Cosa hanno in comune le stelle cadenti e la sicurezza degli astronauti?

Entrambi derivano dai frammenti di roccia submicroscopici trovati in tutto il sistema solare, a volte chiamato polvere interplanetaria.

Quando queste particelle entrano in collisione con l'atmosfera terrestre, creano meteore, meglio conosciute come stelle cadenti, mentre i frammenti (di solito) microscopici vaporizzano e lasciano scie fiammeggianti nell'aria. Quando si scontrano con gli astronauti, possono bucare le tute spaziali o peggio. Comprendere le fonti e i modelli di questa polvere interplanetaria è quindi molto importante per la NASA, mentre pianifica le missioni sulla luna, Marte e oltre.

Durante le sue rivoluzioni intorno al sole, la sonda Parker Solar Probe, la missione che si avvicina al sole più di qualsiasi altra cosa nella storia dei viaggi spaziali, viene bombardato da queste particelle di polvere. Quando si schianta contro l'astronave, i minuscoli granelli, alcuni piccoli quanto un decimillesimo di millimetro di diametro, vaporizzano e rilasciano una nuvola di particelle caricate elettricamente che possono essere rilevate da FIELDS, una suite di strumenti progettati per rilevare campi elettrici e magnetici.

Un paio di articoli pubblicati questa settimana in Il giornale di scienze planetarie utilizzare i dati FIELDS per dare un'occhiata da vicino alla "nube zodiacale, " il termine collettivo per queste minuscole particelle.

"Ogni sistema solare ha una nuvola zodiacale, e possiamo effettivamente esplorare il nostro e capire come funziona, " ha detto Jamey Szalay, uno studioso di ricerca associato in scienze astrofisiche a Princeton che è l'autore principale di uno degli articoli. "Comprendere l'evoluzione e la dinamica della nostra nuvola zodiacale ci consentirà di comprendere meglio ogni osservazione zodiacale che abbiamo visto intorno a qualsiasi altro sistema solare".

La nuvola zodiacale disperde la luce del sole in un modo che può essere visto ad occhio nudo, ma solo su molto scuro, notti limpide, come la luce della luna o la luce delle città la eclissano facilmente. Più spessa vicino al sole e più sottile vicino ai bordi del sistema solare, la nuvola zodiacale sembra liscia a occhio nudo, ma le lunghezze d'onda infrarosse rivelano strisce e nastri luminosi che possono essere ricondotti alle loro fonti:comete e asteroidi.

Con i dati delle prime sei orbite di Parker, insieme alla modellazione al computer del movimento delle particelle nel sistema solare interno, Szalay e i suoi colleghi hanno districato quelle striature e nastri per rivelare due diverse popolazioni di polvere nella nuvola zodiacale:i minuscoli granelli che si muovono a spirale verso il sole per migliaia o milioni di anni, noto come alfa-meteoroidi; poi, mentre la nuvola vorticosa diventa più densa, i grani più grandi si scontrano e creano frammenti sempre più piccoli noti come beta-meteoroidi che vengono successivamente allontanati dal sole dalla pressione della luce solare.

Sì, luce del sole.

E non solo spinto un po', o. "Quando un frammento diventa abbastanza piccolo, la pressione delle radiazioni - la luce solare - è in realtà abbastanza forte da espellerla dal sistema solare, " ha detto Szalay.

"L'esistenza di granelli così piccoli è stata ripetutamente segnalata da misurazioni della polvere di veicoli spaziali dedicati nella regione tra la Terra e Marte, ma mai nel sistema solare interno dove si pensava che queste particelle avessero origine, " disse Harald Kruger, un esperto di polvere zodiacale con il Max Planck Institute for Solar System Research e coautore dell'articolo di Szalay. "Così, lo strumento FIELDS offre una nuova finestra per studiare queste particelle di polvere guidate dalla luce solare vicino alla loro regione di origine".

FIELDS ha anche rilevato uno stretto flusso di particelle che sembrava essere rilasciato da una sorgente discreta, formando una delicata struttura nella nuvola di polvere zodiacale. Per comprendere questa terza componente, Szalay è tornato alle origini della polvere zodiacale:comete e asteroidi.

comete, palle di neve piene di polvere che viaggiano attraverso il nostro sistema solare in lunghe, orbite ellittiche, espellono abbondanti quantità di polvere quando si avvicinano abbastanza al sole per iniziare a vaporizzare il ghiaccio e il ghiaccio secco. asteroidi, rocce grandi e piccole orbitanti intorno al sole tra Marte e Giove, rilasciano polvere quando si scontrano tra loro. Alcuni di questi grani vengono buttati via in qualsiasi direzione, ma la maggior parte sono intrappolati nelle orbite del loro corpo genitore, ha spiegato Szalay, il che significa che nel corso di migliaia di orbite, la traccia di una cometa diventa più simile a una strada sterrata che a un sentiero vuoto con una sfera splendente e una scia luminosa. (Su milioni di orbite, i grani si disperderanno oltre il loro percorso orbitale, fondendosi nella nuvola zodiacale di sfondo.)

Szalay si riferisce a questi percorsi disseminati di polvere come "tubi" di detriti di comete o asteroidi. "Se la Terra attraversa quel tubo in qualsiasi posto, otteniamo una pioggia di meteoriti, " Egli ha detto.

Ha teorizzato che la sonda solare Parker potrebbe aver viaggiato attraverso uno di questi. "Forse c'è un tubo denso che non avremmo potuto osservare in nessun altro modo se non da Parker che letteralmente vola attraverso e viene sabbiato da esso, " Egli ha detto.

Ma i tubi più vicini al percorso di Parker non sembravano avere abbastanza materiale per causare il picco di dati. Quindi Szalay propose un'altra teoria. Forse uno di questi tubi meteoroidei, molto probabilmente i Geminidi, che ogni dicembre causa uno degli sciami meteorici più intensi della Terra, si scontrava ad alta velocità contro la stessa nuvola zodiacale interna. Gli impatti tra il tubo e la polvere zodiacale potrebbero produrre grandi quantità di beta-meteoroidi che non esplodono in direzioni casuali, ma sono focalizzati in una serie ristretta di percorsi.

"Abbiamo definito questo un 'beta-stream, ' che è un nuovo contributo al campo, "Szalay ha detto. "Questi flussi beta dovrebbero essere un processo fisico fondamentale in tutti i dischi planetari circumstellari".

"Uno degli aspetti importanti di questo articolo è il fatto che Parker Solar Probe è la prima navicella spaziale che arriva così vicino al Sole da penetrare nelle regioni in cui le collisioni reciproche di particelle sono le più frequenti, " ha detto Petr Pokorný, un modellatore di nuvole zodiacali con la NASA e la Catholic University of America, che era un coautore dell'articolo di Szalay. "Le collisioni tra particelle reciproche sono importanti non solo nel nostro sistema solare, ma in tutti i sistemi esosolari. Questo articolo offre alla comunità dei modellisti una visione unica di questo territorio precedentemente inesplorato".

"Parker ha essenzialmente sperimentato la propria pioggia di meteoriti, " Disse Szalay. "O è volato attraverso uno di quei tubi di materiale, o è volato attraverso un flusso beta."

Il torrente è stato avvistato anche da Anna Pusack, poi uno studente universitario presso l'Università del Colorado-Boulder. "Ho visto questa forma a cuneo nei miei dati, e il mio consigliere, Davide Malaspina, mi ha suggerito di presentare il lavoro a Jamey, " ha detto. "La forma a cuneo sembrava indicare un forte spruzzo, o quello che Jamey chiamava un flusso beta nei suoi nuovi modelli, di piccole particelle che colpiscono il veicolo spaziale in modo molto diretto. Questo è stato incredibile per me, collegare i dati che avevo analizzato al lavoro teorico svolto dall'altra parte del paese. Per un giovane scienziato, ha davvero suscitato tutta l'eccitazione e le possibilità che possono derivare dal lavoro collaborativo".

Pusack è l'autore principale del documento pubblicato insieme a Szalay. "Questi documenti vanno davvero di pari passo, " ha detto. "I dati supportano i modelli, e i modelli aiutano a spiegare i dati."

"Questo è un enorme contributo alla nostra comprensione della nuvola zodiacale, l'ambiente polveroso vicino al sole più in generale, e i rischi di polvere per la missione Parker Solar Probe della NASA, "ha detto David McComas, professore di scienze astrofisiche alla Princeton University e vicepresidente del Princeton Plasma Physics Laboratory, chi è il ricercatore principale per ISʘIS, un altro strumento a bordo Parker Solar Probe, e per la prossima missione Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP).