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Neuer Staubring im Inneren Sonnensystem entdeckt

Das Entdecken neuer Dinge im Weltraum ist ein regelmäßiger Vorgang. Astronomen finden immer weiter entfernte Objekte im äußeren Bereich des Sonnensystems. Welten wie „The Goblin“, „FarOut“ und „FarFarOut“ stoßen an die Grenzen unseres Sonnensystems.

Aber neue Dinge im inneren Sonnensystem zu finden, ist selten.

"Es ist nicht jeden Tag etwas Neues im inneren Sonnensystem zu entdecken."

Mark Kuchner, NASA-Astrophysiker, Goddard Space Flight Center.

Zwei kürzlich erschienene wissenschaftliche Arbeiten schließen einige Lücken in unserem Verständnis des inneren Sonnensystems. Beide Papiere konzentrieren sich auf den Staub des Sonnensystems. Und dieser Staub ist uralt.

Die uralten Ursprünge des Staubs

Das Sonnensystem war früher ein viel chaotischerer Ort als jetzt. In der Tat, nachdem die Sonne zum Leben erwachte, aber bevor sich einer der Planeten bildete, gab es riesige Mengen Staub und natürlich Gas, das in einer riesigen Scheibe herumwirbelte. Ein Großteil dieses Staubs verschmolz mit den felsigen Planeten. Aber einige waren übrig geblieben, und es geht langsam auf die Sonne zu, angezogen von der starken Schwerkraft des Sterns.

Ein Sonnensystem ist kein Sonnensystem, bis sich aus einer Wolke aus Gas und Staub ein Stern bildet. Nachdem sich der Stern gebildet hat, wirbelt die restliche Wolke aus Gas und Staub um den Stern herum. Planeten bilden sich aus diesem Staub, da die Schwerkraft und andere Kräfte dazu führen, dass der Staub zusammenstößt. (Illustration)
Credits: Jet Propulsion Laboratory der NASA

Es gibt auch anderen Staub. Einige davon stammen von Asteroiden-Kollisionen, andere von Kometen und andere von Ereignissen wie Meteoriteneinwirkungen. Und das meiste davon ist uralt.

Auf seiner langen Reise in Richtung Sonne wird der Staub von der Schwerkraft der Planeten eingeschlossen. Es ist in Ringe geformt, die die Umlaufbahnen der Planeten um die Sonne verfolgen. Astronomen wissen das schon lange.

Vor fünfundzwanzig Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass die Erde zusammen mit einem riesigen Staubring die Sonne umkreist. Kürzlich wurde einer in der Nähe der Venus entdeckt. Der Venusring wurde erst 2013 bestätigt.

Eine Illustration der Staubringe in der Nähe der inneren Planeten, die die Sonne umkreisen. Bild-Gutschrift:
Goddard Space Flight Center der NASA / Mary Pat Hrybyk-Keith
Eine Illustration der Staubringe in der Nähe der inneren Planeten, die die Sonne umkreisen. Bild-Gutschrift:
Goddard Space Flight Center der NASA / Mary Pat Hrybyk-Keith

Merkur bekommt einen Ring

"Die Menschen dachten, dass Merkur im Gegensatz zu Erde oder Venus zu klein und zu nahe an der Sonne ist, um einen Staubring einzufangen."


Guillermo Stenborg, Solar Scientist, Naval Research Laboratory, Mitautor der Studie.

Quecksilber ist der Sonne so nahe, dass Astronomen glaubten, dass dort kein Staubring existieren könnte. Entweder war der Planet zu klein, um den Staub mit seiner Schwerkraft einzufangen, oder der Sonnenwind und die magnetische Kraft der Sonne hätten ihn alle verdrängt. Ein neues Papier zeigt jedoch, dass der Planet, der der Sonne am nächsten ist, tatsächlich einen Staubring hat.

"Die Menschen dachten, dass Merkur im Gegensatz zu Erde oder Venus zu klein und zu nahe an der Sonne ist, um einen Staubring einzufangen", sagte er. "Sie erwarteten, dass der Sonnenwind und die Magnetkräfte der Sonne überschüssigen Staub in die Umlaufbahn von Mercury blasen würden."

Bereits im November veröffentlichten die Wissenschaftler Guillermo Stenberg und Russell Howard im The Astrophysical Journal ihren Artikel "Evidence for a Circumsolar Dust Ring in der Nähe des Merkur-Orbits". Darin präsentieren sie ihre Beweise für einen Staubring des neuen Merkur.

Die beiden Solarwissenschaftler vom Naval Research Center in Washington, DC, haben nicht nach Staub gesucht. Ironischerweise suchten sie nach einem staubfreien Gebiet. Das Finden der staubfreien Region würde die populäre Theorie stützen, dass die Kraft der Sonne eine staubfreie Region in der Nähe der Sonne selbst schaffen sollte.

Die Idee war, dass die Größe des Gebiets und wie weit es von der Sonne entfernt ist, etwas über die Beschaffenheit des Staubes selbst und darüber, wie er durch die Kraft der Sonne geformt wurde, sagen würde. Und da der Staub uralt ist, würde er uns etwas über die Entwicklung unseres Sonnensystems erzählen.

Asteroiden sind Bausteine ​​der felsigen Planeten des Sonnensystems. Wenn sie im Asteroidengürtel zusammenstoßen, geben sie Staub ab, der im gesamten Sonnensystem verstreut ist. Wissenschaftler können hier nach Hinweisen auf die Frühgeschichte von Planeten suchen. (Illustration)
Credits: Das Goddard Space Flight Center der NASA
Asteroiden sind Bausteine ​​der felsigen Planeten des Sonnensystems. Wenn sie im Asteroidengürtel zusammenstoßen, geben sie Staub ab, der im gesamten Sonnensystem verstreut ist. Wissenschaftler können hier nach Hinweisen auf die Frühgeschichte von Planeten suchen. (Illustration)
Credits: Das Goddard Space Flight Center der NASA

Stattdessen fanden sie einen Staubring, an dem niemand einen erwartete: direkt in der Nähe von Merkurs Orbit.

Das Problem bei der Suche nach einem staubfreien Gebiet in der Nähe der Sonne, von hier auf der Erde, besteht darin, dass alle Arten von Staub dazwischenliegen, der es schwer macht, zu erkennen, was los ist. Stenberg und Howard wollten einen Weg finden, um unerwünschten Staub von Bildern zu entfernen. Denken Sie daran, sie sind Solarwissenschaftler. Sie interessieren sich für das Verhalten der Sonne und für Sonnenwetter, nicht für Staub.

Die beiden Solarwissenschaftler arbeiteten mit Bildern von STEREO, einem Paar NASA-Observatorien, die zusammenarbeiten. Die Observatorien folgen stark elliptischen geozentrischen Bahnen. Mit der Zeit zieht einer von ihnen weiter vor die Erde, während der andere weiter zurückfällt. Dies bedeutet, dass sie zusammen Stereobilder der Sonne liefern.

Das Konzept eines Künstlers zeigt die beiden STEREO-Observatorien auf gegenüberliegenden Seiten. Gutschrift: NASA
Ein Künstlerkonzept zeigt die beiden STEREO-Observatorien, die die Sonne umgeben, auf gegenüberliegenden Seiten. Gutschrift: NASA

Sie bauten ein Modell auf Basis von STEREO-Bildern und testeten es anschließend in Vorbereitung auf die Solar Parker-Sonde der NASA, die in den nächsten Jahren näher zur Sonne schwingt.

"Wir sind keine wirklich staubigen Menschen", sagte Howard, der auch der leitende Wissenschaftler für die Kameras von STEREO und Parker Solar Probe ist, die Bilder von der Corona machen. "Der Staub in der Nähe der Sonne zeigt sich gerade in unseren Beobachtungen, und im Allgemeinen haben wir ihn weggeworfen."

Die STEREO-Observatorien können zwei Arten von Licht sehen: Die erste ist das Licht der Korona der Sonne, die zweite ist reflektiertes Licht von Staub. Das Problem ist, dass das Staublicht etwa 100 Mal heller ist als das koronale Licht. Das von Stenberg und Howard entwickelte neue Modell wurde entwickelt, um diesen Staub zu entfernen und die Sonne besser sehen zu können. Wenn sie die beiden Arten von Licht trennen könnten, könnten sie die viel theoretisierte staubfreie Zone erkennen.

Die Entdeckung des Staubrings von Mercury war ein glücklicher Zufall. Sie fanden einen Bereich mit erhöhter Helligkeit entlang der Umlaufbahn von Mercury.

"Es war keine isolierte Sache", sagte Howard. „Rund um die Sonne konnten wir unabhängig von der Position des Raumfahrzeugs die Staubhelligkeit oder -dichte um fünf Prozent erhöhen. Das besagte etwas war da und es ist etwas, das sich rund um die Sonne erstreckt. "

Die Wissenschaftler haben ihr Modell für andere Wissenschaftler erstellt. Während die Parker Solar Probe ihre Mission fortsetzt, kann ihr Modell verwendet werden, um andere Staubansammlungen in der Nähe der Sonne zu finden.

Die beiden Solarwissenschaftler freuen sich, eine unerwartete Entdeckung gemacht zu haben. Und sie suchen immer noch nach einer staubfreien Zone.

Ein anderer Ursprung für den Staubring der Venus

Wissenschaftler wissen seit über einem Jahrzehnt über den Staubring der Venus. Und sie wissen seit über 25 Jahren über die Erde Bescheid.

Der Erdring stammt hauptsächlich vom Asteroidengürtel, einem riesigen ringförmigen Staubring zwischen Mars und Jupiter. Die meisten Asteroiden des Sonnensystems befinden sich im Gürtel, und sie schlagen ständig aufeinander zu und schleifen sich aneinander. Das erzeugt viel Staub, der sich allmählich der Sonne nähert. Auf dem Weg wird ein Teil davon durch die Schwerkraft der Erde gefangen und bildet unseren eigenen Staubring.

Die Asteroiden des inneren Sonnensystems und des Jupiter: Der ringförmige Asteroidengürtel befindet sich zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars. Bildnachweis: Wikipedia Commons
Die Asteroiden des inneren Sonnensystems und des Jupiter: Der ringförmige Asteroidengürtel befindet sich zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars. Bildnachweis: Wikipedia Commons

Es wurde angenommen, dass der Staubring der Venus auf dieselbe Weise geformt wurde. Warum sollte es anders sein? Der gesamte Staub des Asteroidengürtels muss auf seinem Weg zur Sonne durch die Umlaufbahn der Venus gelangen.

Der Astrophysiker Petr Pokorny vom Goddard Space Flight Center entschied sich, die Angelegenheit zu untersuchen. Er schuf ein Modell, das Staub aus dem Asteroidengürtel enthielt, der sich zur Sonne windet. Als er die Simulationen durchführte, wurde er überrascht.

Die Ergebnisse zeigten einen Staubring, der dem Staubring der Erde entsprach, der Staubring der Venus jedoch nicht. Daraus entstand die Frage, woher der Staub im Venusring kam.

Die Wissenschaftlerpaare geben jede Staubquelle, die sie sich vorstellen können, in ihre Simulation ein. Asteroiden, Oort Cloud-Kometen, andere Arten von Kometen, sogar die jüngsten Kollisionen im Asteroidengürtel. Nichts passt.

"Aber keiner von ihnen hat funktioniert", sagte Kuchner. „Also haben wir angefangen, unsere eigenen Staubquellen aufzubauen.“

Eine Simulation des Staubrings um die Venus.

Pokorny und sein Forschungspartner Mark Kuchner sagen, dass der Staub von einer bislang unentdeckten Gruppe von Asteroiden stammt, die die Sonne neben der Venus umkreisen. Das Paar veröffentlichte ihre Arbeiten in The Astrophysical Letters am 12. März 2019.

Sie argumentierten, dass eine Gruppe von Asteroiden im Venus-Orbit unentdeckt bleiben könnte, denn mit Teleskopen hier auf der Erde in diese Richtung zu blicken, bedeutet, sie in Richtung der Sonne zu richten. All dieses Licht würde bedeuten, dass die Asteroiden fast nicht nachweisbar wären.

Sie gaben verschiedene Gruppen von Asteroiden mit unterschiedlichen Resonanzen in ihre Simulation ein, und das einzige, was Sinn machte, war eine Gruppe mit einer 1: 1-Resonanz, was bedeutet, dass die Asteroiden eine Umlaufbahn der Sonne für jede Umlaufbahn der Venus vollzogen.

"Ich denke, das aufregendste an diesem Ergebnis ist, dass es auf eine neue Population von Asteroiden schließen lässt, die wahrscheinlich Anhaltspunkte für die Entstehung des Sonnensystems gibt", sagte Kuchner.

Als nächstes muss jemand sie sehen. Das wird nicht einfach sein. Während der neu entdeckte Mercury-Staubring relativ klein ist, ist Venus ’riesig. Es ist 16 Millionen Meilen von oben nach unten und 6 Millionen Meilen breit. Asteroiden zu finden, wird nicht einfach sein.

Außerdem mussten die beiden einen Grund finden, warum diese Asteroiden überhaupt da sind. "Wir dachten, wir hätten diese Asteroidenpopulation entdeckt, mussten es aber beweisen und zeigen, dass es funktioniert", sagte Pokorny. "Wir waren aufgeregt, aber dann merkt man:" Oh, es gibt so viel zu tun. "

Also bauten sie eine weitere Simulation, in der Venus mit einer gesunden Asteroidenpopulation begann, anstatt sie später irgendwie einzufangen.

Sie begannen mit 10.000 Asteroiden in der Nachbarschaft der Venus. Dann liefen sie ihren Simulator für 4,5 Milliarden Jahre, das Alter des Sonnensystems. Bis zum heutigen Tag hatten 800 der ursprünglichen Asteroiden die verschiedenen Gravitationskräfte im Sonnensystem überlebt und blieben in der Nähe der Venus.

Es gibt nicht viel mehr aus Simulationen zu lernen. Jemand muss sie tatsächlich beobachten, um diese Theorie nach Hause zu fahren.

"Wenn dort etwas ist, sollten wir es finden können", sagte Pokorny.

Eine Abbildung des weißen Zwergsterns LSPM J0207 + 3331, etwa 145 Lichtjahre entfernt. Es ist von einem Staubring umgeben, in dem Lücken darauf schließen können, dass sich Planeten bilden. Im Vordergrund sind zerbröckelnde Asteroiden, die etwas von dem Staub liefern. Bild-Gutschrift:
Goddard Space Flight Center der NASA / Scott Wiessinger
Eine Abbildung des weißen Zwergsterns LSPM J0207 + 3331, etwa 145 Lichtjahre entfernt. Es ist von einem Staubring umgeben, in dem Lücken auf Planetenbildung hindeuten könnten. Im Vordergrund sind zerbröckelnde Asteroiden, die etwas von dem Staub liefern. Bild-Gutschrift:
Goddard Space Flight Center der NASA / Scott Wiessinger

Es ist nicht so, dass Staubringe um Planeten herum etwas Besonderes in unserem Sonnensystem sind. Wir können viele junge Sonnensysteme mit Staubringen sehen. Und wir wissen, dass die Ringe, die wir um andere Sterne sehen, auch Teil der Geschichte der Planetenentstehung sind. Wir kennen nur nicht alle Details.

Vielleicht werden wir dank Studien wie diesen bald eine bessere Vorstellung davon haben, wie die Staubringe in unserem inneren Sonnensystem erzeugt und erhalten werden und wie sich alles auf die Planetenbildung bezieht.

"Um die Staubringe um andere Sterne herum modellieren und genau lesen zu können, müssen wir zuerst die Staubphysik in unserem eigenen Hinterhof verstehen", sagte Kuchner.

Quellen:

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