stringtranslate.com

Межпланетное пылевое облако

Межпланетное пылевое облако, освещенное и видимое как зодиакальный свет , с его частями ложной зари , [1] противосияния и остальной частью его полосы, которая визуально пересекается Млечным Путем , на этом составном изображении ночного неба над северным и южным полушарием.

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 в планетарных системах , таких как Солнечная система . [2] Эта система частиц изучалась в течение многих лет, чтобы понять ее природу, происхождение и связь с более крупными телами. Существует несколько методов получения измерений космической пыли .

В Солнечной системе межпланетные пылевые частицы играют роль в рассеивании солнечного света и в 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 находятся в диапазоне 10–100 мкм. [4] Микроскопические ударные кратеры на лунных породах, доставленные программой «Аполлон» [5], выявили распределение размеров частиц космической пыли, бомбардирующих лунную поверхность. Распределение «Грюна» межпланетной пыли на расстоянии 1 а.е. [6] описывает поток космической пыли от нм до мм размеров на расстоянии 1 а.е.

Общая масса межпланетного пылевого облака составляет приблизительно3,5 × 10 16  кг , или масса астероида радиусом 15 км (с плотностью около 2,5 г/см 3 ). [7] Располагаясь по обе стороны зодиака вдоль эклиптики , это пылевое облако видно как зодиакальный свет в безлунном и естественно темном небе и лучше всего видно в солнечном направлении во время астрономических сумерек .

Наблюдения космического аппарата «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

Художественное представление вида с экзопланеты со светом от внесолнечного межпланетного пылевого облака.

Источники межпланетных пылевых частиц (IDP) включают в себя по крайней мере: столкновения астероидов, кометную активность и столкновения во внутренней части Солнечной системы, столкновения в поясе Койпера и межзвездные средние частицы (Бэкман, Д., 1997). Происхождение зодиакального облака долгое время было предметом одного из самых жарких споров в области астрономии.

Считалось, что IDP произошли от комет или астероидов, частицы которых рассеялись по всему облаку. Однако дальнейшие наблюдения показали, что причиной образования зодиакального облака могут быть марсианские пылевые бури . [10] [2]

Жизненный цикл частицы

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

Время жизни этих частиц пыли очень коротко по сравнению со временем жизни Солнечной системы. Если кто-то находит зерна вокруг звезды, которая старше примерно 10 000 000 лет, то эти зерна должны были быть из недавно выделившихся фрагментов более крупных объектов, то есть они не могут быть остатками зерна от протопланетного диска (Бэкман, частное сообщение). [ требуется цитирование ] Следовательно, эти зерна были бы пылью «более позднего поколения». Зодиакальная пыль в Солнечной системе на 99,9% состоит из пыли более позднего поколения и на 0,1% из вторгшейся межзвездной средней пыли. Все первичные зерна от формирования Солнечной системы были удалены давным-давно.

Частицы, на которые в первую очередь влияет давление излучения, известны как «бета-метеороиды». Они обычно меньше 1,4 × 10−12 г  и выталкиваются от Солнца в межзвездное пространство. [11]

Облачные структуры

Изображение протопланетного диска , сопоставимое с изображениями моделирования межпланетного пылевого облака Солнечной системы, которое, как предполагается, можно увидеть из-за ее пределов, во Внешней Солнечной системе . [12]

Межпланетное пылевое облако имеет сложную структуру (Reach, W., 1997). Помимо фоновой плотности, оно включает в себя:

Кольца пыли

Первое панорамное изображение пылевого кольца орбитального пространства Венеры, полученное космическим аппаратом Parker Solar Probe .

Было обнаружено, что межпланетная пыль образует пылевые кольца в орбитальном пространстве Меркурия и Венеры. [13] Предполагается, что орбитальное пылевое кольцо Венеры происходит либо от еще не обнаруженных астероидов, следующих за Венерой, [13] межпланетной пыли, мигрирующей волнами из орбитального пространства в орбитальное пространство, либо из остатков околозвездного диска Солнечной системы , из которого образовался ее протопланетный диск , а затем и сама Солнечная планетная система . [14]

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 без плавления. [15] Современная эра лабораторных исследований этих частиц началась с полетов Дональда Э. Браунли и его коллег в 1970-х годах стратосферных сборщиков с использованием воздушных шаров, а затем самолетов U-2 . [16]

Хотя некоторые из найденных частиц были похожи на материал в современных коллекциях метеоритов, нанопористая природа и неравновесный космически средний состав других частиц предполагают, что они начинались как мелкозернистые агрегаты нелетучих строительных блоков и кометного льда. [17] [18] Межпланетная природа этих частиц была позже подтверждена наблюдениями за благородными газами [19] и следами солнечных вспышек [20] .

В этом контексте в Космическом центре Джонсона в Техасе была разработана программа по сбору и хранению этих частиц в атмосфере . [21] Эта стратосферная коллекция микрометеоритов, наряду с досолнечными зернами метеоритов, является уникальным источником внеземного материала (не говоря уже о том, что они сами по себе являются небольшими астрономическими объектами), доступным для изучения в лабораториях сегодня.

Эксперименты

Космические аппараты, оснащенные детекторами пыли, включают Helios , Pioneer 10 , Pioneer 11 , Ulysses (гелиоцентрическая орбита, близкая к расстоянию Юпитера), Galileo (орбитальный аппарат Юпитера), Cassini (орбитальный аппарат Сатурна) и New Horizons (см. Venetia Burney Student Dust Counter ).

Эффект затемнения

Солнечное межпланетное пылевое облако затмевает внегалактический фоновый свет , что делает его наблюдения из внутренней части Солнечной системы весьма ограниченными. [12]

Основные обзорные коллекции

Сборники обзорных статей по различным аспектам межпланетной пыли и смежным областям появились в следующих книгах:

В 1978 году Тони Макдоннелл отредактировал книгу «Космическая пыль » [22] , которая содержала главы [23] 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 ударным процессам, используемым для лабораторного моделирования эффектов, производимых микрометеороидами.

2001 Эберхард Грюн , Бо Густафсон, Стэн Дермотт и Хьюго Фехтиг опубликовали книгу «Межпланетная пыль» . [24] Охваченные темы [25] : исторические перспективы; кометная пыль; околоземная среда; метеороиды и метеоры; свойства межпланетной пыли, информация из собранных образцов; измерения космической пыли in situ; численное моделирование структуры Зодиакального облака; синтез наблюдений; приборостроение; 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. Кошни, Анни-Шанталь Левассер-Регурд , Хесус Мартин-Пинтадо, Верле Дж. Стеркен и Эндрю Вестфаль собрали обзоры в книге « Космическая пыль из лаборатории к звездам» . [26] Включены обсуждения [27] пыли в различных средах: от планетарных атмосфер и безвоздушных тел до межпланетной пыли, метеороидов, кометной пыли и выбросов активных лун до межзвездной пыли и протопланетных дисков. Обсуждаются различные методы и результаты исследований, включая измерения на месте, дистанционное наблюдение, лабораторные эксперименты и моделирование, а также анализ возвращенных образцов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Ложный рассвет". www.eso.org . Получено 14 февраля 2017 г. .
  2. ^ ab "Что обнаружили ученые после просеивания пыли в солнечной системе - bri". EurekAlert! . NASA. 12 марта 2019 г. . Получено 12 марта 2019 г. .
  3. ^ Левассер-Регур, AC , 1996 г.
  4. ^ Бэкман, Д., 1997
  5. ^ Morrison, DA; Clanton, US (1979). «Свойства микрократеров и космической пыли размером менее 1000 Å». Труды 10-й конференции по лунной и планетарной науке, Хьюстон, Техас, 19–23 марта 1979 г. 2 . Нью-Йорк: Pergamon Press Inc.: 1649–1663. Bibcode : 1979LPSC...10.1649M . Получено 3 февраля 2022 г.
  6. ^ Grün, E.; Zook, HA; Fechtig, H.; Giese, RH (май 1985). «Столкновительный баланс метеоритного комплекса». Icarus . 62 (2): 244–272. Bibcode :1985Icar...62..244G. doi :10.1016/0019-1035(85)90121-6 . Получено 23 января 2022 г. .
  7. ^ Павлов, Александр А.; Павлов, Анатолий К.; Кастинг, Джеймс Ф. (1999). «Облученные межпланетные пылевые частицы как возможное решение парадокса дейтерия/водорода в океанах Земли». Журнал геофизических исследований: Планеты . 104 (E12): 30725–28. Bibcode : 1999JGR...10430725P. doi : 10.1029/1999JE001120. PMID  11543198.
  8. ^ Ханнтер и др. (1976). «Наблюдения Пионера-10 за яркостью зодиакального света вблизи эклиптики — изменения с гелиоцентрическим расстоянием».
  9. ^ Horányi, M.; Hoxie, V.; James, D.; Poppe, A.; Bryant, C.; Grogan, B.; Lamprecht, B.; Mack, J.; Bagenal, F.; S. Batiste; Bunch, N.; Chantanowich, T.; Christensen, F.; Colgan, M.; Dunn; Drake, G.; Fernandez, A.; Finley, T.; Holland, G.; Jenkins, A.; Krauss, C.; Krauss, E.; Krauss, O.; Lankton, M.; Mitchell, C.; Neeland, M.; Resse, T.; Rash, K.; Tate, G.; Vaudrin, C.; Westfall, J. (2008). "Студенческий счетчик пыли в миссии New Horizons" (PDF) . Обзоры космической науки . 140 (1–4): 387–402. Bibcode :2008SSRv..140..387H. doi :10.1007/s11214-007-9250-y. S2CID  17522966 . Получено 17 сентября 2022 г. .
  10. ^ Шехтман, Светлана (8 марта 2021 г.). «Случайные обнаружения Juno разбивают представления о зодиакальном свете». NASA . Получено 8 мая 2022 г. Хотя сейчас есть 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. ^ "Micrometeorite Background". Миссия GENESIS Discovery 5. Caltech. Архивировано из оригинала 26 августа 2007 года . Получено 4 августа 2008 года .
  12. ^ аб Брандт, ПК; Проворникова Е.; Бэйл, Южная Дакота; Кокорос, А.; ДеМаджистр, Р.; Диалинас, К.; Эллиотт, штат Ха; Эрикссон, С.; Филдс, Б.; Галли, А.; Хилл, Мэн; Хораньи, М.; Хорбери, Т.; Хунцикер, С.; Коллманн, П.; Киннисон, Дж.; Фонтан, Г.; Кримигис, С.М.; Курт, WS; Лински, Дж.; Лиссе, CM; Мандт, Кентукки; Магнес, В.; МакНатт, РЛ; Миллер, Дж.; Мебиус, Э.; Мостафави, П.; Офер, М.; Пакстон, Л.; Плашке, Ф.; Поппе, Арканзас; Рулоф, ЕС; Руньон, К.; Редфилд, С.; Швадрон, Н.; Стеркен, В.; Свачина, П.; Салаи, Дж.; Тернер, Д.; Ванниер, Х.; Виммер-Швайнгрубер, Р.; Вюрц, П.; Цирнстейн, Э.Дж. (2023). «Будущее исследование внешнего Гелиосфера и очень локальная межзвездная среда по данным Interstellar Probe". Обзоры космической науки . 219 (2). doi :10.1007/s11214-022-00943-x. ISSN  0038-6308. PMC 9974711. PMID  36874191 . 
  13. ^ ab Garner, Rob (12 марта 2019 г.). «Что обнаружили ученые после просеивания пыли в Солнечной системе». NASA . Получено 21 января 2023 г. .
  14. ^ Рем, Джереми (15 апреля 2021 г.). «Parker Solar Probe Captures First Complete View of Venus Orbital Dust Ring» (Солнечный зонд Паркера впервые сделал полный снимок орбитального пылевого кольца Венеры). JHUAPL . Получено 21 января 2023 г.
  15. ↑ Whipple, Fred L. (декабрь 1950 г.). «Теория микрометеоритов. Часть I. В изотермической атмосфере». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 36 (12): 687–695. Bibcode :1950PNAS...36..687W. doi : 10.1073/pnas.36.12.687 . PMC 1063272 . PMID  16578350. 
  16. ^ Браунли, Д. Э. (декабрь 1977 г.). «Межпланетная пыль — возможные последствия для комет и пресолнечных межзвездных зерен». В: Протозвезды и планеты: исследования звездообразования и происхождения Солнечной системы. (A79-26776 10-90) Тусон : 134–150. Bibcode : 1978prpl.conf..134B.
  17. ^ Фраундорф, П.; Браунли, Д. Э. и Уокер, Р. М. (1982) [1-я публикация 1986 г.]. «Лабораторные исследования межпланетной пыли». В Wilkening, Л. (ред.). Кометы . Издательство Университета Аризоны. С. 383–409.
  18. ^ Уокер, Р. М. (январь 1986 г.). «Лабораторные исследования межпланетной пыли». В NASA . 2403 : 55. Bibcode : 1986NASCP2403...55W.
  19. ^ Хадсон, Б.; Флинн, Г. Дж.; Фраундорф, П.; Хоэнберг, К. М.; Ширк, Дж. (январь 1981 г.). «Благородные газы в частицах стратосферной пыли: подтверждение внеземного происхождения». Science . 211 (4480): 383–386 (SciHomepage). Bibcode :1981Sci...211..383H. doi :10.1126/science.211.4480.383. PMID  17748271.
  20. ^ Брэдли, Дж. П.; Браунли, Д. Э.; Фраундорф, П. (декабрь 1984 г.). «Открытие ядерных треков в межпланетной пыли». Science . 226 (4681): 1432–1434. Исследования поддержаны McCroneAssociates. Bibcode :1984Sci...226.1432B. doi :10.1126/science.226.4681.1432. ISSN  0036-8075. PMID  17788999. S2CID  27703897.
  21. ^ "Космическая пыль". Программа NASA – Johnson Space Center, Cosmic Dust Lab . 6 января 2016 г. Получено 14 марта 2016 г.
  22. ^ Макдоннел, JAM (1978). Космическая пыль. Чичестер, Нью-Йорк: John Wiley & Sons. стр. 607–670. Bibcode :1978codu.book..607F. ISBN 0-471-99512-6. Получено 22 января 2022 г. .
  23. ^ McDonnell, JAM (1978). Космическая пыль. Bibcode :1978codu.book.....M . Получено 5 февраля 2022 .
  24. ^ Грюн, Э.; Густафсон, БАС; Дермотт, С.; Фехтиг, Х. (2001). Межпланетная пыль. Берлин: Шпрингер. Бибкод : 2001indu.book.....G. ISBN 978-3-540-42067-5. Получено 5 февраля 2022 г. .
  25. ^ Межпланетная пыль. Библиотека астрономии и астрофизики. 2001. doi :10.1007/978-3-642-56428-4. ISBN 978-3-642-62647-0. Получено 5 февраля 2022 г. .
  26. ^ 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. Получено 5 февраля 2022 г. .
  27. ^ "Космическая пыль от лаборатории до звезд" . Получено 5 февраля 2022 г.

Дальнейшее чтение