Satellit i solens baghave afslører oprindelsen af ​​interplanetarisk støv

Hvad har stjerneskud og astronautsikkerhed til fælles?

Begge stammer fra de submikroskopiske klippefragmenter, der findes i hele solsystemet, nogle gange kaldet interplanetarisk støv.

Når disse partikler kolliderer med Jordens atmosfære, de skaber meteorer, bedre kendt som stjerneskud, da de (normalt) mikroskopiske fragmenter fordamper og efterlader flammende spor gennem luften. Når de kolliderer med astronauter, de kan punktere huller i rumdragter – eller værre. At forstå kilderne og mønstrene for dette interplanetariske støv er derfor meget vigtigt for NASA, da den planlægger missioner til månen, Mars og videre.

Under sine omdrejninger omkring solen, Parker Solar Probe rumfartøjet, missionen går tættere på solen end noget andet i rumfartshistorien, bliver bombarderet af disse støvpartikler. Når du styrter ned på rumfartøjet, de bittesmå korn – nogle så små som en ti tusindedel af en millimeter på tværs – fordamper og frigiver en sky af elektrisk ladede partikler, som kan detekteres af FIELDS, en række instrumenter designet til at detektere elektriske og magnetiske felter.

Et par artikler, der udkommer i denne uge i The Planetary Science Journal brug FIELDS-data til at tage et nærmere kig på "stjernetegnsskyen, "den samlede betegnelse for disse små partikler.

"Hvert solsystem har en stjernetegnssky, og vi kommer faktisk til at udforske vores og forstå, hvordan det fungerer, " sagde Jamey Szalay, en associeret forsker i astrofysiske videnskaber ved Princeton, som er hovedforfatter på et af papirerne. "Forståelse af udviklingen og dynamikken i vores stjernetegnssky vil give os mulighed for bedre at forstå enhver stjernetegnsobservation, vi har set omkring ethvert andet solsystem."

Dyrekredsskyen spreder sollys på en måde, der kan ses med det blotte øje, men kun i meget mørke, klare nætter, da måneskin eller lys fra byer nemt overstråler det. Tykkest nær solen og tyndest nær solsystemets kanter, stjernetegnsskyen ser glat ud med det blotte øje, men infrarøde bølgelængder afslører lyse striber og bånd, der kan spores tilbage til deres kilder:kometer og asteroider.

Med data fra Parkers første seks baner, sammen med computermodellering af partikelbevægelsen i det indre solsystem, Szalay og hans kolleger løsnede disse striber og bånd for at afsløre to forskellige populationer af støv i stjernetegnsskyen:De små korn, der aldrig så langsomt spiraler ind mod solen over tusinder til millioner af år, kendt som alfa-meteoroider; og så, efterhånden som den hvirvlende sky bliver tættere, de større korn støder sammen og skaber stadig mindre fragmenter kendt som beta-meteoroider, der efterfølgende skubbes væk fra solen af ​​trykket fra sollys.

Ja, sollys.

Og ikke bare rykket en smule, enten. "Når et fragment bliver lille nok, strålingstrykket - sollys - er faktisk stærkt nok til at blæse det ud af solsystemet, " sagde Szalay.

"Eksistensen af ​​sådanne små korn blev gentagne gange rapporteret fra dedikerede rumfartøjers støvmålinger i området mellem Jorden og Mars, men aldrig i det indre solsystem, hvor man mente, at disse partikler stammede, sagde Harald Krüger, en stjernestøvekspert med Max Planck Institute for Solar System Research og en medforfatter på Szalays papir. "Dermed, FIELDS-instrumentet tilbyder et nyt vindue til at studere disse sollysdrevne støvpartikler tæt på deres kildeområde."

FIELDS opdagede også en smal strøm af partikler, der så ud til at blive frigivet fra en diskret kilde, danner en delikat struktur i dyrekredsens støvsky. For at forstå denne tredje komponent, Szalay gik tilbage til oprindelsen af ​​dyrekredsstøvet:Kometer og asteroider.

kometer, støvfyldte snebolde rejser gennem vores solsystem i lange, elliptiske baner, udstøder rigelige mængder støv, når de kommer tæt nok på solen til at begynde at fordampe deres is og tøris. Asteroider, store og små sten, der kredser om solen mellem Mars og Jupiter, frigive støv, når de kolliderer med hinanden. Nogle af disse korn er slået af i enhver retning, men de fleste er fanget i deres moderlegemes baner, forklarede Szalay, hvilket betyder, at i løbet af tusindvis af kredsløb, en komets spor bliver mere som en grusvej end en tom sti med en lysende kugle og et lyst spor. (Over millioner af kredsløb, kornene vil spredes ud over deres bane, smelter sammen med stjernetegnsbaggrundsskyen.)

Szalay refererer til disse støvbestrøede stier som "rør" af komet- eller asteroideaffald. "Hvis Jorden krydser det rør hvor som helst, vi får et meteorregn, " han sagde.

Han teoretiserede, at Parker Solar Probe kan have rejst gennem en af ​​disse. "Måske er der et tæt rør, som vi bare ikke kunne have observeret på anden måde end ved, at Parker bogstaveligt talt flyver igennem og blev sandblæst af det, " han sagde.

Men rørene tættest på Parkers vej så ikke ud til at have nok materiale til at forårsage datastigningen. Så Szalay foreslog en anden teori. Måske et af disse meteoroidrør - højst sandsynligt Geminiderne, som hver december forårsager et af Jordens mest intense meteorregn - kolliderede med høj hastighed mod selve den indre stjernetegnssky. Påvirkningerne mellem røret og dyrekredsstøv kunne producere store mængder af beta-meteoroider, der ikke sprænger af i tilfældige retninger, men er fokuseret på et snævert sæt stier.

"Vi har kaldt dette for en 'beta-stream' som er et nyt bidrag til området, "Szalay sagde. "Disse beta-strømme forventes at være en grundlæggende fysisk proces på alle cirkumstellære planetariske skiver."

"Et af de vigtige aspekter af denne artikel er det faktum, at Parker Solar Probe er det første rumfartøj, der når så tæt på Solen, at det trænger ind i de områder, hvor gensidige partikelkollisioner er de hyppigste, " sagde Petr Pokorný, en zodiacal cloud modeler med NASA og det katolske universitet i Amerika, som var medforfatter på Szalays papir. "Gensidige partikelkollisioner er vigtige ikke kun i vores solsystem, men i alle exosolare systemer. Denne artikel giver modelfællesskabet et unikt indblik i dette hidtil ukendte territorium."

"Parker oplevede i det væsentlige sit eget meteorregn, " sagde Szalay. "Enten fløj den gennem et af de materialerør, eller den fløj gennem en beta-stream."

Strømmen blev også set af Anna Pusack, derefter en bachelor ved University of Colorado-Boulder. "Jeg så denne kile-lignende form i mine data, og min rådgiver, David Malaspina, foreslog, at jeg præsenterede værket for Jamey, " sagde hun. "Kileformen syntes at indikere en stærk spray, eller hvad Jamey kaldte en beta-stream i sine nye modeller, af små partikler, der rammer rumfartøjet på en meget rettet måde. Det var utroligt for mig, at forbinde de data, jeg havde analyseret, til teoretisk arbejde udført på den anden side af landet. For en ung videnskabsmand, det udløste virkelig al den spænding og muligheder, der kan komme fra samarbejdet."

Pusack er hovedforfatter på det papir, der udgives sammen med Szalay's. "Disse papirer går virkelig hånd i hånd, " sagde hun. "Dataene understøtter modellerne, og modellerne hjælper med at forklare dataene."

"Dette er et enormt bidrag til vores forståelse af stjernetegnsskyen, støvmiljøet nær sol mere bredt, og støvrisikoen for NASA's Parker Solar Probe-mission, sagde David McComas, en professor i astrofysiske videnskaber ved Princeton University og vicepræsident for Princeton Plasma Physics Laboratory, hvem er hovedefterforsker for ISʘIS, et andet instrument ombord på Parker Solar Probe, og til den kommende IMAP-mission (Interstellar Mapping and Acceleration Probe).