Пыль имеет свойство накапливаться в наших домах, но подобным образом она также накапливается и в космосе. В солнечной системе пыль находится в форме колец, которые окружают солнце. Кольца следуют по орбитам планет, гравитация которых притягивает пыль и ведет ее за собой по орбите.
Пыль состоит из измельченных остатков от формирования Солнечной системы, которое происходило около 4,6 миллиардов лет назад, - мусора от столкновения астероидов и частичек кометного вещества. Пыль рассеивается по всей солнечной системе, но она накапливается в зернистых кольцах, охватывающих орбиты Земли и Венеры, которые можно увидеть с помощью наземных телескопов. Изучая эту пыль - из чего она состоит, откуда она взялась и как она движется в космосе - ученые ищут улики, чтобы понять рождение планет и состав всего, что мы видим в солнечной системе.
Последние два исследования касаются недавно открытых пылевых колец во внутренней Солнечной системе. Одно исследование использует данные НАСА, чтобы предоставить доказательства существования пылевого кольца на орбите Меркурия. Второе исследование НАСА идентифицирует вероятный источник пылевого кольца на орбите Венеры: группу до сих пор наблюдаемых астероидов, циркулирующих с планетой.
Гильермо Стенборг и Рассел Ховард, ученые Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, округ Колумбия, не пытались найти пылевое кольцо. Они нашли его случайно. Ученые подытожили свое открытие в статье, опубликованной в «Астрофизическом журнале» 21 ноября 2018 года.
В нем он описывает свидетельство тонкого тумана космической пыли на орбите Меркурия, образующего кольцо шириной около 15 миллионов километров.
По иронии судьбы, два ученых наткнулись на пылевое кольцо, ища область без пыли возле Солнца. На некотором расстоянии от Солнца, согласно прогнозу десятилетней давности, мощное тепло звезды должно испарить пыль, очистив все пространство. Зная, где находится эта граница, мы можем узнать о составе самой пыли и указать, как планеты образовались в молодой Солнечной системе.
До сих пор не было обнаружено никаких доказательств отсутствия пыли в космосе, но отчасти потому, что было бы трудно обнаружить его с Земли. Независимо от того, как ученые смотрят с Земли, вся пыль между нами и Солнцем мешает, заставляя их думать, что пространство возле Солнца более пыльно, чем оно есть на самом деле.
Стенборг и Ховард пришли к выводу, что они могут решить эту проблему, построив модель, основанную на космических снимках со спутника STEREO (Обсерватория солнечно-земных связей).
В конце концов, они оба хотели протестировать свою новую модель в рамках подготовки миссии солнечного зонда Паркер, который в настоящее время движется по эллиптической орбите вокруг Солнца и приблизится к нашей звезде только через семь лет. Они хотели применить свою технику к фотографиям, которые Паркер отправит на Землю, и увидеть, как пыль ведет себя вблизи Солнца.
Исследователи никогда не работали с данными, собранными на этой неизведанной территории, так близко к Солнцу. Модели Стенборга и Говарда являются ключевым контекстом для анализа данных зонда Паркер.
На изображениях STEREO проявляются два вида света: свет от горячей атмосферы Солнца, называемый короной, и свет, отражающийся от пыли, плавающей в космосе. Солнечный свет, отраженный от пыли, которая медленно окружает Солнце, примерно в 100 раз ярче, чем коронный свет.
Оба ученых построили свою модель как инструмент для других, чтобы избавиться от невыносимой пыли на изображениях обсерватории STEREO и зонда Паркер - но предсказанное свободное от пыли пространство оставалось в глубине их сознания. Если бы они могли придумать способ разделить два типа света и изолировать пыль, они могли бы узнать, сколько ее на самом деле. Например, утверждение, что весь свет на картине исходит от самой короны, может означать, что они наконец нашли беспыльное пространство.
Пылевое кольцо Меркурия было счастливым открытием, побочным эффектом при работе над моделью Стенборга и Говарда. Когда они использовали свою новую технику на фотографиях STEREO, они заметили увеличение яркости вдоль орбиты Меркурия, то есть увеличение количества пыли, в свете, который они иначе планировали отбросить.
"Это не было изолированной вещью. Повсюду вокруг Солнца, независимо от положения зонда, мы могли видеть одинаковое пятипроцентное увеличение яркости пыли. Он сказал нам, там что-то есть, и это то, что простирается вокруг Солнца », - сказал Говард.
Исследователи никогда не предполагали, что вдоль орбиты Меркурия может быть пылевое кольцо, и поэтому оно ранее не было обнаружено. Считалось, что Меркурий, в отличие от Земли или Венеры, был слишком мал и был слишком близко к Солнцу, чтобы захватить кольцо пыли. Они ожидали, что солнечный ветер и магнитные силы Солнца сдувают лишнюю пыль с орбиты Меркурия.
Благодаря неожиданному открытию и новому чувствительному инструменту ученые все еще заинтересованы в беспыльной зоне. Когда Паркер начнет исследовать корону, их модель может помочь другим обнаружить все другие скопления пыли, скрывающиеся возле Солнца.
Не впервые ученые обнаружили пылевое кольцо внутри Солнечной системы. 25 лет назад они обнаружили, что Земля вращается вокруг Солнца в огромном кольце пыли. Другие обнаружили подобное кольцо около орбиты Венеры, сначала используя данные с зонда Гелиос в 2007 году, а затем подтвердив это в 2013 году благодаря данным с обсерватории STEREO.
С тех пор ученые определили, что пылевое кольцо на орбите Земли происходит в основном из пояса астероидов, обширной области между Марсом и Юпитером, где сконцентрирована большая часть астероидов Солнечной системы. Эти скалистые астероиды постоянно сталкиваются друг с другом, теряя пыль, которая дрейфует к центру системы под воздействием гравитации Солнца, где гравитация Земли и перехватывает ее на свою орбиту.
Сначала казалось вероятным, что пылевые кольца Венеры были сформированы как земные, из пыли, созданной в другом месте в Солнечной системе. Но когда Петр Покорный, астрофизик Годдарда, моделировал пыль по спирали к Солнцу из пояса астероидов, его моделирование создало кольцо, которое соответствовало наблюдениям кольца Земли, но не Венеры.
Это несоответствие привело к вопросу об настоящем происхождении пыли на орбите Венеры. После серии симуляций Покорный и его партнер по исследованиям Марк Кучнер выдвинули гипотезу, что это происходит от группы ранее не выявленных астероидов, вращающихся вокруг Солнца вдоль орбиты Венеры. Они опубликовали свою работу 12 марта 2019 года в издании «Астрофизический журнал».
Захватывающим в этом результате является то, что он предлагает новую популяцию астероидов, которая, вероятно, содержит подсказки о формировании солнечной системы. Если Покорный и Кучер смогут их наблюдать, это семейство планетоидов может пролить свет на раннюю историю Земли и Венеры. Астероиды могут также дать подсказки о химическом разнообразии Солнечной системы.
Поскольку кольцо Венеры рассеяно по большей орбите, оно намного больше, чем недавно обнаруженное кольцо Меркурия. Кольцо забито пылью, самые крупные зерна которой примерно размером с грубую наждачную бумагу. Это примерно на 10% плотнее, чем окружающее пространство. Но если собрать во едино всю пыль кольца, то получится всего 3-километровый астероид.
Используя дюжину различных инструментов для моделирования движения пыли в солнечной системе, Покорный смоделировал все источники пыли, которые он мог придумать, в поисках смоделированного кольца Венеры, которое подходило бы для наблюдения. Список всех созданных им источников звучит как список всех каменистых объектов в солнечной системе: астероиды Главного пояса, кометы из Облака Оорта, комета Галлея, кометы из "семейства" Джовианов, недавние столкновения в поясе астероидов.
"Но никто не подходил. Поэтому мы начали создавать собственные источники пыли », - сказал Кучнер.
Возможно, пыль пришла от астероидов гораздо близких к Венере, чем пояс астероидов. Может быть на эту группу астероидов гравитационное влияние оказывают вместе и Солнце и Венера - это означает то, что они разделяют орбиту Венеры, но держатся подальше от планеты, часто на другой стороне Солнца. Покорный и Кучнер утверждали, что группа астероидов на орбите Венеры может остаться незамеченной, потому что трудно направить наземные телескопы в область близкую к Солнцу.
Исследователи должны были показать, что само существование астероидов в солнечной системе имеет смысл. Они поняли, что маловероятно, что астероиды на этих специальных круговых орбитах около Венеры попадут туда откуда-то, кроме пояса астероидов. Их гипотеза имела бы больше смысла, если бы они были там с самого начала Солнечной системы.
Ученые создали еще одну модель, на этот раз начиная с набора из 10000 астероидов, прилегающих к Венере. Они позволили моделированию быстро пройти через 4,5 миллиардов лет истории Солнечной системы, включая все гравитационные эффекты каждой планеты. Когда модель достигла сегодняшнего дня, около 800 из испытуемых астероидов выдержали испытание временем.
Хамбл считает это показателем выживания. Указывает, что астероиды могли возникнуть около Венеры в хаосе ранней Солнечной системы, а некоторые, возможно, оставались там до сегодняшнего дня, питая близлежащее пылевое кольцо.
Следующим шагом является наблюдение неуловимых планетоидов. «Если что-то есть, мы должны его найти», - сказал Покорный. Их существование может быть проверено с помощью космических телескопов, таких как Хаббл, и, возможно, космических обсерваторий, таких как STEREO. Тогда у астрономов будет больше вопросов: сколько их и сколько они? Они постоянно выбрасывают пыль или это был единовременный выброс?
Астрономы находят пылевые кольца и в далеких звездных системах. Их гораздо легче обнаружить, чем экзопланеты, и их можно использовать для определения по разным причинам скрытых планет и даже их орбитальных свойств.
Но интерпретация внесолнечных пылевых колец не проста. «Чтобы смоделировать и точно изучить кольца пыли вокруг других звезд, мы должны сначала понять физику пыли в нашем собственном "дворе"», - сказал Кучнер. Изучая соседние пылевые кольца на орбитах Меркурия, Венеры и Земли, где пыль показывает длительные гравитационные эффекты в солнечной системе, ученые могут разработать методы наблюдения за пылевыми кольцами, как близкими, так и далекими.
Подробнее:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/what-scientists-found-after-sifting-through-dust-in-the-solar-system
