Vi har alle på et eller andet tidspunkt spekuleret på, hvilke mysterier vores solsystem har. Når alt kommer til alt er de otte planeter (plus Pluto og alt sammen) de andre dværgplaneter) kredser inden for et meget lille volumen af heliosfæren (rumfanget domineret af solens påvirkning), hvad foregår der i resten af det volumen, vi kalder vores hjem? Når vi skubber flere robotter ud i rummet, forbedrer vores observationsevner og begynder at opleve plads for os selv, lærer vi mere og mere om arten af, hvor vi kommer fra, og hvordan planeterne har udviklet sig. Men selv med vores fremskridende viden, ville vi være naive at tro, at vi har alle svarene, så meget skal stadig afdækkes. Så fra et personligt synspunkt, hvad ville jeg betragte som de største mysterier i vores solsystem? Jeg skal fortælle det min top ti favoritter af nogle mere forvirrende conundrums vores solsystem har kastet på os. Så for at få bolden til at rulle starter jeg i midten med Solen. (Intet af følgende kan forklares med mørk materie, i tilfælde af at du spekulerede på ... faktisk kunne det, men kun lidt…)
10. Solpoletemperaturfejl
Hvorfor er solens sydpol køligere end nordpolen? I 17 år har solsonen Ulysses givet os en hidtil uset udsigt over solen. Efter at have været lanceret på Space Shuttle Discovery helt tilbage i 1990, tog den uærlige opdagelsesrejsende en uortodoks rejse gennem solsystemet. Ved hjælp af Jupiter til en tyngdekrave blev Ulysses kastet ud af det ekliptiske plan, så det kunne passere over solen i en polær bane (rumfartøj og planeterne kredser normalt rundt om solens ækvator). Det er her sonden rejste i næsten to årtier og tog hidtil uset in situ observationer af solvinden og afslører den sande natur af hvad der sker ved polerne i vores stjerne. Desværre er Ulysses ved at dø af alderdom, og missionen sluttede effektivt den 1. juli (selvom der stadig er noget kommunikation med håndværket).
Imidlertid kan observering af ikke-afgrænsede områder af solen skabe forvirrende resultater. Et sådant mysteriumresultat er, at Sydpolen af solen er køligere end Nordpolen med 80.000 Kelvin. Forskere er forvirrede over dette uoverensstemmelse, da effekten ser ud til at være uafhængig af solens magnetiske polaritet (som vender magnetisk nord til magnetisk syd hvert 11. år). Ulysses var i stand til at måle soltemperaturen ved at udtage ioner i solvinden i en afstand af 300 millioner km over nord- og sydpolen. Ved at måle forholdet mellem iltioner (O6+/ O7+), kunne plasmaforholdene ved bunden af det koronale hul måles.
Dette er stadig et åbent spørgsmål, og den eneste forklaring, som solfysikere i øjeblikket kan komme med, er muligheden for, at solstrukturen i de polare regioner adskiller sig på en eller anden måde. Det er en skam, at Ulysses bider støvet, vi kunne gøre med en polær orbiter for at tage flere resultater (se Ulysses rumfartøjet dør af naturlige årsager).
9. Mars Mysteries
Hvorfor er Marshalvkuglerne så radikalt forskellige? Dette er et mysterium, der havde frustreret forskere i årevis. Den nordlige halvkugle af Mars er overvejende uovertruffen lavland, mens den sydlige halvkugle er fyldt med bjergkæder, hvilket skaber store højland. Meget tidligt i studiet af Mars blev teorien om, at planeten var blevet ramt af noget meget stort (således at skabe de store lavlande, eller et enormt påvirkningsbassin) kastet ud. Dette skyldtes primært, at lavlandet ikke indeholdt geografien for et påvirkningskrater. Til at begynde med er der ingen krater "rand." Plus påvirkningszonen er ikke cirkulær. Alt dette pegede på en anden forklaring. Men ørnøyede forskere ved Caltech har for nylig revideret revisionsteorien og beregnet, at en enorm klippe mellem 1.600 og 2.700 km i diameter kan skab lavlandet på den nordlige halvkugle (se To ansigter af Mars forklaret).
Bonus mysterium: Eksisterer Mars-forbandelsen? Ifølge mange shows, websteder og bøger er der noget (næsten paranormalt) ude i rummet, der spiser (eller manipulerer) vores robotundersøgere fra Mars. Hvis du ser på statistikken, vil du blive tilgivet for at være lidt chokeret: Næsten to tredjedele af alle Mars-missioner er mislykkedes. Russiske Mars-bundne raketter er sprængt, amerikanske satellitter er døde midt i flugt, britiske landere har pockmærket den røde planets landskab; ingen Mars-mission er immun mod "Mars-trekanten." Så er der en "Galactic Ghoul" derude, der rod med vores ‘bots? Selvom dette måske er attraktivt for nogle af os overtroiske folk, tabte langt de fleste rumfartøjer på grund af Mars forbandelse skyldes hovedsageligt store tab under de banebrydende missioner til Mars. Den nylige tabsrate er sammenlignelig med de tab, der opstår, når man undersøger andre planeter i solsystemet. Selvom held kan have en lille rolle at spille, er dette mysterium mere en overtro end noget målbart (se "Mars forbandelse": Hvorfor har så mange missioner mislykkedes?).
8. Tunguska-begivenheden
Hvad forårsagede Tunguska-påvirkningen? Glem Fox Mulder, der snubler gennem de russiske skove, dette er ikke en X-Files-episode. I 1908 kastede solsystemet noget hos os… men vi ved ikke hvad. Dette har været et varigt mysterium, lige siden øjenvidner beskrev en lys flash (der kunne ses hundreder af miles væk) over Podkamennaya Tunguska-floden i Rusland. Efter undersøgelsen var et enormt område blevet decimeret; omkring 80 millioner træer var blevet fældet som tændstikker, og over 2.000 kvadratkilometer var blevet fladet ud. Men der var ingen krater. Hvad var faldet fra himlen?
Dette mysterium er stadig en åben sag, skønt forskere spænder deres indsatser for en eller anden form for "luftburst", da en komet eller meteorit kom ind i atmosfæren og eksploderede over jorden. En nylig kosmisk retsmedicinsk undersøgelse trak trinene i et muligt asteroide fragment i håb om at finde dets oprindelse og måske endda finde den forældre asteroide. De har deres mistænkte, men det spændende er, at der er næsten ingen meteoritbevis omkring påvirkningsstedet. Indtil videre ser det ikke ud til at være meget forklaring på det, men jeg tror ikke, Mulder og Scully har været involveret (se Tunguska Meteoroid's kusiner fundet?).
7. Uranus 'Tilt
Hvorfor roterer Uranus på sin side? Mærkelig planet er Uranus. Mens alle de andre planeter i solsystemet mere eller mindre har deres rotationsakse, der peger “op” fra det ekliptiske plan, ligger Uranus på sin side med en aksial hældning på 98 grader. Det betyder, at enten Nord- eller Sydpolen i meget lange perioder (42 år ad gangen) peger direkte på Solen. Størstedelen af planeterne har en "prograd" -rotation; alle planeterne roterer mod uret, når de ses oven over solsystemet (dvs. over jordens nordpol). Venus gør imidlertid det modsatte, det har en retrograd rotation, hvilket fører til teorien om, at det blev sparket fra aksen tidligt i dens udvikling på grund af en stor påvirkning. Så skete dette også med Uranus? Blev den ramt af en massiv krop?
Nogle forskere mener, at Uranus var offer for et kosmisk hit-and-run, men andre mener, at der kan være en mere elegant måde at beskrive gasgigantens underlige konfiguration på. Tidligt i udviklingen af solsystemet har astrofysikere kørt simuleringer, der viser Jupiters orbitalkonfiguration, og Saturn kan have krydset en 1: 2-orkitalresonans. I denne periode med planetarisk forstyrrelse overførte den kombinerede gravitationspåvirkning fra Jupiter og Saturn orbital momentum til den mindre gasgigant Uranus og bankede den fra aksen. Mere forskning skal udføres for at se, om det var mere sandsynligt, at en jordstørrelse påvirkede Uranus, eller om Jupiter og Saturn er skylden.
6. Titans atmosfære
Hvorfor har Titan en atmosfære? Titan, en af Saturns måner, er kun måne i solsystemet med en betydelig atmosfære. Det er den næststørste måne i solsystemet (kun den anden til Jupiters måne Ganymede) og ca. 80% mere massiv end Jordens måne. Selvom den er lille sammenlignet med jordbaserede standarder, er den mere jordlignende end vi giver den æren for. Mars og Venus nævnes ofte som Jordens søskende, men deres atmosfærer er henholdsvis 100 gange tyndere og 100 gange tykkere. Titans atmosfære er på den anden side kun halvanden gang tykkere end Jordens, plus den er hovedsageligt sammensat af nitrogen. Kvælstof dominerer Jordens atmosfære (ved 80% sammensætning) og det dominerer Titans atmosfære (ved 95% sammensætning). Men hvor kom alt dette nitrogen fra? Ligesom på Jorden er det et mysterium.
Titan er en sådan interessant måne og er hurtigt ved at blive det primære mål at søge efter livet. Ikke kun har den en tyk atmosfære, dens overflade er fyldt med kulbrinter, der antages at vrimle af "tholiner" eller prebiotiske kemikalier. Dertil tilføjes den elektriske aktivitet i Titan-atmosfæren, og vi har en utrolig måne med et enormt potentiale for liv at udvikle sig. Men med hensyn til hvor dens atmosfære kom fra ... vi ved bare ikke.
5. Sol koronal opvarmning
Hvorfor er solatmosfæren varmere end soloverfladen? Nu er dette et spørgsmål, der har foxed solfysikere i over et halvt århundrede. Tidlige spektroskopiske observationer af solcorona afslørede noget forvirrende: Solens atmosfære er varmere end fotosfæren. Faktisk er det så varmt, at det kan sammenlignes med temperaturerne, der findes i solens kerne. Men hvordan kan dette ske? Hvis du tænder for en pære, vil luften, der omgiver glaspæren, ikke være varmere end selve glasset; når du kommer tættere på en varmekilde, bliver den varmere og ikke køligere. Men det er præcis, hvad Solen laver, solfotosfæren har en temperatur på omkring 6000 Kelvin, mens plasmaet kun et par tusinde kilometer over fotosfæren er forbi 1 million Kelvin. Som du kan se, ser det ud til, at alle former for fysiklove er overtrådt.
Imidlertid lukker solfysikerne gradvist ind, hvad der kan forårsage denne mystiske koronale opvarmning. Efterhånden som observationsteknikker forbedres og teoretiske modeller bliver mere sofistikerede, kan solatmosfæren studeres mere dybtgående end nogensinde før. Det antages nu, at den koronale opvarmningsmekanisme kan være en kombination af magnetiske effekter i solatmosfæren. Der er to hovedkandidater til koronaopvarmning: nanoflares og bølgeopvarmning. Jeg for en har altid været en stor fortaler for bølgetopvarmningsteorier (en stor del af min forskning blev brugt til at simulere magnetohydrodynamiske bølgeforhandlinger langs koronale løkker), men der er stærke bevis for, at nanoflares også har indflydelse på koronalopvarmning, muligvis at arbejde sammen med bølgen opvarmning.
Selvom vi er temmelig sikre på, at bølgeopvarmning og / eller nanoflares kan være ansvarlige, indtil vi kan indsætte en sonde dybt ind i solcoronaen (som i øjeblikket er ved at blive planlagt med Solar Probe-missionen), idet vi tager in situ målinger af det koronale miljø, ved vi ikke med sikkerhed hvad opvarmer koronaen (se Varme koronale løkker kan være nøglen til den varme solstemning).
4. Comet Dust
Hvordan viste støv dannet ved intense temperaturer sig i frosne kometer? Kometer er de iskolde, støvede nomader i solsystemet. Tænkt at have udviklet sig i den yderste rækkevidde af rummet, i Kuiper Belt (omkring Plutos bane) eller i en mystisk region kaldet Oort Cloud, bliver disse kroppe lejlighedsvis bankede og falder under det svage tyngdekraft fra Solen. Når de falder mod det indre solsystem, vil solens varme føre til, at isen fordamper, hvilket skaber en kometær hale kendt som koma. Mange kometer falder lige ind i solen, men andre er mere heldige og afslutter en kort periode (hvis de stammer fra Kuiper Belt) eller en lang periode (hvis de stammer fra Oort Cloud) bane om Solen.
Men noget underligt er fundet i støvet opsamlet af NASAs Stardust-mission fra 2004 til Comet Wild-2. Støvkorn fra dette frosne legeme syntes at have været dannet ved høje temperaturer. Kometen Wild-2 menes at have sin oprindelse i og udviklet sig i Kuiper Belt, så hvordan kunne disse små prøver dannes i et miljø med en temperatur på over 1000 Kelvin?
Solsystemet udviklede sig fra en tåge for ca. 4,6 milliarder år siden og dannede en stor akkretionsskive, da det afkøledes. De prøver, der blev indsamlet fra Wild-2, kunne kun være dannet i det centrale område af tiltrædelsesskiven, nær den unge sol, og noget transporterede dem ind i solsystemets fjernvidde og til sidst ender i Kuiper Belt. Men hvilken mekanisme kunne gøre dette? Vi er ikke alt for sikre (se Comet Dust er meget lig Asteroider).
3. Kuiper Cliff
Hvorfor slutter Kuiper Belt pludselig? Kuiper Belt er et enormt område i solsystemet, der danner en ring omkring solen lige uden for Neptuns bane. Det ligner asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, Kuiper Belt indeholder millioner af små stenede og metalliske kropper, men det er 200 gange mere massivt. Det indeholder også en stor mængde vand, methan og ammoniak-is, bestanddele af kometære kerner, der stammer derfra (se nr. 4 ovenfor). Kuiper Belt er også kendt for sin dværgplanetbesætter, Pluto og (for nylig) kollega Plutoid "Makemake".
Kuiper Belt er allerede et temmelig uudforsket område af solsystemet, som det er (vi venter utålmodig på NASAs nye horisonter Pluto-mission, der ankommer der i 2015), men det har allerede kastet noget af et puslespil. Befolkningen i Kuiper Belt Objects (KBOs) falder pludselig i en afstand af 50 AU fra solen. Dette er temmelig underligt, da teoretiske modeller forudsiger en øge i antal KBO'er ud over dette punkt. Frafaldet er så dramatisk, at denne funktion er blevet kaldt "Kuiper Cliff."
Vi har i øjeblikket ingen forklaring på Kuiper Cliff, men der er nogle teorier. En idé er, at der faktisk er mange KBO'er ud over 50 AU, det er bare at de ikke har tiltrådt at danne større objekter af en eller anden grund (og derfor ikke kan overholdes). En anden mere kontroversiel idé er, at KBO'er ud over Kuiper Cliff er blevet fejet væk af et planetarisk legeme, muligvis på størrelse med Jorden eller Mars. Mange astronomer argumenterer imod dette med henvisning til manglende observationsbevis for noget, der stort kredser uden for Kuiper Belt. Denne planeteteori har imidlertid været meget nyttig for dommere, der er derude, og leveret spinkel ”bevis” for eksistensen af Nibiru eller “Planet X.” Hvis der er en planet derude, er det bestemt ikke “Indgående mail”, og det er det bestemt ikke ankom lige uden for døren i 2012.
Så kort sagt, vi har ingen anelse om, hvorfor Kuiper Cliff eksisterer ...
2. Pioneer Anomalien
Hvorfor kører Pioneer-sonderne off-course? Nu er dette et forvirrende spørgsmål for astrofysikere og sandsynligvis det sværeste spørgsmål at besvare i solsystemobservationer. Pioneer 10 og 11 blev lanceret tilbage i 1972 og 1973 for at udforske solsystemets ydre rækkevidde. Undervejs bemærkede forskere fra NASA, at begge prober oplevede noget ret mærkeligt; de oplevede en uventet acceleration af solafdelingen og skubbede dem ud af banen. Selvom denne afvigelse ikke var enorm efter astronomiske standarder (386.000 km udenfor kursen efter 10 milliarder km rejse), var det alligevel et afvigelse, og astrofysikere taber for at forklare, hvad der foregår.
En hovedteori mistænker, at ikke-ensartet infrarød stråling omkring sondernes karosseri (fra den radioaktive isotop af plutonium i dens radioisotope termoelektriske generatorer) muligvis udsender fotoner fortrinsvis på den ene side, hvilket giver et lille skub mod Solen. Andre teorier er lidt mere eksotiske. Måske behøver Einsteins generelle relativitet at blive ændret for lange vandringer i det dybe rum? Eller måske har mørk materie en rolle at spille med en langsommere virkning på Pioneer-rumfartøjet?
Indtil videre kan kun 30% af afvigelsen fastgøres på den ikke-ensartede varmefordelingsteori, og forskere går tabt for at finde et indlysende svar (se The Pioneer Anomaly: A Deviation from Einstein Gravity?).
1. Oort Cloud
Hvordan ved vi, at Oort Cloud endda findes? Hvad angår solsystemets mysterier, er Pioneer-anomalien en hård handling at følge, men Oort-skyen (efter min mening) er det største mysterium af alle. Hvorfor? Vi har aldrig set det, det er et hypotetisk område i rummet.
I det mindste med Kuiper Belt, kan vi observere de store KBO'er, og vi ved, hvor det er, men Oort Cloud er for langt væk (hvis det virkelig er derude). For det første forventes Oort Cloud at være over 50.000 AU fra Solen (det er næsten et lysår væk), hvilket gør det til omkring 25% af vejen mod vores nærmeste stjernede nabo, Proxima Centauri. Oort Cloud er derfor en meget lang vej væk. Den ydre rækkevidde af Oort Cloud er stort set kanten af solsystemet, og i denne afstand er milliarder af Oort Cloud-objekter meget løst på tyngdekraften bundet til Solen. De kan derfor påvirkes dramatisk af indgangen til andre stjerner i nærheden. Det menes, at Oort Cloud-forstyrrelse kan føre til, at iskolde kroppe falder indad med jævne mellemrum og skaber kometer med lang tid (som Halleys komet).
Faktisk er dette den eneste grund til, at astronomer mener, at Oort Cloud findes, det er kilden til langvarige iskome kometer, der har stærkt excentriske baner, der udspringer regioner ud af det ekliptiske plan. Dette antyder også, at skyen omgiver solsystemet og ikke er begrænset til et bælte omkring ekliptikken.
Så Oort Cloud ser ud til at være derude, men vi kan ikke direkte observere den. I mine bøger er det det største mysterium i det yderste område af vores solsystem ...
