På et eller annet tidspunkt har vi alle lurt på hvilke mysterier vårt solsystem har. Tross alt de åtte planetene (pluss Pluto og alle de andre dvergplaneter) går i et veldig lite volum av heliosfæren (romvolumet dominert av solens påvirkning), hva skjer i resten av volumet vi kaller vårt hjem? Når vi skyver flere roboter ut i verdensrommet, forbedrer våre observasjonsevner og begynner å oppleve rom for oss selv, lærer vi mer og mer om arten av hvor vi kommer fra og hvordan planetene har utviklet seg. Men selv med vår fremskritt kunnskap, ville vi være naive å tro at vi har alle svarene, så mye må fortsatt avdekkes. Så, fra et personlig synspunkt, hva ville jeg ansett for å være de største mysteriene i solsystemet vårt? Jeg skal fortelle deg det min topp ti favoritter til noen mer forvirrende conundrums vårt solsystem har kastet oss. Så for å få ballen til å rulle, begynner jeg i midten, med sola. (Ingen av følgende kan forklares med mørk materie, i tilfelle du lurte på ... faktisk kan det, men bare litt…)
10. Solpoletemperaturmatch
Hvorfor er solens sørpol kjøligere enn Nordpolen? I 17 år har solsonden Ulysses gitt oss et enestående syn på sola. Etter å ha blitt lansert på Space Shuttle Discovery helt tilbake i 1990, tok den ufint utforskeren en uortodoks tur gjennom solsystemet. Ved å bruke Jupiter til et tyngdepunkt med tyngdekraften ble Ulysses kastet ut av ekliptikplanet slik at det kunne passere over solen i en polar bane (romfartøy og planetene går normalt rundt solens ekvator). Det var her sonden reiste i nesten to tiår og tok enestående in-situ observasjoner av solvinden og avsløre den sanne naturen til det som skjer ved polene til stjernen vår. Akk, Ulysses er døende av alderdom, og oppdraget ble effektivt avsluttet 1. juli (selv om det gjenstår noe kommunikasjon med håndverket).
Imidlertid kan observasjon av ikke-kartede regioner av solen gi forvirrende resultater. Et slikt mysteriumresultat er at Sydpolen av solen er kjøligere enn Nordpolen med 80.000 Kelvin. Forskere er forvirret av dette avviket da effekten ser ut til å være uavhengig av solens magnetiske polaritet (som vipper magnetisk nord til magnetisk sør hvert 11. år). Ulysses var i stand til å måle soltemperaturen ved å ta prøver av ionene i solvinden i en avstand på 300 millioner km over Nord- og Sørpolen. Ved å måle forholdet mellom oksygenioner (O6+/ O7+), kunne plasmaforholdene ved bunnen av koronhullet måles.
Dette er fortsatt et åpent spørsmål, og den eneste forklaringen solfysikere for øyeblikket kan komme med, er muligheten for at solstrukturen i polarområdene avviker på en eller annen måte. Det er synd at Ulysses bet støvet, vi kan gjøre med en polar orbiter for å ta flere resultater (se Ulysses romfartøy dør av naturlige årsaker).
9. Mars mysterier
Hvorfor er marshemene så radikalt forskjellige? Dette er et mysterium som hadde frustrert forskere i årevis. Den nordlige halvkule av Mars er overveiende uten overflate lavland, mens den sørlige halvkule er fylt med fjellkjeder, og skaper store høylandet. Veldig tidlig i studiet av Mars ble teorien om at planeten hadde blitt rammet av noe veldig stort (og dermed skape det enorme lavlandet, eller et stort nedslagsbasseng) kastet ut. Dette var først og fremst fordi lavlandet ikke hadde geografien til et påvirkningskrater. For en start er det ingen krater "felg." Plussområdet er ikke sirkulært. Alt dette pekte på noen annen forklaring. Men ørnøyde forskere ved Caltech har nylig revurdert impactor-teorien og beregnet at en enorm stein mellom 1.600 til 2.700 km i diameter kan skape lavlandet på den nordlige halvkule (se To ansikter av Mars forklart).
Bonusmysterium: Eksisterer Mars-forbannelsen? I følge mange show, nettsteder og bøker er det noe (nesten paranormalt) ute i verdensrommet som spiser (eller tukler med) våre robot-oppdagere fra Mars. Hvis du ser på statistikken, vil du bli tilgitt for å være litt sjokkert: Nesten to tredjedeler av alle Mars-oppdragene har mislyktes. Russiske Mars-bundne raketter har sprengt seg, amerikanske satellitter har dødd midt på flukten, britiske landere har pock-preget Røde Planets landskap; ingen Mars-oppdrag er immun mot "Mars-trekanten." Så er det en "Galactic Ghoul" der ute som roter med våre "bots?" Selv om dette kan være attraktivt for noen av oss overtroiske folkeslag, tapte de aller fleste romfartøyer pga Mars-forbannelsen skyldes hovedsakelig store tap under pioneroppdragene til Mars. Den nylige tapsraten er sammenlignbar med tapene som ble påført ved utforsking av andre planeter i solsystemet. Selv om flaks kan ha en liten rolle å spille, er dette mysteriet mer en overtro enn noe målbart (se "Mars-forbannelsen": Hvorfor har så mange oppdrag mislyktes?).
8. Tunguska-arrangementet
Hva forårsaket Tunguska-påvirkningen? Glem Fox Mulder som snubler gjennom de russiske skogene, dette er ikke en X-Files-episode. I 1908 kastet solsystemet noe på oss… men vi vet ikke hva. Dette har vært et varig mysterium helt siden øyenvitner beskrev en lysglimt (som kan sees hundrevis av kilometer unna) over Podkamennaya Tunguska-elven i Russland. Etter undersøkelse hadde et stort område blitt desimert; rundt 80 millioner trær hadde blitt felt som fyrstikk, og over 2000 kvadratkilometer hadde blitt flatt ut. Men det var ingen krater. Hva hadde falt fra himmelen?
Dette mysteriet er fremdeles en åpen sak, selv om forskere pinner sine spill på en eller annen form for “luftutbrudd” når en komet eller meteoritt kom inn i atmosfæren og eksploderte over bakken. En nyere kosmisk rettsmedisinske studie gikk tilbake trinnene i et mulig asteroide fragment i håp om å finne sitt opphav og kanskje til og med finne foreldre asteroiden. De har mistenkte, men det spennende er at det er nesten ingen meteorittbevis rundt påvirkningsstedet. Så langt ser det ikke ut til å være mye forklaring på det, men jeg tror ikke Mulder og Scully trenger å være involvert (se Fant Tunguska Meteoroids kusiner?).
7. Uranus 'Tilt
Hvorfor roterer Uranus på sin side? Merkelig planet er Uranus. Mens alle de andre planetene i solsystemet mer eller mindre har sin rotasjonsakse som peker "opp" fra ekliptikplanet, ligger Uranus på sin side, med en aksial tilt på 98 grader. Dette betyr at enten Nord- eller Sydpolen i veldig lange perioder (42 år om gangen) peker direkte mot Solen. Flertallet av planetene har en "prograd" -rotasjon; alle planetene roterer mot klokken når de sees ovenfra solsystemet (dvs. over jordpolen). Imidlertid gjør Venus nøyaktig motsatt, den har en retrograd rotasjon, noe som fører til teorien om at den ble sparket av aksen tidlig i utviklingen på grunn av stor innvirkning. Så skjedde dette med Uranus også? Ble den truffet av en massiv kropp?
Noen forskere mener at Uranus var offer for et kosmisk hit-and-run, men andre mener det kan være en mer elegant måte å beskrive gassgigantens rare konfigurasjon. Tidlig i utviklingen av solsystemet har astrofysikere kjørt simuleringer som viser banekonfigurasjonen til Jupiter og Saturn kan ha krysset en 1: 2-resonans. I løpet av denne perioden med planetarisk opprør overførte den kombinerte gravitasjonspåvirkningen fra Jupiter og Saturn orbital momentum til den mindre gassgiganten Uranus og slo den utenfor aksen. Mer forskning må utføres for å se om det var mer sannsynlig at en jordstørr berg påvirket Uranus eller om Jupiter og Saturn har skylden.
6. Titans atmosfære
Hvorfor har Titan en atmosfære? Titan, en av månene til Saturn, er den bare måne i solsystemet med en betydelig atmosfære. Det er den nest største månen i solsystemet (bare den andre til Jupiters måne Ganymede) og omtrent 80% mer massiv enn Jordens måne. Selv om den er liten sammenlignet med bakkenormer, er den mer jordlignende enn vi gir den æren for. Mars og Venus blir ofte sitert som jordas søsken, men atmosfærene er henholdsvis 100 ganger tynnere og 100 ganger tykkere. Titans atmosfære er derimot bare halvannen gang tykkere enn Jordens, pluss at den hovedsakelig er sammensatt av nitrogen. Nitrogen dominerer Jordens atmosfære (ved 80% sammensetning) og det dominerer Titans atmosfære (med 95% sammensetning). Men hvor kom alt dette nitrogenet fra? Som på jorden er det et mysterium.
Titan er en så interessant måne og blir raskt det viktigste målet å søke etter livet. Ikke bare har den en tykk atmosfære, overflaten er proppfull av hydrokarboner som antas å være vrimlet av "toliner" eller prebiotiske kjemikalier. Legg til dette den elektriske aktiviteten i Titan-atmosfæren, og vi har en utrolig måne med et enormt potensiale for liv å utvikle seg. Men hvor atmosfæren kom fra ... vi vet bare ikke.
5. Solar Coronal Heat
Hvorfor er solatmosfæren varmere enn soloverflaten? Nå er dette et spørsmål som har revet solfysikere i over et halvt århundre. Tidlige spektroskopiske observasjoner av solcorona avslørte noe forvirrende: Solens atmosfære er varmere enn fotosfæren. Faktisk er det så varmt at det kan sammenlignes med temperaturene som finnes i kjernen av solen. Men hvordan kan dette skje? Hvis du slår på en lyspære, vil ikke luften som omgir glasspæren være varmere enn selve glasset; Når du kommer nærmere en varmekilde, blir den varmere, ikke kjøligere. Men det er akkurat dette Solen gjør. Solens fotosfære har en temperatur på rundt 6000 Kelvin, mens plasmaet bare noen få tusen kilometer over fotosfæren er over 1 million Kelvin. Som du kan se, ser ut til at alle slags fysikklover er brutt.
Imidlertid lukker solfysikerne gradvis inn det som kan forårsake denne mystiske koronale oppvarmingen. Når observasjonsteknikker forbedres og teoretiske modeller blir mer sofistikerte, kan solatmosfæren studeres mer dyptgående enn noen gang før. Det antas nå at koronaloppvarmningsmekanismen kan være en kombinasjon av magnetiske effekter i solatmosfæren. Det er to hovedkandidater for koronaoppvarming: nanoflares og bølgeoppvarming. Jeg for en har alltid vært en stor talsmann for bølgeoppvarmingsteorier (en stor del av forskningen min var viet til å simulere magnetohydrodynamiske bølgeaksaksjoner langs koronale løkker), men det er sterke bevis på at nanoflares påvirker koronal oppvarming også, muligens å jobbe i takt med bølgen oppvarming.
Selv om vi er ganske sikre på at bølgeoppvarming og / eller nanoflares kan være ansvarlig, inntil vi kan sette inn en sonde dypt inn i solcoronaen (som for øyeblikket planlegges med Solar Probe-oppdraget), tar vi in-situ målinger av koronal miljøet, vet vi ikke med sikkerhet hva varmer koronaen (se Varme koronale løkker kan være nøkkelen til den varme solenergi-atmosfæren).
4. Comet Dust
Hvordan virket støv dannet ved intense temperaturer i frosne kometer? Kometer er de iskalde, støvete nomadene til solsystemet. Tenkt å ha utviklet seg i den ytterste rekkevidde av verdensrommet, i Kuiper Belt (rundt Pluto-bane) eller i et mystisk område kalt Oort Cloud, blir disse kroppene tidvis slått og faller under det svake tyngdekraften fra Solen. Når de faller mot det indre solsystemet, vil solens varme føre til at isen fordamper, og skaper en kometær hale kjent som koma. Mange kometer faller rett inn i solen, men andre er heldigere og fullfører en kort periode (hvis de har sin opprinnelse i Kuiper Belt) eller en lang periode (hvis de har sin opprinnelse i Oort Cloud) omløp til Solen.
Men noe rart er funnet i støvet samlet av NASAs 2004 Stardust-oppdrag til Comet Wild-2. Støvkorn fra denne frosne kroppen så ut til å ha blitt dannet høye temperaturer. Kometen Wild-2 antas å ha sin opprinnelse fra og utviklet seg i Kuiper Belt, så hvordan kunne disse bittesmå prøvene dannes i et miljø med en temperatur på over 1000 Kelvin?
Solsystemet utviklet seg fra en tåke for rundt 4,6 milliarder år siden og dannet en stor akkresjonsskive mens den avkjølte. Prøvene som ble samlet inn fra Wild-2, kunne bare ha blitt dannet i den sentrale regionen av tilskuddsdisken, nær den unge solen, og noe fraktet dem inn i fjernsynet til solsystemet, og til slutt havnet i Kuiper Belt. Men hvilken mekanisme kan gjøre dette? Vi er ikke så sikre (se Comet Dust er veldig lik Asteroider).
3. Kuiper Cliff
Hvorfor slutter Kuiper Belt plutselig? Kuiper Belt er et enormt område i solsystemet som danner en ring rundt solen rett utenfor bane rundt Neptun. Det er omtrent som asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter, Kuiperbeltet inneholder millioner av små steinete og metalliske kropper, men det er 200 ganger mer massivt. Den inneholder også en stor mengde vann, metan og ammoniak-is, bestanddelene av kometære kjerner som stammer derfra (se nr. 4 ovenfor). Kuiper Belt er også kjent for sin dvergplanet okkupant, Pluto og (nylig) stipendiat Plutoid "Makemake".
Kuiper-beltet er allerede et ganske uutforsket område av solsystemet som det er (vi venter utålmodig på at NASAs New Horizons Pluto-oppdrag kommer dit i 2015), men den har allerede kastet opp noe av et puslespill. Befolkningen i Kuiper Belt Objects (KBOs) synker plutselig av i en avstand på 50 AU fra solen. Dette er ganske rart som teoretiske modeller forutsier en øke i antall KBO-er utover dette punktet. Frafallet er så dramatisk at denne funksjonen har blitt kalt "Kuiper Cliff."
Vi har foreløpig ingen forklaring på Kuiper Cliff, men det er noen teorier. En idé er at det faktisk er mange KBO-er utover 50 AU, det er bare at de ikke har anerkjent seg for å danne større objekter av en eller annen grunn (og derfor ikke kan observeres). En annen mer kontroversiell idé er at KBO-er utenfor Kuiper Cliff er blitt feid vekk av et planetarisk legeme, muligens på størrelse med Jorden eller Mars. Mange astronomer argumenterer mot dette med henvisning til mangel på observasjonsbevis for noe som er stort i bane rundt Kuiper Belt. Denne planetariske teorien har imidlertid vært veldig nyttig for dommere som er der ute, og gitt spinkle "bevis" for eksistensen av Nibiru, eller "Planet X." Hvis det er en planet der ute, er den absolutt det ikke "Innkommende post", og det er det absolutt ikke ankom på dørstokken i 2012.
Så kort sagt, vi har ingen anelse om hvorfor Kuiper Cliff eksisterer ...
2. Pioneer-anomalien
Hvorfor driver Pioneer-probene av kurs? Nå er dette en forvirrende sak for astrofysikere, og sannsynligvis det vanskeligste spørsmålet å svare på i solsystemobservasjoner. Pioneer 10 og 11 ble lansert i 1972 og 1973 for å utforske de ytre rekkevidden av solsystemet. Underveis la NASA-forskere merke til at begge sonder opplever noe ganske rart; de opplevde en uventet akselerasjon fra solavdelingen og presset dem utenfor kursen. Selv om dette avviket ikke var stort etter astronomiske standarder (386.000 km utenom kurs etter 10 milliarder km reise), var det et avvik, det samme og astrofysikere taper for å forklare hva som skjer.
En hovedteori mistenker at ujevn infrarød stråling rundt sondernes karosseri (fra den radioaktive isotopen av plutonium i sine radioisotope termoelektriske generatorer) kan avgi fotoner fortrinnsvis på den ene siden, og gi et lite trykk mot solen. Andre teorier er litt mer eksotiske. Kanskje Einsteins generelle relativitet må endres for lange turer ut i det dype rom? Eller har mørk materie en rolle å spille, og har en reduserende effekt på Pioneer-romfartøyet?
Så langt er det bare 30% av avviket som kan festes på den ikke-ensartede varmefordelingsteorien, og forskere går tapt for å finne et åpenbart svar (se Pioneer Anomaly: A Deviation from Einstein Gravity?).
1. Oort-skyen
Hvordan vet vi at Oort Cloud til og med eksisterer? Så vidt solsystemets mysterier går, er Pioneer-anomalien en tøff handling å følge, men Oort-skyen (etter mitt syn) er det største mysteriet av alle. Hvorfor? Vi har aldri sett det, det er et hypotetisk romområde.
I det minste med Kuiper Belt, kan vi observere de store KBO-ene og vi vet hvor den er, men Oort-skyen er for langt unna (hvis den virkelig er der ute). For det første er Oort Cloud spådd å være over 50 000 AU fra solen (det er nesten et lysår unna), noe som gjør det til omtrent 25% av veien mot vår nærmeste stjerners nabo, Proxima Centauri. Oort Cloud ligger derfor veldig langt unna. De ytre delene av Oort Cloud er ganske mye kanten av solsystemet, og på denne avstanden er milliardene av Oort Cloud-objekter veldig løst gravitasjonsbundet til solen. De kan derfor påvirkes dramatisk av inngangen til andre stjerner i nærheten. Det antas at Oort Cloud-forstyrrelse kan føre til at iskalde kropper faller innover med jevne mellomrom, og skaper kometer over lengre tid (som Halleys komet).
Faktisk er dette den eneste grunnen til at astronomer tror Oort Cloud eksisterer, det er kilden til iskome kometer med lang tid som har svært eksentriske baner som kommer fra regioner fra det ekliptiske planet. Dette antyder også at skyen omgir solsystemet og ikke er begrenset til et belte rundt ekliptikken.
Så Oort Cloud ser ut til å være der ute, men vi kan ikke observere den direkte. I bøkene mine er det det største mysteriet i den ytterste regionen av solsystemet vårt ...
