Nye indsigter om komethaler blæser i solvinden

Ingeniører og videnskabsmænd samledes omkring en skærm i et operationsrum på Naval Research Laboratory i Washington, D.C., ivrige efter at se de første data fra NASAs STEREO-rumfartøj. Det var januar 2007, og de to STEREO-satellitter - en forkortelse for Solar and Terrestrial Relations Observatory - som var blevet opsendt blot måneder før, åbnede deres instruments øjne for første gang. Først ud:STEREO-B. Skærmen blinkede, men i stedet for det store søstjernemark, de forventede, en perlehvid, fjeragtig udstrygning - som en englevinge - fyldte rammen. I et par paniske minutter, NRL-astrofysiker Karl Battams bekymrede sig om, at der var noget galt med teleskopet. Derefter, han indså, at denne lyse genstand ikke var en defekt, men et tilsyneladende, og disse var de første satellitbilleder af kometen McNaught. Senere samme dag, STEREO-A ville returnere lignende observationer.

Comet C/2006 P1—også kendt som Comet McNaught, opkaldt efter astronomen Robert McNaught, som opdagede det i august 2006 - var en af ​​de klareste kometer, der var synlige fra Jorden i de sidste 50 år. I hele januar 2007 kometen viftede hen over den sydlige halvkugles himmel, så lyst, at det var synligt med det blotte øje selv om dagen. McNaught tilhører en sjælden gruppe af kometer, døbt de store kometer og kendt for deres enestående lysstyrke. Adskiller McNaught yderligere fra sine jævnaldrende, imidlertid, var dens meget strukturerede hale, sammensat af mange forskellige støvbånd kaldet striae, eller striber, der strakte sig mere end 100 millioner miles bag kometen, længere end afstanden mellem Jorden og Solen. En måned senere, i februar 2007, et ESA (European Space Agency) og NASA rumfartøj kaldet Ulysses ville støde på kometens lange hale.

"McNaught var en kæmpe aftale, da det kom, fordi det var så latterligt lyst og smukt på himlen, " sagde Battams. "Den havde disse striae - støvede fingre, der strakte sig hen over en enorm flade af himlen. Strukturelt set, det er en af ​​de smukkeste kometer, vi har set i årtier."

Hvordan præcist brød halen op på denne måde, forskerne vidste det ikke. Det mindede om rapporter om en anden historiekomet fra længe siden:den store komet fra 1744, som siges at have vokset dramatisk ud i seks haler over horisonten, et fænomen, som astronomerne ikke kunne forklare. Ved at løse mysteriet om McNaughts hale, videnskabsmænd håbede på at lære noget nyt om kometernes natur - og løse to kosmiske mysterier i ét.

En vigtig forskel mellem at studere kometer i 1744 og 2007 er, selvfølgelig, vores evne til at gøre det fra rummet. Ud over STEREOs serendipitous observation, en anden mission, ESA/NASAs SOHO – Solar and Heliospheric Observatory – foretog regelmæssige observationer, da McNaught fløj forbi Solen. Forskere håbede, at disse billeder kunne indeholde deres svar.

Nu, år senere, Oliver Price, en planetarisk videnskab ph.d. studerende ved University College Londons Mullard Space Science Laboratory i Storbritannien, har udviklet en ny billedbehandlingsteknik til at udvinde mængden af ​​data. Prices resultater - opsummeret i en nylig offentliggjort Icarus papir - give de første observationer af striber, der dannes, og en uventet afsløring om Solens effekt på kometstøv.

Kometer er kosmiske krummer af frossen gas, sten og støv tilbage fra dannelsen af ​​vores solsystem for 4,6 milliarder år siden - og de kan derfor indeholde vigtige spor om vores solsystems tidlige historie. Disse spor er låst op, som fra en tidskapsel, hver gang en komets elliptiske bane bringer den tæt på Solen. Intens varme fordamper de frosne gasser og frigiver støvet indeni, som strømmer bag kometen, danner to distinkte haler:en ionhale båret af solvinden - den konstante strøm af ladede partikler fra Solen - og en støvhale.

At forstå, hvordan støv opfører sig i halen - hvordan det fragmenterer og klumper sig sammen - kan lære forskerne en hel del om lignende processer, der dannede støv til asteroider, måner og endda planeter for alle disse milliarder af år siden. Fremstår som en af ​​de største og mest strukturelt komplekse kometer i nyere historie, McNaught var et særligt godt emne for denne type undersøgelse. Dens lysstyrke og høje støvproduktion gjorde det meget lettere at løse udviklingen af ​​fine strukturer i dens støvhale.

Price begyndte sit studie med fokus på noget, forskerne ikke kunne forklare. "Min supervisor og jeg bemærkede mærkelige hændelser i billederne af disse striber, en forstyrrelse i de ellers rene linjer, " sagde han. "Jeg satte mig for at undersøge, hvad der kunne være sket for at skabe denne mærkelige effekt."

Spalten så ud til at være placeret ved det heliosfæriske strømark, en grænse, hvor den magnetiske orientering, eller polaritet, af den elektrificerede solvind ændrer retning. Dette undrede videnskabsmænd, fordi selvom de længe har vidst, at en komets ionhale er påvirket af solvinden, de havde aldrig før set solvindens indvirkning på støvhalerne.

Støv i McNaughts hale - omtrent på størrelse med cigaretrøg - er for tungt, videnskabsmændene mente, for solvinden at skubbe rundt. På den anden side, en lille ionhale, elektrisk ladede ioner og elektroner sejler let langs solvinden. Men det var svært at sige præcis, hvad der foregik med McNaughts støv, og hvor, fordi med omkring 60 miles i sekundet, kometen rejste hurtigt ind og ud af STEREO og SOHOs udsigt.

"Vi har virkelig gode datasæt med denne komet, men de var fra forskellige kameraer på forskellige rumfartøjer, som alle er forskellige steder, " sagde Price. "Jeg ledte efter en måde at bringe det hele sammen for at få et komplet billede af, hvad der sker i halen."

Hans løsning var en ny billedbehandlingsteknik, der kompilerer alle data fra forskellige rumfartøjer ved hjælp af en simulering af halen, hvor placeringen af ​​hvert lille støvkorn er kortlagt af solforhold og fysiske karakteristika som dets størrelse og alder, eller hvor lang tid det var siden, det var fløjet af hovedet, eller koma, af kometen. Slutresultatet er, hvad Price kaldte et tidsmæssigt kort, som lagdeler information fra alle billeder taget på ethvert givet tidspunkt, lader ham følge støvets bevægelser.

De tidsmæssige kort betød, at Price kunne se striberne dannes over tid. Hans videoer, som dækker over to uger, er de første til at spore dannelsen og udviklingen af ​​disse strukturer, viser, hvordan støvfragmenter vælter af komethovedet og kollapser i lange striber.

Men forskerne var mest spændte på at finde ud af, at Prices kort gjorde det lettere at forklare den mærkelige effekt, der henledte deres opmærksomhed på dataene i første omgang. Ja, det nuværende ark var synderen bag forstyrrelserne i støvhalen, bryde hver stribe glat op, tydelige linjer. I de to dage det tog kometens fulde længde at krydse det nuværende ark, når som helst støv støder på de skiftende magnetiske forhold der, den blev rykket ud af position, som om at krydse et kosmisk fartbump.

"Det er som om stribens fjer er pjusket, når den krydser det nuværende ark, " University College London planetarisk videnskabsmand Geraint Jones sagde. "Hvis du forestiller dig en vinge med masser af fjer, som vingen krydser arket, lettere ender af fjerene bliver bøjet ud af form. For os, dette er et stærkt bevis på, at støvet er elektrisk ladet, og at solvinden påvirker bevægelsen af ​​det støv."

Forskere har længe vidst, at solvinden påvirker ladet støv; missioner som Galileo Cassini, og Ulysses så det flytte elektrisk ladet støv gennem rummet nær Jupiter og Saturn. Men det var en overraskelse for dem at se solvinden påvirke større støvkorn som dem i McNaughts hale - omkring 100 gange større end det støv, der blev set udstødt fra omkring Jupiter og Saturn - fordi de er så meget tungere for solvinden at skubbe rundt om.

Med denne undersøgelse, forskere får ny indsigt i langvarige mysterier. Værket kaster lys over arten af ​​stribede komethaler fra fortiden og giver en afgørende linse til at studere andre kometer i fremtiden. Men det åbner også en ny række spørgsmål:Hvilken rolle spillede Solen i vores solsystems dannelse og tidlige historie?

"Nu hvor vi ser, at solvinden ændrede positionen af ​​støvkorn i McNaughts hale, vi kan spørge:Kunne det have været tilfældet, at tidligt i solsystemets historie, Solvinden spillede også en rolle i at organisere gammelt støv?" sagde Jones.