Komety zostawiają zakurzone ślady otaczające Układ Słoneczny

Komety tworzą bałagan. Podczas podróży przez Układ Słoneczny rozrzucają drobiny pyłu. Jeśli Ziemia napotka jeden z tych kometarnych śladów pyłu, zobaczymy deszcz meteorytów.

Przez lata zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST) uchwyciły „pozostałości światła”, których nie można powiązać z poświatą planet, gwiazd, galaktyk lub pyłu w rzeczywistej płaszczyźnie naszego Układu Słonecznego. Czy ta słaba poświata może pochodzić ze skorupy pyłu komety? To właśnie chce wiedzieć zespół astronomów. Astronom Hubble’a, Rogier Windhorst z Arizona State University, wpadł na pomysł, aby szukać „światła ducha” z pyłu komety na archiwalnych zdjęciach HST. Kierował zespołem absolwentów i studentów w ramach projektu o nazwie SKYSURF, którego celem było śledzenie widmowego światła.

Ponad 95% fotonów na zdjęciach z archiwum Hubble’a pochodzi z odległości mniejszej niż 3 miliardy mil od Ziemi. Od samego początku Hubble’a większość użytkowników odrzucała te fotony nieba, ponieważ interesowali się słabymi, dyskretnymi obiektami na obrazach Hubble’a, takimi jak gwiazdy i galaktyki. Ale te fotony nieba zawierają ważne informacje, które można wydobyć dzięki wyjątkowej zdolności Hubble’a do mierzenia słabych poziomów jasności z dużą precyzją przez trzy dekady jego życia.powiedział Windhorst.

Projekt SKYSURF: HST jako fotometr
Po 32 latach obserwacji HST dostarczył niesamowitych widoków wszechświata. Ta długa służba naprawdę coś znaczy w tym przypadku. SKYSURF zasadniczo używa teleskopu jako fotometru absolutnego. Analiza projektu wykorzystuje dziesięciolecia danych do pomiaru jasności powierzchni całego nieba na poziomie 0,2-1,7 mikrona na 249 861 zdjęciach. Pochodzą one z ekspozycji Wide Field Planetary Camera 2, Advanced Camera for Surveys i Wide Field Camera 3. Zespół opracował zestaw analiz i praktyk ponownego przetwarzania w celu odsiania bardzo słabego światła odbitego od pyłu komety. Pomysł polegał na wydobyciu upiornego światła z możliwej powłoki komety z innych źródeł tła.

Aby to zrobić, wzięli pod uwagę inne źródła światła tła i byli w stanie „odjąć” ogólną jasność powierzchniową (SB) nieba. W tym celu zespół porównał pomiary HST sky-SB z przewidywaniami opisującymi światło zodiakalne i przedpole galaktyczne. ( Światło zodiakalne jest dobrze znaną poświatą rozproszonego światła słonecznego. Rozprasza pył międzyplanetarny w płaszczyźnie Układu Słonecznego. Można je zobaczyć gołym okiem, a także przez naziemne teleskopy w bardzo ciemne noce.) Dla kontrastu , rozproszona poświata, którą Windhorst i jego współpracownicy znaleźli w danych z HST, nie ogranicza się do płaszczyzny Układu Słonecznego. Ich analiza pozwala im zrozumieć tę rozproszoną składową światła w danych z HST i pozwala ustalić pewne ograniczenia co do jej pochodzenia (albo z wnętrza Układu Słonecznego, albo z odległości kosmologicznych).

Widmowe emanacje Światła Układu Słonecznego?
Kiedy patrzysz na nocne niebo z ciemnego miejsca obserwacyjnego, wygląda ono na ciemne. Ale kiedy weźmie się pod uwagę wszystkie inne rzeczy, które emitują lub odbijają światło, nadal istnieje upiorna poświata, która zmotywowała Windhorsta i jego zespół do znalezienia wyjaśnienia. Przejrzeli 200 000 obrazów HST i wykluczyli wszystkie oczywiste źródła. Pozostał im bardzo mały nadmiar światła. Jest bardzo słabo, ale jest. HST nie jest jedynym detektorem, który to „widzi”. W ramach swojej misji sonda New Horizons zmierzyła tło nieba z odległości od sześciu do ośmiu miliardów kilometrów od Słońca. Co ciekawe, wykrył coś słabego i odległego, nad czym astronomowie wciąż pracują.

Naukowcy twierdzą, że jednym z możliwych wyjaśnień tej szczątkowej poświaty jest delikatna kula pyłu, która odbija światło słoneczne. Uważają, że pył pochodzi z komet, które wpadają do Układu Słonecznego ze wszystkich kierunków. Jeśli potwierdzą, że ta otoczka pyłowa jest prawdziwa, dołączy do inwentarza architektury Układu Słonecznego.

W tym momencie nie ma niezbitego potwierdzenia, że ​​źródłem światła jest powłoka pyłowa utworzona z pyłu komety. Może pochodzić z pozagalaktycznych źródeł tła (prawdopodobnie bardzo słabych galaktyk). Lub może pochodzić z czegoś, co nazywa się pozagalaktycznym światłem tła (EBL), które nie jest przypisane do żadnego konkretnego źródła. Jest to nagromadzone światło z różnych źródeł (w tym między innymi z formowania się gwiazd). Aby uzyskać pełne wyobrażenie o zasięgu tego światła i jego źródle, zespoły kontynuują przeglądanie całego archiwum HST.

Czy Tryton w końcu odpowie na pytanie: „Czy jesteśmy sami?”

Niedawno zbadaliśmy, jak i dlaczego lodowy księżyc Saturna, Enceladus, może odpowiedzieć na odwieczne pytanie: “Czy jesteśmy sami?”. Dzięki wewnętrznemu oceanowi i gejzerom lodu wodnego, które wystrzeliwują dziesiątki kilometrów w przestrzeń kosmiczną, która rzekomo zawiera składniki życia, ten mały księżyc może być głównym celem przyszłych misji astrobiologicznych. Ale Enceladus nie jest jedynym miejscem w naszym Układzie Słonecznym z aktywnymi gejzerami, ponieważ inny mały księżyc w pobliżu krawędzi Układu Słonecznego również ma podobne cechy. To największy księżyc Neptuna, Tryton, który tylko raz odwiedziła sonda Voyager 2 należąca do NASA w 1989 roku. Ale czy gejzery Trytona to jedyne cechy, które czynią go dobrym celem dla astrobiologii i wyszukiwania życia poza Ziemią?

Tryton może być ‘światem oceanów’, księżycem, który ma stałą skorupę lodową nad płynną wodą podpowierzchniową oceanu. Jeśli tak jest i jeśli pewnego dnia będziemy w stanie dotrzeć do tego oceanu i znaleźć życie, rozszerzyłoby to strefę nadającą się do zamieszkania do Pasa Kuipera, a nie tylko do wewnętrznego Układu Słonecznego. Ma to głębokie implikacje, zarówno w naszym Układzie Słonecznym, jak i na egzoplanetach.powiedziała dr Candice Hansen-Koharchek, która jest planetologiem i była przedstawicielem zespołu ds. Misje Voyagera.

Ze względu na swoje gejzery, które Voyager 2 zidentyfikował jako ciemne smugi, Tryton jest dopiero trzecim znanym ciałem planetarnym w Układzie Słonecznym, które jest aktywne wulkanicznie, poza Ziemią i najbardziej wewnętrznym księżycem galileuszowym Jowisza, Io. W przeciwieństwie do gejzerów na Enceladusie, które uważa się za spowodowane ogrzewaniem pływowym, gejzery Trytona są wynikiem ogrzewania słonecznego, gdzie słabe światło słoneczne docierające do księżyca powoduje powolne topnienie zamrożonego azotu na powierzchni i ostatecznie erupcję. Aktywna geologia wyjaśnia również brak kraterów na jego powierzchni i okazuje się, że Tryton posiada inną cechę podobną do Ziemi.

Tryton ma atmosferę azotu, która sezonowo zamarza w czapy polarne. Ziemia ma również głównie azotową atmosferę – czy możesz sobie wyobrazić, co by było, gdyby nasza atmosfera zamarzła na ziemię w zimie?! Chociaż atmosfera Trytona jest rzadka, wieją wiatry i rozrzucają cząsteczki po powierzchni.powiedział dr Hansen-Koharchek.

Jak wspomniano, Voyager 2 jest jedynym statkiem kosmicznym, który odwiedził Trytona, ale inna misja NASA, znana jako TRIDENT, została wybrana jako finalista w 2020 roku, aby zbadać Trytona z bliska po raz pierwszy od 1989 roku, ale ostatecznie została pominięta w końcowej rundzie selekcji przez NASA w 2021 r.

Trójząb ustaliłby istnienie podpowierzchniowego oceanu – to pierwszy krok w rozpoznaniu oceanicznego świata. Trident posiadał spektrometr bliskiej podczerwieni, który pozwoliłby nam po raz pierwszy zmapować rozkład lodu (N2, CH4, CO, CO2 i H2O) na jego powierzchni (Voyager nie posiadał spektrometru bliskiej podczerwieni, więc wszystko, co wiemy o składzie, to to, co możemy zebrać z Ziemi).powiedział dr Hansen-Koharchek.

Na razie Tryton krąży wokół Neptuna w pobliżu krawędzi Układu Słonecznego z jego aktywnymi gejzerami, azotową atmosferą i prawdopodobnie wewnętrznym oceanem. Kiedy odwiedzimy go ponownie i czy ten aktywny księżyc jest siedliskiem życia, jakie znamy dzięki swoim unikalnym cechom? Wtedy odpowiemy na pytanie dotyczące Trytona: „Czy jesteśmy sami w Układzie Słonecznym?”

Lecąc na (hipotetyczną) planetę 9: Po co ją odwiedzać, jak moglibyśmy się tam dostać i czy zaskoczyłoby nas jak Pluton?

W niedawnym badaniu przesłanym do Earth and Planetary Astrophysics międzynarodowy zespół naukowców omawia różne opcje projektowania misji w celu dotarcia do hipotetycznej Planety 9, znanej również jako „Planeta X”, którą według najnowocześniejszych modeli obecnie posiada wielka półoś licząca około 400 jednostek astronomicznych (AU). Naukowcy postulują, że wysłanie statku kosmicznego na Planetę 9 może przynieść korzyści naukowe, podobnie jak wtedy, gdy statek kosmiczny NASA New Horizons odwiedził Pluton w 2015 roku. Ale czy Planeta 9 rzeczywiście istnieje?

Trudno określić konkretną liczbę na poziomie ufności, ponieważ pozostaje wiele niewiadomych. Na razie powiedziałbym, że wydaje się prawdopodobne, że istnieje niezwykłe skupienie ekstremalnych obiektów transneptunowych. Nie wiemy, co powoduje to skupienie, ale Planeta 9 wydaje się być obiecującym kandydatem.powiedział dr Manavsi Lingam, który jest adiunktem w Florida Institute of Technology i współautorem badania.

Zanim Nowe Horyzonty NASA dotarły do ​​Plutona w 2015 roku, jedynymi zdjęciami Plutona, jakie naukowcy mieli, były rozmyte zdjęcia z teleskopów na Ziemi, a nawet Kosmiczny Teleskop Hubble’a nie mógł uzyskać niczego lepszego . Nauka o Plutonie była równie skąpa, ponieważ oszacowaliśmy jego masę, ale ponieważ nie mogliśmy dostrzec cech powierzchni, bardzo mało wiedzieliśmy o jego atmosferze, różnorodności geologicznej i wnętrzu. Jak podkreślają naukowcy, „bogactwo nowych danych” z New Horizons przewyższyło stare, ale czy moglibyśmy być równie zaskoczeni danymi z Planety 9, gdyby odwiedził tam statek kosmiczny?

To bardzo prawdopodobne. Nawet najlepsze teleskopy znacznie ustępują bliskim obserwacjom z sondy przelatującej nad ciałem niebieskim. Jest to jeszcze bardziej prawdziwe w przypadku ciał, które są daleko i słabo widoczne, co ma miejsce w przypadku Planety 9. Powodem jest fizyka. Im słabszy obiekt, tym większy musi być Twój teleskop, aby zebrać więcej światła z tego obiektu i tym dłużej musisz obserwować. Im dalej obiekt, tym więcej światła trzeba zebrać i tym większy musi być teleskop.powiedział dr Andrew Hein, który jest profesorem nadzwyczajnym/głównym naukowcem na Uniwersytecie w Luksemburgu i współautorem badania.

Aby dowiedzieć się, jak dostać się na Planetę 9, naukowcy proponują kilka projektów misji. Należą do nich asysta grawitacyjna Jowisza, wykorzystująca studnię grawitacyjną Jowisza lub Słońca do przyspieszania statku kosmicznego, rakiety chemiczne, napęd jądrowy i żagle laserowe. Z wyjątkiem żagli laserowych, czas potrzebny każdej metodzie na dotarcie do Planety 9 wahał się od niecałych 40 do 100 lat. Dzięki laserowym żaglom naukowcy oszacowali, że statek kosmiczny może dotrzeć do Planety 9 w ciągu 6,5-7 lat. Ale jakie kroki podejmuje się, aby ta technologia stała się rzeczywistością?

Technologia żagla laserowego jest obecnie wykorzystywana przez Breakthrough Starshot, projekt, w którym jestem częścią, i który znacząco rozwinął technologię w ciągu ostatnich 6 lat, w tym prototypy laboratoryjne. Chociaż technologia lotu jest na razie koncepcyjna, niektóre elementy konstrukcyjne technologii już istnieją w laboratorium. Celem projektu jest wystrzelenie laserowego żagla na inną gwiazdę, ale wersja na małą skalę powinna być możliwa do opracowania w ciągu najbliższych 10-15 lat przy budżecie mniejszym niż budżet na tradycyjną sondę kosmiczną (kilkaset miliony dolarów). Ta niewielka wersja, po opracowaniu, mogłaby zostać wykorzystana do osiągnięcia Planety 9 w ciągu kilku lat. Ale po opracowaniu wiązki laserowej takie sondy mogłyby być uruchamiane co tydzień po kosztach setki razy tańszych niż obecne sondy.powiedział Hein.

Na razie Planeta 9 pozostaje czysto hipotetycznym członkiem naszego ogromnego i znakomitego Układu Słonecznego, ale czy ogromny czas potrzebny na dotarcie tam konwencjonalnymi metodami uniemożliwiłby nam potencjalne odwiedzenie tego tajemniczego obiektu tak daleko od Słońca?

Chociaż stwierdzamy, że wymagany jest minimalny czas misji wynoszący 40-50 lat (z wyjątkiem lekkich żagli), ten długi czas lotu nie powinien nas zniechęcić. Sonda kosmiczna Voyager działała mniej więcej przez ten sam czas i nadal dostarcza mnóstwo danych. Domniemana misja na Planetę 9 (o ile istniała) nie tylko zrewolucjonizowałaby nasze rozumienie zewnętrznego Układu Słonecznego, ale mogłaby również umożliwić nam badanie innych celów po drodze – na przykład niektóre manewry zbliżają nas do Jowisza i Słońce, co wskazuje, że te światy również można badać.powiedział Lingam.

Próbki z asteroidy Ryugu zawierają fragmenty pochodzące spoza Układu Słonecznego

Na długo przed tym, jak nasze Słońce zaczęło się formować, gwiazdy w naszej części galaktyki umierały. Jedna z nich eksplodował jako supernowa. Katastrofa stworzyła maleńkie ziarenka pyłu, a siła eksplozji przebiła się przez pobliską chmurę gazu i pyłu. Ta akcja zasiała obłok „obcymi” materiałami z martwej gwiazdy. Fala uderzeniowa supernowej spowodowała również, że obłok zapadł się na siebie, tworząc Słońce. „Pozostałościami” obłoku stały się planety, księżyce, pierścienie, komety i asteroidy naszego Układu Słonecznego.

Asteroida 162173 Ryugu zawiera ziarna tego pradawnego materiału z dawno minionej gwiazdy. Japońska misja Hayabusa2 zbadała Ryugu i zwróciła próbki tych ziaren pyłu do analizy przez naukowców. Dostarczają wskazówek na temat tej gwiazdy i warunków przed narodzinami Słońca. Starożytny pył gwiezdny nie jest zaskoczeniem dla astronomów. Występuje w prymitywnych pozaziemskich ziarnach. Dzięki analizie chemicznej astronomowie mogą dowiedzieć się, kiedy uformowały się jako gwiazda, starzejąc się i umierając. Większość z nich to krzemiany lub tlenki bogate w tlen lub ziarna wzbogacone w węgiel. Krzemiany są dość rzadkie. Dzieje się tak, ponieważ niszczą je wietrzenie chemiczne lub inne procesy na asteroidzie (lub na Ziemi). Tak więc, jeśli w ogóle zostaną znalezione, zwykle znajdują się w osłoniętej części asteroidy.

Naukowcy z Carnegie, Jens Barosch i Larry Nittler, pracowali z zespołem ds. wstępnej analizy Hayabusa2, aby określić skład chemiczny ziaren. Opublikowali swoje wyniki w niedawnym artykule w Nature Letters. Opisuje ziarna pyłu i ich znaczenie dla naszego zrozumienia wydarzeń przed Układem Słonecznym. Zasadniczo zespół przeprowadził serię testów mikroanalitycznych na próbkach Hayabusa2. Następnie porównali wyniki z podobnymi testami wykonanymi na chondrytach węglowych (prymitywnych meteorytach) znalezionych na Ziemi.

Zespół wykrył próbki „ziarna przedsłonecznego” w materiałach Ryugu, w tym ziarnach węglowych. Była też niespodzianka. Fragmenty próbek były delikatnym materiałem krzemianowym, co stanowi wskazówkę dotyczącą ich powstawania i warunków, w jakich przebywali na asteroidzie.

Różne rodzaje ziaren przedsłonecznych pochodzą z różnych typów gwiazd i procesów gwiezdnych, które możemy zidentyfikować na podstawie ich sygnatur izotopowych. Możliwość identyfikacji i badania tych ziaren w laboratorium może pomóc nam zrozumieć zjawiska astrofizyczne, które ukształtowały nasz Układ Słoneczny, a także inne obiekty kosmiczne.wyjaśnił Barosch.

Naukowcy dzielą ziarna przedsłoneczne na grupy, które łączą je z rodzajami gwiazd, które je stworzyły. Wiele ziaren z izotopami tlenu prawdopodobnie utworzyło się w wiatrach gwiazd asymptotycznej gałęzi olbrzymów (AGB) o różnych masach i/lub metaliczności. Mogą również powstawać w supernowych. Ziarna krzemianu pochodzą z różnych źródeł: gwiazd AGB wyrzucanych z nowych lub supernowych. Ziarna grafitu przedsłonecznego prawdopodobnie pochodzą z gwiazd AGB i supernowych.

Skład i obfitość ziaren przedsłonecznych, które znaleźliśmy w próbkach Ryugu, są podobne do tych, które wcześniej odkryliśmy w chondrytach węglowych. Daje nam to pełniejszy obraz procesów formacyjnych naszego Układu Słonecznego, które mogą posłużyć jako źródło informacji dla modeli i przyszłych eksperymentów na próbkach Hayabusa2, a także innych meteorytach.wyjaśnił Nittler.

Ryugu to blisko Ziemi asteroida o średnicy około 1 kilometra, odkryta w 1999 roku. Jest to potencjalnie niebezpieczna asteroida z grupy Apollo . Ryugu okrąża Słońce raz na 16 miesięcy, a jego ścieżka przecina Ziemię. W najbliższym czasie może zbliżyć się nawet na jedną czwartą odległości Księżyca od naszej planety.

Ta asteroida jest również idealnym kandydatem, aby pomóc naukowcom zrozumieć mgławicę przedsłoneczną i historię asteroid. To część rodziny asteroid pozostałych po zderzeniu dwóch większych obiektów. To wydarzenie wysłało odłamki wirujące w kosmos. Naukowcy podejrzewają, że jej większe ciało rodzicielskie miało wewnętrzne ogrzewanie. Ryugu jest okrągły, ale z wybrzuszeniem na równiku, a jego powierzchnia pokryta jest głazami. Niektórzy sugerują nawet, że to martwa kometa.

Hayabusa 2 udał się do Ryugu, aby spróbować jego powierzchni. Na podstawie tego, co odkrył statek kosmiczny, naukowcy klasyfikują teraz Ryugu jako orbitującą stertę gruzu. Oznacza to, że jest luźno związany, a jego objętość jest co najmniej „w połowie pusta”. Powierzchnia jest dość porowata i ma 77 kraterów uderzeniowych. Ryugu stworzył nową, małą, wstrzykując w ziemię niewielką masę miedzi w celu zbadania materiałów podpowierzchniowych.

Inne ważne wydarzenia misji obejmują wdrożenie małego łazika powierzchniowego o nazwie MASCOT. Trzy inne łaziki pojechały zbadać różne części powierzchni (chociaż jeden się nie powiódł). Część misji polegająca na pobieraniu próbek z powierzchni zakończyła się w lutym 2019 r., a później tego samego roku Hayabusa2 rozpoczęła swoją podróż powrotną na Ziemię ze swoimi cennymi próbkami sprzed eonów. Szczegółowe badania materiałów ujawniły nie tylko obecność obcych ziaren pyłu. W regolicie asteroidy są również kuszące ślady aminokwasów (cegiełek budulcowych życia).