Пылевое кольцо вокруг солнца

Пылевое кольцо вокруг солнца

Астрономы из Великобритании и США доказали наличие ранее предсказанного пылевого кольца вокруг Солнца.

Пунктиром показана орбита Венеры. Цвета кодируют плотность пыли

Оно расположено на уровне орбиты Венеры. Подробности со ссылкой на авторов исследования приводит Space.com.

Пыль впервые была замечена еще во время полетов к Венере советских зондов «Венера», но тогда ученые не пришли к однозначному заключению. В 1990-е годы было обнаружено кольцевое облако пыли на уровне орбиты Земли и специалисты Открытого университета в Великобритании решили попробовать найти такое же кольцо вблизи Венеры. Они смоделировали рассеяние света пылью и затем изучили снимки, сделанные зондами STEREO.

На эти снимки попадало как само Солнце, так и его окрестности вплоть до Венеры. Анализ изображений позволил выявить слабый отблеск пылевого облака именно в том месте, где его ожидали увидеть исследователи. Кроме того, ученые выяснили и то, чем венерианское кольцо отличается от земного — оно имеет более четко очерченные края. Если бы рассеяние света было более заметно, кольцо можно было бы наблюдать с Земли и оно имело бы угловой размер порядка 45 градусов в радиусе.

Пыль, как показали исследователи, должна состоять из частиц, скопившихся не ранее нескольких миллионов лет назад. Астрономы подчеркивают, что речь не идет о сохранившихся до наших дней остатках протопланетного диска, а о пыли, которая скопилась вблизи венерианской орбиты за счет орбитального резонанса.

Эффект орбитальных резонансов заключается в том, что периоды обращения соседних небесных тел соотносятся друг с другом как небольшие целые числа. За счет этого они регулярно проходят друг мимо друга и гравитационное взаимодействие стабилизирует их орбиту. Изучение пылевых колец, по мнению исследователей, должно помочь составить более полное представление о динамике планетных систем в целом, включая как Солнечную систему, так и экзопланеты.

Источник

Необычные пылевые кольца вокруг звёзд не означают обязательного наличия планет

15-05-2012, 16:10 | Наука и техника / Космические исследования | разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ | комментариев: (0) | просмотров: (1 085)

Необычные пылевые кольца вокруг звёзд не означают обязательного наличия планет

Владимир Лира из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене и Марк Кюхнер из Годдардовского центра космических полётов НАСА (оба — США) провели компьютерное моделирование возможности формирования околозвёздного пылевого диска необычной формы, чаще всего ассоциируемого с наличием планет.

Согласно их выводам, такая связь не является обязательной.

Вы хорошо осведомлены о системе Фомальгаута, в которой то открывали, то закрывали одну планету, то предполагали там наличие двух планет, то вовсе отказывали в каких-либо планетах. Именно из-за этой неразберихи специалисты НАСА попытались по-своему оценить ситуацию: они разработали такую модель формирования газопылевого диска, которая смогла объяснить необычную форму кольца вокруг Фомальгаута без необходимости «привлечения» планет. По мнению учёных, такое же чисто гидродинамическое происхождение могут иметь газопылевые диски в системах многих других звёзд.

Напомним: газопылевой диск вокруг молодой (200–300 млн световых лет) звезды Фомальгаут имеет заострённые края, что ранее связывали с «эффектом пастуха» — планетой (а то и двумя — с внутренней и внешней сторон диска), гравитация которой выравнивала и «заостряла» край газопылевого диска. Г-н Лира считает данный тезис объяснением неизвестного через невидимое: «Я называю это аргументом тёмной материи. Вы видите что-то, чего не можете объяснить, и обвиняете в этом гравитацию того, что не можете видеть».

По его мнению, взаимодействие газа и пыли само по себе способно объяснить формирование газопылевого диска с заострёнными краями. Пыль в протопланетном облаке концентрируется в районах с высокой плотностью газа. При нагреве пыли звездой она, в свою очередь, нагревает газ, который расширяется и собирает по мере расширения ещё больше пыли. Процесс имеет чётко выраженную положительную обратную связь. Лира и Кюхнер создали компьютерную модель этого процесса и обнаружили, что даже при отсутствии каких бы то ни было планет комки и удлинённые вытянутые газопылевые кольца в такой системе формируются вполне регулярно.

В общем, исследователи полагают, что в рассматриваемой системе нет ни Фомальгаута b, ни недавно предложенных в рамках «пастушьей модели» Фомальгаута b и с. Ну а заострённые края и светящиеся объекты, принятые в своё время за планеты, объясняются чисто гидродинамическим процессами:

Заострённые края, по мысли астрономов, формируются тогда, когда газ, поступающий в пылевое облако после испарения с планетезималей и комет, испытывает трение о края пылевого диска, порождая «эффект пастуха» без самого пастуха. Ну а эксцентриситет — не что иное, как так называемая чистая стоячая волна, существование которой становится возможным за счёт низкого сопротивления космической среды.

Пожалуй, доказать возможность несуществования планет в системе Фомальгаута им удалось. Правда, заметим, что доказать возможность отсутствия и доказать само отсутствие не одно и то же, поэтому Фомальгаут всё ещё ждёт последнего слова астрономического сообщества.

Источник

Обнаружены гигантские пылевые кольца вокруг Солнца

Во внутренней Солнечной системе, где движутся каменистые планеты, в том числе и наша, новые открытия делаются далеко не каждый день. В первую очередь, это касается таких больших структур, как те, о которых американские астрономы сообщили в издании Astrophysical Journa. В своей статье они описывают огромные пылевые кольца, которые потянулись вокруг Солнца на орбитах Меркурия и Венеры. И одно из этих колец исследователи рассматривают, как признак того, что на орбите Венеры может находиться целая группа астероидов, о которой никто ничего не знал.

К определению планеты относится и то, что она очистила свой орбитальный путь от других более крупных объектов. Но при этом планеты движутся сквозь дымку пыли. Иллюстрация: NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

Система, полная колец

Уже четверть века ученым известно, что и на орбите Земли имеется такое пылевое кольцо. Материал, которым оно подпитывается, может поступать в основном из пояса астероидов между Марсом и Юпитером. В результате столкновений между отдельными астероидами материал непрерывно взрывается, а затем мигрирует во внутреннюю часть Солнечной системы.

Взаимодействие гравитационных сил заставляет пыль на орбитах планет формировать круги вокруг Солнца — Центр космических полетов имени Годдарда NASA сравнивает такой эффект накопления с формациями, в которые пыль в домах собирается в углах и вдоль полок в мебели. Однако ее концентрация в межпланетных пылевых кольцах намного слабее. Такое кольцо представляет собой зону, в которой содержание пыли всего лишь на несколько процентов выше, чем в окружающем пространстве. Тем не менее, такие кольца вполне различимы в телескоп.

Ранее считалось, что Меркурий слишком мал, чтобы накопить такое кольцо. Но ведь, в конце концов, даже у Ганимеда и Титана есть по две луны, которые по размеру даже больше, чем самая внутренняя планета Солнечной системы. Как бы там ни было, Гильермо Стенборг и Рассел Говард из Военно-Морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне смогли доказать существование такого кольца.

Как признается Стенборг, произошло это случайно. Обычно астрономам присуща тенденция отфильтровывать все данные измерений, связанные с пылью. Ведь космическая пыль отражает солнечный свет, скрывая то, на что обычно смотрят астрономы, глядя на центр Солнечной системы: а именно, на процессы в солнечной короне.

Крупномасштабное распространение

На самом деле Стенборг и Говард собирались показать, как солнечный ветер и магнитные силы защищают пространство вокруг нашего центрального светила от пыли. Но при этом они обнаружили, что Меркурий располагается в этой зоне не так, как ожидалось. Более того, оказалось, что пыль даже накапливается на его орбите. Это кольцо имеет на пять процентов более высокую концентрацию пыли, чем в прилегающем к нему пространстве, что удалось определить по отраженному свету. Оно протянулось вокруг всего Солнца и имеет ширину около 15 миллионов километров (что составляет около четверти среднего расстояния между Меркурием и Солнцем). То есть Меркурий также, как выражаются исследователи, «протискивается» сквозь пыль.

В кольце на венерианской орбите, которое было обнаружено ранее, плотность пыли оказалась на десять процентов выше. Кольцо Венеры, которое также вращается вокруг Солнца, имеет эллиптическое поперечное сечение 25 x 9,6 миллиона километров. Это впечатляющие размеры, но, как подчеркивают исследователи, при этом весь материал, распределенный по кольцу, можно сжать до размеров астероида диаметром всего три километра.

Откуда материал?

И вот новое исследование по этому кольцу было опубликовано в Astrophysical Journal. Как оказалось, сказать, откуда взялась эта пыль, не так уж и просто. Но тот источник, который питает пылевое кольцо Земли, то есть пояс астероидов, здесь, скорее всего, не при чем.

Марк Кучнер и Петр Покорный из Центра космических полетов Годдарда провели компьютерное моделирование и рассмотрели всевозможные источники пыли: от пояса астероидов до объектов из различных семей комет, вплоть до облака Оорта на самом краю Солнечной системы. Но ни один из результатов моделирования никак не вписывался в такое фактически существующее распределение пыли.

Наконец, оба исследователя пришли к мысли, что источником пыли могут быть астероиды, расположенные гораздо ближе к Венере, чем космические глыбы в поясе астероидов — возможно, даже коорбитальные объекты. И снова были рассмотрены и смоделированы различные варианты, но лучший результат был получен от группы астероидов, которые движутся вокруг Солнца по орбите Венеры одновременно с самой планетой.

Надежда на следующее открытие

Согласно Кучнеру и Покорному, маловероятно, что такие — пока гипотетические — астероиды мигрировали из внешней Солнечной системы на орбиту Венеры. Более вероятно, что они могли бы представлять собой остатки от хаотического раннего периода Солнечной системы, то есть летают они здесь уже около четырех с половиной миллиарда лет.

И эта группа астероидов может стать ближайшим следующим открытием во внутренней Солнечной системе (после обнаружения пылевых колец). Но для начала их следует все-таки обнаружить. Телескоп Hubble NASA или стереофонический спутник NASA на солнечной энергии, который уже помог Стенборгу и Говарду обнаружить пылевое кольцо Меркурия, должны быть в состоянии отследить и эти скрытые астероиды — если они, конечно, действительно существуют.

Источник

Что обнаружили астрономы, изучая пыль в Солнечной системе?

Пыль имеет свойство накапливаться в наших домах, но подобным образом она также накапливается и в космосе. В солнечной системе пыль находится в форме колец, которые окружают солнце. Кольца следуют по орбитам планет, гравитация которых притягивает пыль и ведет ее за собой по орбите.

Пыль состоит из измельченных остатков от формирования Солнечной системы, которое происходило около 4,6 миллиардов лет назад, — мусора от столкновения астероидов и частичек кометного вещества. Пыль рассеивается по всей солнечной системе, но она накапливается в зернистых кольцах, охватывающих орбиты Земли и Венеры, которые можно увидеть с помощью наземных телескопов. Изучая эту пыль — из чего она состоит, откуда она взялась и как она движется в космосе — ученые ищут улики, чтобы понять рождение планет и состав всего, что мы видим в солнечной системе.

Последние два исследования касаются недавно открытых пылевых колец во внутренней Солнечной системе. Одно исследование использует данные НАСА, чтобы предоставить доказательства существования пылевого кольца на орбите Меркурия. Второе исследование НАСА идентифицирует вероятный источник пылевого кольца на орбите Венеры: группу до сих пор наблюдаемых астероидов, циркулирующих с планетой.

Гильермо Стенборг и Рассел Ховард, ученые Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, округ Колумбия, не пытались найти пылевое кольцо. Они нашли его случайно. Ученые подытожили свое открытие в статье, опубликованной в «Астрофизическом журнале» 21 ноября 2018 года.

В нем он описывает свидетельство тонкого тумана космической пыли на орбите Меркурия, образующего кольцо шириной около 15 миллионов километров.

По иронии судьбы, два ученых наткнулись на пылевое кольцо, ища область без пыли возле Солнца. На некотором расстоянии от Солнца, согласно прогнозу десятилетней давности, мощное тепло звезды должно испарить пыль, очистив все пространство. Зная, где находится эта граница, мы можем узнать о составе самой пыли и указать, как планеты образовались в молодой Солнечной системе.

До сих пор не было обнаружено никаких доказательств отсутствия пыли в космосе, но отчасти потому, что было бы трудно обнаружить его с Земли. Независимо от того, как ученые смотрят с Земли, вся пыль между нами и Солнцем мешает, заставляя их думать, что пространство возле Солнца более пыльно, чем оно есть на самом деле.

Стенборг и Ховард пришли к выводу, что они могут решить эту проблему, построив модель, основанную на космических снимках со спутника STEREO (Обсерватория солнечно-земных связей).

В конце концов, они оба хотели протестировать свою новую модель в рамках подготовки миссии солнечного зонда Паркер, который в настоящее время движется по эллиптической орбите вокруг Солнца и приблизится к нашей звезде только через семь лет. Они хотели применить свою технику к фотографиям, которые Паркер отправит на Землю, и увидеть, как пыль ведет себя вблизи Солнца.

Исследователи никогда не работали с данными, собранными на этой неизведанной территории, так близко к Солнцу. Модели Стенборга и Говарда являются ключевым контекстом для анализа данных зонда Паркер.

На изображениях STEREO проявляются два вида света: свет от горячей атмосферы Солнца, называемый короной, и свет, отражающийся от пыли, плавающей в космосе. Солнечный свет, отраженный от пыли, которая медленно окружает Солнце, примерно в 100 раз ярче, чем коронный свет.

Оба ученых построили свою модель как инструмент для других, чтобы избавиться от невыносимой пыли на изображениях обсерватории STEREO и зонда Паркер — но предсказанное свободное от пыли пространство оставалось в глубине их сознания. Если бы они могли придумать способ разделить два типа света и изолировать пыль, они могли бы узнать, сколько ее на самом деле. Например, утверждение, что весь свет на картине исходит от самой короны, может означать, что они наконец нашли беспыльное пространство.

Пылевое кольцо Меркурия было счастливым открытием, побочным эффектом при работе над моделью Стенборга и Говарда. Когда они использовали свою новую технику на фотографиях STEREO, они заметили увеличение яркости вдоль орбиты Меркурия, то есть увеличение количества пыли, в свете, который они иначе планировали отбросить.

«Это не было изолированной вещью. Повсюду вокруг Солнца, независимо от положения зонда, мы могли видеть одинаковое пятипроцентное увеличение яркости пыли. Он сказал нам, там что-то есть, и это то, что простирается вокруг Солнца », — сказал Говард.

Исследователи никогда не предполагали, что вдоль орбиты Меркурия может быть пылевое кольцо, и поэтому оно ранее не было обнаружено. Считалось, что Меркурий, в отличие от Земли или Венеры, был слишком мал и был слишком близко к Солнцу, чтобы захватить кольцо пыли. Они ожидали, что солнечный ветер и магнитные силы Солнца сдувают лишнюю пыль с орбиты Меркурия.

Благодаря неожиданному открытию и новому чувствительному инструменту ученые все еще заинтересованы в беспыльной зоне. Когда Паркер начнет исследовать корону, их модель может помочь другим обнаружить все другие скопления пыли, скрывающиеся возле Солнца.

Не впервые ученые обнаружили пылевое кольцо внутри Солнечной системы. 25 лет назад они обнаружили, что Земля вращается вокруг Солнца в огромном кольце пыли. Другие обнаружили подобное кольцо около орбиты Венеры, сначала используя данные с зонда Гелиос в 2007 году, а затем подтвердив это в 2013 году благодаря данным с обсерватории STEREO.

С тех пор ученые определили, что пылевое кольцо на орбите Земли происходит в основном из пояса астероидов, обширной области между Марсом и Юпитером, где сконцентрирована большая часть астероидов Солнечной системы. Эти скалистые астероиды постоянно сталкиваются друг с другом, теряя пыль, которая дрейфует к центру системы под воздействием гравитации Солнца, где гравитация Земли и перехватывает ее на свою орбиту.

Сначала казалось вероятным, что пылевые кольца Венеры были сформированы как земные, из пыли, созданной в другом месте в Солнечной системе. Но когда Петр Покорный, астрофизик Годдарда, моделировал пыль по спирали к Солнцу из пояса астероидов, его моделирование создало кольцо, которое соответствовало наблюдениям кольца Земли, но не Венеры.

Это несоответствие привело к вопросу об настоящем происхождении пыли на орбите Венеры. После серии симуляций Покорный и его партнер по исследованиям Марк Кучнер выдвинули гипотезу, что это происходит от группы ранее не выявленных астероидов, вращающихся вокруг Солнца вдоль орбиты Венеры. Они опубликовали свою работу 12 марта 2019 года в издании «Астрофизический журнал».

Захватывающим в этом результате является то, что он предлагает новую популяцию астероидов, которая, вероятно, содержит подсказки о формировании солнечной системы. Если Покорный и Кучер смогут их наблюдать, это семейство планетоидов может пролить свет на раннюю историю Земли и Венеры. Астероиды могут также дать подсказки о химическом разнообразии Солнечной системы.

Поскольку кольцо Венеры рассеяно по большей орбите, оно намного больше, чем недавно обнаруженное кольцо Меркурия. Кольцо забито пылью, самые крупные зерна которой примерно размером с грубую наждачную бумагу. Это примерно на 10% плотнее, чем окружающее пространство. Но если собрать во едино всю пыль кольца, то получится всего 3-километровый астероид.

Используя дюжину различных инструментов для моделирования движения пыли в солнечной системе, Покорный смоделировал все источники пыли, которые он мог придумать, в поисках смоделированного кольца Венеры, которое подходило бы для наблюдения. Список всех созданных им источников звучит как список всех каменистых объектов в солнечной системе: астероиды Главного пояса, кометы из Облака Оорта, комета Галлея, кометы из «семейства» Джовианов, недавние столкновения в поясе астероидов.

«Но никто не подходил. Поэтому мы начали создавать собственные источники пыли », — сказал Кучнер.

Возможно, пыль пришла от астероидов гораздо близких к Венере, чем пояс астероидов. Может быть на эту группу астероидов гравитационное влияние оказывают вместе и Солнце и Венера — это означает то, что они разделяют орбиту Венеры, но держатся подальше от планеты, часто на другой стороне Солнца. Покорный и Кучнер утверждали, что группа астероидов на орбите Венеры может остаться незамеченной, потому что трудно направить наземные телескопы в область близкую к Солнцу.

Исследователи должны были показать, что само существование астероидов в солнечной системе имеет смысл. Они поняли, что маловероятно, что астероиды на этих специальных круговых орбитах около Венеры попадут туда откуда-то, кроме пояса астероидов. Их гипотеза имела бы больше смысла, если бы они были там с самого начала Солнечной системы.

Ученые создали еще одну модель, на этот раз начиная с набора из 10000 астероидов, прилегающих к Венере. Они позволили моделированию быстро пройти через 4,5 миллиардов лет истории Солнечной системы, включая все гравитационные эффекты каждой планеты. Когда модель достигла сегодняшнего дня, около 800 из испытуемых астероидов выдержали испытание временем.

Хамбл считает это показателем выживания. Указывает, что астероиды могли возникнуть около Венеры в хаосе ранней Солнечной системы, а некоторые, возможно, оставались там до сегодняшнего дня, питая близлежащее пылевое кольцо.

Следующим шагом является наблюдение неуловимых планетоидов. «Если что-то есть, мы должны его найти», — сказал Покорный. Их существование может быть проверено с помощью космических телескопов, таких как Хаббл, и, возможно, космических обсерваторий, таких как STEREO. Тогда у астрономов будет больше вопросов: сколько их и сколько они? Они постоянно выбрасывают пыль или это был единовременный выброс?

Астрономы находят пылевые кольца и в далеких звездных системах. Их гораздо легче обнаружить, чем экзопланеты, и их можно использовать для определения по разным причинам скрытых планет и даже их орбитальных свойств.

Но интерпретация внесолнечных пылевых колец не проста. «Чтобы смоделировать и точно изучить кольца пыли вокруг других звезд, мы должны сначала понять физику пыли в нашем собственном «дворе»», — сказал Кучнер. Изучая соседние пылевые кольца на орбитах Меркурия, Венеры и Земли, где пыль показывает длительные гравитационные эффекты в солнечной системе, ученые могут разработать методы наблюдения за пылевыми кольцами, как близкими, так и далекими.

Источник