Случайное открытие космического корабля Juno разрушает понятие о происхождении зодиакального света
Аппарат НАСА «Юнона», вышедший на орбиту Юпитера 4 июля 2016 года после почти пяти лет путешествия на расстояние более 1,7 миллиарда миль. НАСА/Лаборатория реактивного движения/SwRI.
Если посмотреть на ночное небо незадолго до рассвета или после заката, можно увидеть слабый столб света, идущий вверх от горизонта. Это светящееся свечение является зодиакальным светом или солнечным светом, отраженным в сторону Земли облаком крошечных частиц пыли, вращающихся вокруг Солнца. Астрономы долгое время считали, что пыль приносится внутрь Солнечной системы несколькими астероидами и кометами, прилетающими издалека.
Но теперь команда ученых Дании и США утверждает, что виновником может быть Марс. Впервые они опубликовали свое открытие в Интернете 11 ноября 2020 года в Journal of Geophysical Research: Planets , а последняя рецензируемая статья была опубликована 9 марта 2021 года.
Фотография зодиакального света, простирающегося над горизонтом.
На этой фотографии показан зодиакальный свет, появившийся 1 марта 2021 года в Долине Черепа, штат Юта. Звездное скопление Плеяды видно в верхней части светового столба. Марс чуть ниже этого.
НАСА/Билл Данфорд
Инструмент на борту космического корабля Juno по счастливой случайности обнаружил частицы пыли, врезавшиеся в космический корабль во время его путешествия с Земли на Юпитер. Удары дали важные ключи к разгадке происхождения и орбитальной эволюции пыли, разрешив некоторые загадочные вариации зодиакального света.
Хотя их открытие имеет большое значение, ученые, которые годами изучали космический мусор, не собирались этого делать. «Я никогда не думал, что мы будем искать межпланетную пыль», - сказал Джон Лейф Йоргенсен , профессор Технического университета Дании.
Йоргенсен разработал четыре звездных трекера, которые являются частью исследования магнитометра Juno. Эти бортовые камеры делают снимки неба каждую четверть секунды, чтобы определить ориентацию Juno в космосе, распознавая звездные узоры на его изображениях - инженерная задача, необходимая для точности магнитометра.
Но Йоргенсен надеялся, что его камеры также смогут увидеть неоткрытый астероид. Поэтому он запрограммировал одну камеру, чтобы сообщать о вещах, которые появляются на нескольких последовательных изображениях, но не входят в каталог известных небесных объектов.
Он не ожидал увидеть много: почти все объекты на небе учтены в звездном каталоге. Поэтому, когда камера начала передавать тысячи изображений неидентифицируемых объектов - полосы появлялись, а затем таинственным образом исчезали, - Йоргенсен и его коллеги были сбиты с толку. «Мы смотрели на изображения и спрашивали:« Что это может быть? »- сказал он.
Йоргенсен и его команда рассмотрели множество правдоподобных и некоторые неправдоподобные причины. Была тревожная возможность, что звездная камера зафиксировала протекающий топливный бак на «Юноне». «Мы подумали:« Что-то действительно не так », - сказал Йоргенсен. «Изображения выглядели так, будто кто-то вытряхивал из окна пыльную скатерть».
Только когда исследователи вычислили видимый размер и скорость объектов на изображениях, они наконец кое-что поняли: частицы пыли врезались в Juno со скоростью около 10 000 миль (или 16 000 километров) в час, отколовшись от субмиллиметровых кусочков. «Несмотря на то, что мы говорим об объектах, обладающих лишь крошечной массой, они обладают средним весом », - сказал Джек Коннерни , руководитель исследования магнитометра Juno и заместитель главного исследователя миссии, который базируется в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте , Мэриленд.
Как оказалось, частички обломков исходили от обширных солнечных панелей Juno - самого большого и самого чувствительного детектора непреднамеренной пыли из когда-либо созданных.
«Каждый отслеживаемый нами кусок мусора записывает удар межпланетной частицы пыли, что позволяет нам составить распределение пыли по пути Juno», - сказал Коннерни. Juno был запущен в 2011 году. После маневра в дальнем космосе в поясе астероидов в 2012 году он вернулся во внутреннюю часть Солнечной системы, при помощи земной гравитации в 2013 году и которая катапультировала космический корабль к Юпитеру.
Click to viewЭта визуализация показывает космический корабль НАСА Juno на его пятилетнем пути к Юпитеру, начиная с его запуска из Космического центра Кеннеди во Флориде в 2011 году.
Центр космических полетов имени Годдарда НАСА; Анимация траектории полета предоставлена NASA/JPL-Caltech/SwRI
Коннерни и Йоргенсен заметили, что большинство столкновений пыли было зарегистрировано между Землей и поясом астероидов, с пробелами в распределении, связанными с влиянием гравитации Юпитера. По мнению ученых, это было радикальным открытием. До сих пор ученые не могли измерить распределение этих пылевых частиц в космосе. Специализированные детекторы пыли имеют ограниченные зоны сбора и, следовательно, ограниченную чувствительность к редкой популяции пыли. В основном они считают более многочисленные и гораздо более мелкие частицы пыли из межзвездного пространства. Для сравнения, обширные солнечные панели Juno имеют в 1000 раз большую площадь сбора, чем большинство детекторов пыли.
Ученые определили, что облако пыли заканчивается у Земли, потому что гравитация Земли поглощает всю пыль, которая приближается к ней. «Это пыль, которую мы видим как зодиакальный свет», - сказал Йоргенсен.
Что касается внешнего края, примерно в 2 астрономических единицах (а.е.) от Солнца (1 а.е. - это расстояние между Землей и Солнцем), он заканчивается сразу за Марсом. В этот момент, как сообщают ученые, влияние гравитации Юпитера действует как барьер, не позволяющий частицам пыли пересекать внутреннюю часть Солнечной системы в глубокий космос. Это же явление, известное как орбитальный резонанс, работает и в обратном направлении, когда оно блокирует проникновение пыли, происходящей из глубокого космоса, внутрь Солнечной системы.
По словам Йоргенсена, сильное влияние гравитационного барьера указывает на то, что частицы пыли находятся на почти круговой орбите вокруг Солнца. «И единственный известный нам объект на почти круговой орбите около 2 астрономических единиц - это Марс, поэтому естественным является предположение, что Марс является источником этой пыли», - сказал он.
Группа ученых Juno утверждает, что Марс может быть ответственным за межпланетную пыль за зодиакальным светом, слабый столб света, идущий вверх от горизонта. Инструмент на борту космического корабля Juno по счастливой случайности обнаружил частицы пыли, врезавшиеся в космический корабль во время его путешествия с Земли на Юпитер. Удары дали важные ключи к разгадке происхождения и орбитальной эволюции пыли.
Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
«Распределение пыли, которое мы измеряем, лучше согласуется с наблюдаемыми изменениями зодиакального света», - сказал Коннерни. Исследователи разработали компьютерную модель для предсказания света, отраженного пылевым облаком, рассеиваемого гравитационным взаимодействием с Юпитером, которое рассеивает пыль в более толстый диск. Рассеяние зависит только от двух величин: наклона пыли к эклиптике и эксцентриситета ее орбиты. Когда исследователи подключили элементы орбиты Марса, распределение точно предсказало характерную черту изменения зодиакального света вблизи эклиптики. «Это, на мой взгляд, подтверждение того, что мы точно знаем, как эти частицы вращаются по орбите в нашей Солнечной системе, - сказал Коннерни, - и откуда они возникают».
Хотя сейчас есть веские доказательства того, что Марс, самая пыльная планета, о которой мы знаем, является источником зодиакального света, Йоргенсен и его коллеги еще не могут объяснить, как пыль могла вырваться из тисков марсианской гравитации. Они надеются, что другие ученые им помогут.
Между тем, исследователи отмечают, что определение истинного распределения и плотности частиц пыли в Солнечной системе поможет инженерам разработать материалы для космических кораблей, которые смогут лучше противостоять ударам пыли. Знание точного распределения пыли может также помочь при проектировании траекторий полета космических аппаратов будущего, чтобы избежать максимальной концентрации частиц. Крошечные частицы, движущиеся с такими высокими скоростями, могут выбить космический корабль в 1000 раз больше своей массы.
Источник:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/serendipitous-juno-spacecraft-detections-shatter-ideas-about-origin-of-zodiacal-light