspansive solpaneler har 1, 000 gange mere opsamlingsområde end de fleste støvdetektorer.

Juno-forskere har fastslået, at støvskyen ender ved Jorden, fordi Jordens tyngdekraft suger alt det støv op, der kommer i nærheden af ​​den. "Det er støvet, vi ser som stjernetegnslys, sagde Jørgensen.

Hvad angår yderkanten, omkring 2 astronomiske enheder (AU) fra Solen (1 AU er afstanden mellem Jorden og Solen), det ender lige efter Mars. På det tidspunkt, forskerne rapporterer, indflydelsen af ​​Jupiters tyngdekraft fungerer som en barriere, forhindrer støvpartikler i at krydse fra det indre solsystem til det dybe rum. Det samme fænomen, kendt som orbital resonans, virker også den anden vej, hvor det blokerer for støv, der stammer fra det dybe rum, i at passere ind i det indre solsystem.

Tyngdebarrierens dybe indflydelse indikerer, at støvpartiklerne befinder sig i en næsten cirkulær bane omkring Solen, sagde Jørgensen. "Og det eneste objekt, vi kender til i næsten cirkulær bane omkring 2 AU, er Mars, så den naturlige tanke er, at Mars er en kilde til dette støv, " han sagde.

"Den fordeling af støv, som vi måler, er bedre i overensstemmelse med variationen af ​​stjernetegnslys, der er blevet observeret, " sagde Connerney. Forskerne udviklede en computermodel til at forudsige lyset, der reflekteres af støvskyen, spredt af tyngdekraftens interaktion med Jupiter, der spreder støvet til en tykkere skive. Spredningen afhænger kun af to størrelser:støvets hældning til ekliptika og dens orbitale excentricitet. Da forskerne tilsluttede de orbitale elementer på Mars, fordelingen forudsagde nøjagtigt den afslørende signatur af variationen af ​​stjernetegnslys nær ekliptikken. "Det er, efter min mening, en bekræftelse på, at vi ved præcis, hvordan disse partikler kredser i vores solsystem, " sagde Connerney, "og hvor de stammer fra."

Selvom der nu er gode beviser for, at Mars, den mest støvede planet vi kender, er kilden til stjernetegnslyset, Jørgensen og hans kolleger kan endnu ikke forklare, hvordan støvet kunne være sluppet ud af Mars-tyngdekraftens greb. De håber, at andre videnskabsmænd vil hjælpe dem.

I mellemtiden, forskerne bemærker, at at finde den sande fordeling og tæthed af støvpartikler i solsystemet vil hjælpe ingeniører med at designe rumfartøjsmaterialer, der bedre kan modstå støvpåvirkninger. At kende den præcise fordeling af støv kan også styre udformningen af ​​flyveveje for fremtidige rumfartøjer for at undgå den højeste koncentration af partikler. Små partikler, der bevæger sig med så høje hastigheder, kan udhule op til 1, 000 gange deres masse fra et rumfartøj.

Junos solpaneler slap for skade, fordi solcellerne er godt beskyttet mod stød på bagsiden - eller mørke - side af panelet af støttestrukturen.