Межпланетное пылевое облако

Мелкие частицы между планетами

Межпланетное пылевое облако, освещенное и видимое как зодиакальный свет , с его частями — ложным рассветом , ^[1] gegenschein и остальной частью его полосы, которую визуально пересекает Млечный Путь .

Межпланетное пылевое облако , или зодиакальное облако (как источник зодиакального света ), состоит из космической пыли (мелких частиц , плавающих в космическом пространстве ), которая пронизывает пространство между планетами внутри планетных систем , таких как Солнечная система . ^[2] Эту систему частиц изучали в течение многих лет, чтобы понять ее природу, происхождение и связь с более крупными телами. Существует несколько методов измерения космической пыли .

В Солнечной системе частицы межпланетной пыли играют роль в рассеянии солнечного света и излучении теплового излучения , которое является наиболее заметной особенностью излучения ночного неба , с длинами волн в диапазоне 5–50 мкм . ^[3] Размеры частиц зерен, характеризующих инфракрасное излучение вблизи орбиты Земли, обычно составляют 10–100 мкм. ^[4] Микроскопические ударные кратеры на лунных камнях, доставленные программой «Аполлон» ^[5], выявили распределение частиц космической пыли по размерам , бомбардирующих лунную поверхность. Распределение межпланетной пыли «Грюн» на расстоянии 1 а.е. ^[6] описывает поток космической пыли размером от нм до мм на расстоянии 1 а.е.

Общая масса межпланетного пылевого облака примерно равна массе астероида радиусом 15 км (плотность около 2,5 г/см ³ ). ^[7] Расположенное по зодиаку вдоль эклиптики , это пылевое облако видно как зодиакальный свет на безлунном и естественно темном небе и лучше всего видно в сторону Солнца во время астрономических сумерек .

Наблюдения космического корабля «Пионер» в 1970-х годах связали зодиакальный свет с межпланетным пылевым облаком в Солнечной системе. ^[8] Кроме того, прибор VBSDC на зонде «Новые горизонты» был разработан для обнаружения ударов пыли из зодиакального облака в Солнечной системе. ^[9]

Источник

Художественная концепция вида с экзопланеты со светом внесолнечного межпланетного пылевого облака .

К источникам межпланетных пылевых частиц (МВП) относятся, по крайней мере: столкновения астероидов, кометная активность и столкновения во внутренней части Солнечной системы, столкновения пояса Койпера и межзвездные средние зерна (Бэкман, Д., 1997). Происхождение зодиакального облака уже давно является предметом одного из самых горячих споров в области астрономии.

Считалось, что ВПЛ произошли от комет или астероидов, частицы которых разошлись по всему облаку. Однако дальнейшие наблюдения показали, что за формирование зодиакального облака могут быть ответственны пыльные бури на Марсе. ^{[10] [2]}

Жизненный цикл частицы

Основными физическими процессами, «влияющими» (механизмы разрушения или вытеснения) на межпланетные пылевые частицы, являются: выталкивание радиационным давлением , внутрь радиационное сопротивление Пойнтинга-Робертсона (ПР) , давление солнечного ветра (со значительными электромагнитными эффектами), сублимация , взаимные столкновения и динамические эффекты планет (Бэкман, Д., 1997).

Время жизни этих пылевых частиц очень короткое по сравнению со временем жизни Солнечной системы. Если вокруг звезды обнаруживаются зерна старше примерно 10 000 000 лет, то это должны быть зерна из недавно выпущенных фрагментов более крупных объектов, т. е. они не могут быть остатками зерен протопланетного диска (Бэкман, частное сообщение). ^{[ нужна цитация ]} Таким образом, зерна будут пылью «позднего поколения». Зодиакальная пыль в Солнечной системе на 99,9% состоит из пыли более поздних поколений и на 0,1% из проникшей межзвездной средней пыли. Все первичные зерна формирования Солнечной системы были давно удалены.

Частицы, на которые в первую очередь влияет радиационное давление, известны как «бета-метеороиды». Обычно они имеют вес менее 1,4 × 10 ^-12  г и выталкиваются от Солнца в межзвездное пространство. ^[11]

Облачные структуры

Межпланетное пылевое облако имеет сложную структуру (Рич, В., 1997). Помимо плотности фона, сюда входят:

• По меньшей мере 8 пылевых шлейфов — их источником считают короткопериодические кометы .
• Ряд пылевых полос, источниками которых предположительно являются семейства астероидов в главном поясе астероидов . Три сильнейшие группы происходят из семьи Фемиды , семьи Коронис и семьи Эос . Другие семейства-источники включают семейства Марии , Евномии и, возможно, семейства Весты и/или Гигеи (Reach et al. 1996).
• Известны как минимум два резонансных пылевых кольца (например, пылевое кольцо, резонансное с Землей, хотя считается, что каждая планета Солнечной системы имеет резонансное кольцо со «следом») (Джексон и Зук, 1988, 1992) (Дермотт , С.Ф. и др., 1994, 1997)

Сбор пыли на Земле

В 1951 году Фред Уиппл предсказал, что микрометеориты диаметром менее 100 микрометров могут замедляться при столкновении с верхними слоями атмосферы Земли, не плавясь. ^[12] Современная эра лабораторных исследований этих частиц началась с полетов в стратосферу Дональда Браунли и его коллег в 1970-х годах с использованием воздушных шаров, а затем самолетов U-2 . ^[13]

Хотя некоторые из найденных частиц были похожи на материал в современных коллекциях метеоритов, нанопористая природа и неуравновешенный космический состав других частиц позволяют предположить, что они возникли как мелкозернистые агрегаты нелетучих строительных блоков и кометного льда. ^{[14] [15]} Межпланетная природа этих частиц позже была подтверждена наблюдениями за благородным газом ^[16] и следами солнечных вспышек ^[17] .

В этом контексте в Космическом центре Джонсона в Техасе была разработана программа по сбору и хранению этих частиц в атмосфере . ^[18] Эта коллекция стратосферных микрометеоритов, наряду с досолнечными зернами метеоритов, являются уникальными источниками внеземного материала (не говоря уже о том, что они сами по себе являются небольшими астрономическими объектами), доступными для изучения в лабораториях сегодня.

Эксперименты

К космическим кораблям, оснащенным детекторами пыли, относятся «Гелиос» , «Пионер-10» , «Пионер-11» , «Улисс» (гелиоцентрическая орбита, удаленная от Юпитера), « Галилео» (орбитальный аппарат Юпитера), «Кассини » (орбитальный аппарат Сатурна) и « Новые горизонты» (см. «Студенческий счетчик пыли Венеции Берни ») . .

Основные коллекции обзоров

Сборники обзорных статей по различным аспектам межпланетной пыли и связанных с ней полей появились в следующих книгах:

В 1978 году Тони МакДоннелл отредактировал книгу «Космическая пыль» ^[19] , которая содержала главы ^[20] о кометах, а также о зодиакальном свете как индикаторе межпланетной пыли, метеорах, межзвездной пыли, исследованиях микрочастиц с помощью методов отбора проб и исследованиях микрочастиц с помощью космических приборов. Внимание также уделяется лунной и планетарной ударной эрозии, аспектам динамики частиц, методам ускорения и высокоскоростным процессам ударов, используемым для лабораторного моделирования эффектов, производимых микрометеороидами.

2001 Эберхард Грюн , Бо Густафсон, Стэн Дермотт и Хьюго Фехтиг опубликовали книгу « Межпланетная пыль» . ^[21] Рассматриваемые темы ^[22] : исторические перспективы; кометная пыль; околоземная среда; метеороиды и метеоры; свойства межпланетной пыли, информация из собранных образцов; измерения космической пыли на месте; численное моделирование структуры Зодиакального Облака; синтез наблюдений; приборы; физические процессы; оптические свойства межпланетной пыли; орбитальная эволюция межпланетной пыли; околопланетная пыль, наблюдения и простая физика; межзвездная пыль и околозвездные пылевые диски.

2019 Рафаэль Родриго, Юрген Блюм, Сян-Вэнь Сюй, Детлеф В. Кошны, Анни-Шанталь Левассер-Регур , Хесус Мартин-Пинтадо, Верле Дж. Стеркен и Эндрю Вестфаль собрали рецензии в книге « Космическая пыль от лаборатории к звездам» . ^[23] Включены обсуждения ^[24] пыли в различных средах: от планетарных атмосфер и безвоздушных тел, межпланетной пыли, метеороидов, кометной пыли и выбросов активных лун до межзвездной пыли и протопланетных дисков. Обсуждаются разнообразные методы и результаты исследований, включая измерения на месте, дистанционное наблюдение, лабораторные эксперименты и моделирование, а также анализ возвращенных образцов.

Кольца пыли

Первое в истории панорамное изображение пылевого кольца орбитального пространства Венеры, полученное солнечным зондом Паркер .

Было обнаружено, что межпланетная пыль образует пылевые кольца в орбитальном пространстве Меркурия и Венеры. ^[25] Предполагается, что орбитальное пылевое кольцо Венеры возникло либо из еще не обнаруженных астероидов, сопровождающих Венеру, ^[25] из межпланетной пыли, мигрирующей волнами из орбитального пространства в орбитальное пространство, либо из остатков околозвездного диска Солнечной системы , из которого образовался ее прото -планетарный диск , а затем и сама Солнечная планетная система . ^[26]

Смотрите также

• Околозвездный диск
• Космическая пыль
• Межпланетная среда
• марсианская почва
• Пылевые бури на Марсе
• Микрометеороид
• Экзозодиакальная пыль
• Зодиакальный свет

Рекомендации

1. «Ложный рассвет». www.eso.org . Проверено 14 февраля 2017 г.
2. "Что нашли ученые, просеивая пыль в Солнечной системе - бр." ЭврекАлерт! . НАСА. 12 марта 2019 года . Проверено 12 марта 2019 г.
3. Левассер-Регур, AC , 1996 г.
4. Бэкман, Д., 1997.
5. Моррисон, Д.А.; Клэнтон, США (1979). «Свойства микрократеров и космической пыли размером менее 1000 Å». Материалы 10-й конференции по науке о Луне и планетах, Хьюстон, Техас, 19–23 марта 1979 г. Нью-Йорк: Pergamon Press Inc. 2 : 1649–1663. Бибкод : 1979LPSC...10.1649M . Проверено 3 февраля 2022 г.
6. Грюн, Э.; Зук, штат Ха; Фехтиг, Х.; Гизе, Р.Х. (май 1985 г.). «Коллизионный баланс метеоритного комплекса». Икар . 62 (2): 244–272. Бибкод : 1985Icar...62..244G. дои : 10.1016/0019-1035(85)90121-6 . Проверено 23 января 2022 г.
7. Павлов, Александр А.; Павлов Анатолий К.; Кастинг, Джеймс Ф. (1999). «Облученные частицы межпланетной пыли как возможное решение парадокса дейтерия и водорода в земных океанах». Журнал геофизических исследований: Планеты . 104 (Е12): 30725–28. Бибкод : 1999JGR...10430725P. дои : 10.1029/1999JE001120. ПМИД  11543198.
8. Ханнтер; и другие. (1976). «Пионер 10 наблюдений яркости зодиакального света вблизи эклиптики - изменения с гелиоцентрическим расстоянием».
9. Хораньи, М.; Хокси, В.; Джеймс, Д.; Поппе, А.; Брайант, К.; Гроган, Б.; Лампрехт, Б.; Мак, Дж.; Багеналь, Ф.; С. Батист; Банч, Н.; Чантанович, Т.; Кристенсен, Ф.; Колган, М.; Данн; Дрейк, Г.; Фернандес, А.; Финли, Т.; Холланд, Г.; Дженкинс, А.; Краусс, К.; Краусс, Э.; Краусс, О.; Лэнктон, М.; Митчелл, К.; Ниланд, М.; Рессе, Т.; Раш, К.; Тейт, Г.; Водрен, К.; Вестфолл, Дж. (2008). «Студенческий счетчик пыли в миссии «Новые горизонты»» (PDF) . Обзоры космической науки . 140 (1–4): 387–402. Бибкод :2008ССРv..140..387H. doi : 10.1007/s11214-007-9250-y. S2CID  17522966 . Проверено 17 сентября 2022 г.
10. Шехтман, Светлана (8 марта 2021 г.). «Случайные открытия Юноны разрушают представления о зодиакальном свете». НАСА . Проверено 8 мая 2022 г. Хотя сейчас имеются веские доказательства того, что Марс, самая пыльная из известных нам планет, является источником зодиакального света, Йоргенсен и его коллеги пока не могут объяснить, как пыль могла вырваться из-под власти марсианской гравитации.
11. «Фон микрометеорита». Миссия GENESIS Discovery 5 . Калтех. Архивировано из оригинала 26 августа 2007 года . Проверено 4 августа 2008 г.
12. Уиппл, Фред Л. (декабрь 1950 г.). «Теория микрометеоритов. Часть I. В изотермической атмосфере». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 36 (12): 687–695. Бибкод : 1950PNAS...36..687W. дои : 10.1073/pnas.36.12.687 . ПМЦ 1063272 . ПМИД  16578350. 
13. Браунли, Делавэр (декабрь 1977 г.). «Межпланетная пыль - возможные последствия для комет и досолнечных межзвездных зерен». В: Протозвезды и планеты: исследования звездообразования и происхождения Солнечной системы. (A79-26776 10-90) Тусон : 134–150. Бибкод : 1978prpl.conf..134B.
14. Фраундорф, П.; Браунли, Д.Э. и Уокер, Р.М. (1982) [1-й паб. 1986]. «Лабораторные исследования межпланетной пыли». В Уилкенинге, Л. (ред.). Кометы . Издательство Университета Аризоны. стр. 383–409.
15. Уокер, РМ (январь 1986 г.). «Лабораторные исследования межпланетной пыли». В НАСА . 2403 : 55. Бибкод : 1986NASCP2403...55W.
16. Хадсон, Б.; Флинн, Дж.Дж.; Фраундорф, П.; Хоэнберг, CM; Ширк, Дж. (январь 1981 г.). «Благородные газы в частицах стратосферной пыли: подтверждение внеземного происхождения». Наука . 211 (4480): 383–386 (домашняя страница Sci). Бибкод : 1981Sci...211..383H. дои : 10.1126/science.211.4480.383. ПМИД  17748271.
17. Брэдли, JP; Браунли, Делавэр; Фраундорф, П. (декабрь 1984 г.). «Открытие ядерных следов в межпланетной пыли». Наука . 226 (4681): 1432–1434. Исследования поддерживаются McCrone Associates. Бибкод : 1984Sci...226.1432B. дои : 10.1126/science.226.4681.1432. ISSN  0036-8075. PMID  17788999. S2CID  27703897.
18. «Космическая пыль». НАСА – Программа Космического центра Джонсона, Лаборатория космической пыли . 6 января 2016 года . Проверено 14 марта 2016 г.
19. Макдоннел, JAM (1978). Космическая пыль. Чичестер, Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. стр. 607–670. Бибкод : 1978codu.book..607F. ISBN 0-471-99512-6. Проверено 22 января 2022 г.
20. Макдоннелл, JAM (1978). Космическая пыль. Бибкод : 1978codu.book.....M . Проверено 5 февраля 2022 г.
21. Грюн, Э.; Густафсон, БАС; Дермотт, С.; Фехтиг, Х. (2001). Межпланетная пыль. Берлин: Шпрингер. Бибкод : 2001indu.book.....G. ISBN 978-3-540-42067-5. Проверено 5 февраля 2022 г.
22. Межпланетная пыль. Библиотека астрономии и астрофизики. 2001. doi : 10.1007/978-3-642-56428-4. ISBN 978-3-642-62647-0. Проверено 5 февраля 2022 г.
23. Родриго, Рафаэль; Блюм, Юрген; Сюй, Сян-Вэнь; Кошный, Детлеф В.; Левассер-Регур, Анни-Шанталь ; Мартин-Пинтадо, Хесус; Стеркен, Верле Дж.; Вестфаль, Эндрю, ред. (2019). Космическая пыль из лаборатории к звездам. Берлин: Шпрингер. ISBN 978-94-024-2009-8. Проверено 5 февраля 2022 г.
24. «Космическая пыль из лаборатории к звездам» . Проверено 5 февраля 2022 г.
25. Гарнер, Роб (12 марта 2019 г.). «Что ученые обнаружили, просеивая пыль Солнечной системы». НАСА . Проверено 21 января 2023 г.
26. Рем, Джереми (15 апреля 2021 г.). «Солнечный зонд Паркер впервые сделал полный вид пылевого кольца на орбите Венеры». ДЖУАПЛ . Проверено 21 января 2023 г.

дальнейшее чтение

• Джексон А.А.; Зук, ХА (1988). «Пылевое кольцо Солнечной системы, пастырем которого является Земля». Природа . 337 (6208): 629–631. Бибкод : 1989Natur.337..629J. дои : 10.1038/337629a0. S2CID  4351090.
• Джексон А.А.; Зук, ХА (1992). «Орбитальная эволюция пылевых частиц комет и астероидов». Икар . 97 (1): 70–84. Бибкод : 1992Icar...97...70J. дои : 10.1016/0019-1035(92)90057-E.
• Мэй, Брайан Гарольд (2008). Обзор лучевых скоростей в зодиакальном пылевом облаке (кандидатская диссертация) . Нью-Йорк: Спрингер. hdl : 10044/1/1333. ISBN 978-0-387-77705-4.
• Бэкман, Дана (1997). «Мастерская Exozody, НАСА-Эймс, 23–25 октября 1997 г.». Внесолнечное зодиакальное излучение — отчет исследовательской группы НАСА .
• Отчет группы НАСА о внесолнечном зодиакальном излучении
• Дермотт, Сан-Франциско; Джаяраман, С.; Сюй, ЮЛ; Густавсон, ААС; Лиу, JC (30 июня 1994 г.). «Околосолнечное кольцо астероидной пыли, находящееся в резонансе с Землей». Природа . 369 (6483): 719–23. Бибкод : 1994Natur.369..719D. дои : 10.1038/369719a0. S2CID  4345910.
• Дермотт, Сан-Франциско (1997). «Подписи планет в зодиакальном свете». Внесолнечное зодиакальное излучение — отчет исследовательской группы НАСА .
• Левассер-Регур, AC (1996). «Оптические и термические свойства зодиакальной пыли». Физика, химия и динамика межпланетной пыли, серия конференций ASP, том 104 . стр. 301–.
• Рич, В. (1997). «Общая структура зодиакального пылевого облака». Внесолнечное зодиакальное излучение — отчет исследовательской группы НАСА .
• Охват, WT; Франц, бакалавр; Вейланд, Дж.Л. (1997). «Трехмерная структура зодиакальных пылевых полос». Икар . 127 (2): 461–484. Бибкод : 1997Icar..127..461R. дои : 10.1006/icar.1997.5704.