通过太阳系灰尘在筛选后令人惊讶的发现显示

科学家在筛选太阳系尘埃后发现了什么

在这张图中,几个尘埃环环绕着太阳。当行星的引力将尘埃颗粒拉入围绕太阳的轨道时,就会形成这些光环。最近,科学家在水星轨道上发现了一个尘埃环。另一些人则假设金星尘埃环的来源是一组从未被探测到的共轨小行星。工作人员:美国宇航局戈达德太空飞行中心/Mary Pat Hrybyk-Keith

就像灰尘会在我们家里的角落和书架上堆积一样,灰尘也会在空间里堆积。但当尘埃落在太阳系中时,通常会形成光环。几个尘埃环环绕着太阳。这些光环追踪着行星的运行轨道,当尘埃飘过太阳系中心时,行星的引力将尘埃拉向太阳周围的位置。

这些尘埃是由大约46亿年前太阳系形成时的破碎残骸组成的,它们是小行星碰撞时的碎石或彗星燃烧时的碎屑。尘埃散布在整个太阳系,但它会聚集在覆盖在地球轨道上的粒状环上金星这些环可以用地球上的望远镜看到。通过研究这些尘埃——它是由什么组成的,它来自哪里,以及它如何在太空中移动——科学家们寻找线索来理解行星的诞生和我们在太阳系中看到的所有物质的组成。

最近的两个研究报告了内太阳系中的灰尘戒指的新发现。一项学习用途Nasa这些数据勾勒出了水星轨道上围绕太阳的尘埃环的证据。美国宇航局的第二项研究确定了金星轨道上尘埃环的可能来源:一组从未被发现的与金星同轨运行的小行星。

“你不是每天都能在太阳系内部发现新东西,”马克·库切纳(Marc Kuchner)说。他是金星研究的作者,也是马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)美国宇航局戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的天体物理学家。“这就在我们附近。”

阳光周围的另一个戒指

科学家们认为行星最初只是尘埃颗粒。它们来自环绕年轻恒星的巨大的气体和尘埃盘。重力和其他力导致圆盘内的物质碰撞并结合。(插图)荣誉:美国宇航局喷气推进实验室

阳光周围的另一个戒指

位于华盛顿特区的海军研究实验室的太阳科学家吉列尔莫·斯登堡和拉塞尔·霍华德并没有打算寻找尘埃环。“我们是偶然发现它的,”斯滕堡笑着说。科学家们在发表于《科学》杂志的一篇论文中总结了他们的发现《天体物理学杂志》上2018年11月21日。

他们描述了水星轨道上的宇宙尘埃薄雾的证据,形成了一个约930万英里宽的光环。水星——3030英里宽,刚好能让美国大陆横跨——在环绕太阳的过程中穿过这条巨大的尘迹。

具有讽刺意味的是,这两个科学家们偶然发现了尘埃环,同时寻找靠近太阳的无尘区域的证据。在距离阳光的一段距离,根据几十年的预测,明星的强大的热量应该蒸发灰尘,清扫整个空间。了解这个边界的位置可以告诉科学家关于尘埃本身的构成,以及暗示在年轻太阳系中形成的行星。

到目前为止,没有发现无尘空间没有证据,但这部分是因为难以从地球中检测到。无论科学家如何从地球看,我们之间的所有尘埃都在途中,欺骗他们在阳光附近的思考,而不是真的是捕捉的。

斯滕堡和霍华德认为,他们可以通过建立一个基于美国宇航局立体卫星(即太阳和地球关系天文台的缩写)的行星间空间图片的模型来解决这个问题。

最终,两人想要测试他们的新模型,为NASA的帕克太阳探测器做准备。帕克太阳探测器目前在一个高度椭圆的轨道上绕太阳飞行,在接下来的7年里越来越接近太阳。他们想把这项技术应用到帕克发回地球的图像上,看看太阳附近的尘埃是如何活动的。

科学家们从未在这个未开发的领土上收集的数据,如此接近太阳。像Stenborg和Howard这样的模型为理解帕克太阳能探头的观察提供了重要背景,以及暗示航天器会发现自己的空间环境的暗示 - 烟雾或闪闪发光的清洁。

在立体图像中出现了两种光:来自太阳炽热的外层大气(称为日冕)的光,以及来自漂浮在太空中的尘埃的光。这些尘埃缓慢环绕太阳运行,反射的太阳光比日冕光要亮100倍。

“我们并不是真正的尘埃人,”霍华德说,他同时也是为日冕拍摄照片的STEREO和帕克太阳探测器的首席科学家。“太阳附近的尘埃只是在我们的观测中出现,通常我们都把它扔掉了。像霍华德这样的太阳科学家,他们研究太阳活动的目的是预测即将到来的太空天气,包括太阳物质的巨大爆炸,太阳有时会把这些物质发送到我们的道路上。他们已经花了数年时间开发技术来消除这些尘埃的影响。只有在清除灰尘中的光污染后,他们才能清楚地看到日冕在做什么。

这两位科学家建立了他们的模型,作为一种工具,以帮助其他人摆脱立体图像中讨厌的尘埃——最终是帕克太阳探测器——的图像,但对无尘太空的预测一直留在他们的脑海里。如果他们能设计出一种方法来分离这两种光,并分离尘埃的光芒,他们就能弄清楚那里到底有多少尘埃。例如,如果发现图像中所有的光都只来自日冕,就可以表明他们最终找到了无尘空间。

水星的尘埃环是一个幸运的发现,这是Stenborg和Howard在研究他们的模型时发现的。当他们在立体图像上使用他们的新技术时,他们注意到沿着水星轨道的一种亮度增强的模式——也就是说,更多的尘埃——在他们原本计划丢弃的光线中。

“这不是一件孤立的事情,”霍华德说。“在太阳周围,无论航天器的位置如何,我们都可以看到相同的5%的尘埃亮度或密度增加。这说明有什么东西存在,而且它围绕着太阳延伸。”

Stenborg说,科学家们从未考虑过水星轨道上可能存在一个环,这可能就是为什么直到现在它才被发现的原因。“人们认为,水星不像地球或金星,它太小,离太阳太近,无法捕捉到尘埃环,”他说。“他们认为太阳风和来自太阳的磁力会把水星轨道上的多余尘埃吹走。”

在其皮带下面有一个意想不到的发现和敏感的新工具,研究人员仍然对无尘区感兴趣。随着帕克太阳能探测继续探索电晕,他们的模型可以帮助他人揭示任何其他尘埃兔子在太阳附近潜伏。


这种可视化显示了Venus在太阳周围的轨道上的灰尘环的模拟。科学家假设一组从未预测的小行星,与金星负责供应金星的尘埃环。积分:美国宇航局的科学可视化工作室/汤姆布里奇曼

小行星隐藏在金星的轨道上

这并不是科学家第一次在太阳系内部发现尘埃环。25年前,科学家们发现地球绕太阳运行的轨道是一个巨大的尘埃环。还有人在金星轨道附近发现了一个类似的环,他们首先利用了德美两国的太阳神号太空探测器2007年的档案数据,然后在2013年用立体数据证实了这一发现。

从那时起,科学家们确定地球轨道上的尘埃环主要来自于小行星带,即两者之间巨大的甜甜圈状区域火星木星太阳系大多数小行星都生活在那里。这些岩石小行星不断地相互碰撞,使尘埃漂移到更深的太阳引力中,除非地球引力将这些尘埃拉到一边,进入地球的轨道。

起初,金星的尘埃环看起来像地球的一样,是由太阳系其他地方产生的尘埃形成的。但是当戈达德天体物理学家Petr Pokorny模拟尘埃从小行星带盘旋向太阳时,他的模拟产生了一个与地球环相匹配的环,而不是金星环。

这种差异让他想知道,如果不是小行星带,那么金星轨道上的尘埃还来自哪里?在一系列的模拟之后,波科尔尼和他的研究伙伴马克·库切纳假设它来自一组从未被发现过的小行星,它们和金星一起围绕太阳运行。他们在杂志上发表了他们的研究成果天体物理学杂志通讯》上2019年3月12日。

库奇纳说:“我认为这个结果最令人兴奋的地方在于,它暗示了一群新的小行星,它们可能提供了太阳系如何形成的线索。”如果Pokorny和Kuchner能够观测到它们,这一小行星家族将为我们揭示地球和金星的早期历史。如果使用合适的工具,这些小行星还可以解开太阳系化学多样性的线索。

因为它分散在一个更大的轨道上,所以金星的尘埃环比新探测到的水星的尘埃环要大得多。从上到下大约1600万英里,600万英里宽,环上散落着灰尘,其最大的颗粒大约和粗砂纸的颗粒一样大。它的尘埃密度比周围的空间大10%。尽管如此,它仍然是分散的——将环内的所有尘埃聚集在一起,你得到的只是一颗直径两英里的小行星。

其他星星的灰尘环

小行星代表了太阳系岩石行星的组成部分。当它们在小行星带碰撞时,它们散落的尘埃散落在整个太阳系,科学家可以通过研究这些尘埃来寻找行星早期历史的线索。(插图)作品:美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室

Pokorny使用了十几种不同的建模工具来模拟尘埃如何围绕太阳系移动,他模拟了所有他能想到的尘埃源,寻找与观测结果相匹配的模拟金星环。他试过的所有来源听起来就像是在点名太阳系中所有岩石天体:主带小行星、奥尔特云彗星、哈雷彗星、木星族彗星、最近在小行星带发生的碰撞。

库奇纳说:“但是没有一个成功。“所以,我们开始创造我们自己的灰尘来源。”

这两位科学家认为,这些尘埃可能来自离金星更近的小行星,而不是小行星带。可能有一群小行星在太阳和金星的轨道上同步运行,这意味着它们共享金星的轨道,但远离金星,通常在太阳的另一边。Pokorny和Kuchner认为,一组位于金星轨道上的小行星可能直到现在才被发现,因为在没有太阳光线干扰的情况下,很难用地球上的望远镜指向那个方向。

共同轨道的小行星是所谓的共振,一个轨道图案的示例,其锁定不同的轨道在一起,这取决于他们的引力影响如何满足。Pokorny和Kuchner建模了许多潜在的共振:每三个金星轨道圈出太阳的小行星,例如金星十的九次,一个是一个。在所有可能性中,单独一组产生了金星粉尘戒指的现实模拟:一包小行星,占据了金星的轨道,匹配了阳光下的维纳斯之旅。

但在找到一个可行的假设解决方案后,科学家们还不能就此结束工作。波科尔尼说:“我们以为我们发现了这群小行星,但随后必须证明它的有效性。”“我们很兴奋,然后你意识到,‘哦,有这么多工作要做。’”

他们需要表明星小行星的存在在太阳系中是有道理的。他们意识到,在金星附近的这些特殊,圆形轨道中的小行星在那里抵达那里的小行星带。如果自太阳系统的开始以来,他们的假设会更有意义。

科学家们建造了另一个模型,这次从邻近金星的10,000个小星曲线开始。他们让模拟快进至45亿多年的太阳系历史,包括来自每个行星的所有引力效应。当模型达到当今的日期时,约有800个测试小行星在时间的考验中存活。

波科尔尼认为这是一个乐观的存活率。这表明,在太阳系早期的混乱中,小行星可能在金星轨道附近形成,其中一些可能一直留在那里,形成附近的尘埃环。

下一步是确定并观察这些难以捉摸的小行星。“如果那里有什么东西,我们应该能够找到,”波科尔尼说。它们的存在可以通过像哈勃这样的太空望远镜,或者类似于STEREO的星际空间成像仪来验证。然后,科学家们将有更多的问题需要回答:它们有多少个?它们有多大?他们是在不停地落尘,还是只有一次分手?

LSPM J0207 + 3331

在这张图中,一颗小行星在距离地球145光年的LSPM J0207+3331的强大引力作用下解体。科学家认为破碎的小行星是这颗古老恒星周围尘埃环的来源。功劳:美国宇航局戈达德太空飞行中心/斯科特·维辛格

其他星星的灰尘环

水星和金星的尘埃环离我们只有一两颗行星的距离,但是科学家们已经在遥远的恒星系统中发现了许多其他的尘埃环。巨大的尘埃环比系外行星更容易被发现,可以用来推断是否存在其他隐藏的行星,甚至它们的轨道特性。

但解释太阳系外的尘埃环并非易事。库奇纳说:“为了对其他恒星周围的尘埃环进行模拟和准确解读,我们首先必须了解我们后院尘埃的物理性质。”通过研究水星、金星和地球附近的尘埃环,这些尘埃可以追踪到太阳系中引力的持久影响,科学家们可以开发出读取尘埃环远近的技术。

3评论关于“筛选太阳系尘埃后的惊人发现”

  1. Fausto o·蒙托亚|2019年3月13日上午9:39|回复

    对我们的星球非常危险?我希望不是这样。

  2. 伊恩•艾略特|2019年3月13日晚上11:39|回复

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