Proprio come la polvere si accumula negli angoli e lungo gli scaffali delle nostre case, la polvere si accumula anche nello spazio. Ma quando la polvere si deposita nel sistema solare, è spesso in anelli. Diversi anelli di polvere circondano il Sole. Gli anelli tracciano le orbite dei pianeti, la cui gravità trascina la polvere intorno al Sole, mentre si sposta verso il centro del sistema solare.

La polvere è costituita da resti frantumati della formazione del sistema solare, circa 4,6 miliardi di anni fa:macerie di collisioni di asteroidi o briciole di comete in fiamme. La polvere è dispersa in tutto il sistema solare, ma si raccoglie in anelli granulosi che ricoprono le orbite della Terra e di Venere, anelli che possono essere visti con i telescopi sulla Terra. Studiando questa polvere, di cosa è fatta, da dove viene, e come si muove nello spazio:gli scienziati cercano indizi per comprendere la nascita dei pianeti e la composizione di tutto ciò che vediamo nel sistema solare.

Due studi recenti riportano nuove scoperte di anelli di polvere nel sistema solare interno. Uno studio utilizza i dati della NASA per delineare le prove di un anello di polvere attorno al Sole nell'orbita di Mercurio. Un secondo studio della NASA identifica la probabile fonte dell'anello di polvere nell'orbita di Venere:un gruppo di asteroidi mai rilevati prima in orbita attorno al pianeta.

"Non capita tutti i giorni di scoprire qualcosa di nuovo nel sistema solare interno, "ha detto Marc Kuchner, autore dello studio su Venere e astrofisico presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Questo è proprio nel nostro quartiere."

Un altro anello intorno al sole

Guillermo Stenborg e Russell Howard, entrambi scienziati solari presso il Naval Research Laboratory di Washington, DC, non ha deciso di trovare un anello di polvere. "L'abbiamo trovato per caso, "Stenborg ha detto, ridendo. Gli scienziati hanno riassunto le loro scoperte in un articolo pubblicato su Il Giornale Astrofisico il 21 novembre 2018.

Descrivono prove di una sottile foschia di polvere cosmica sull'orbita di Mercurio, formando un anello largo circa 9,3 milioni di miglia. Mercurio—3, 030 miglia di larghezza, abbastanza grande da consentire agli Stati Uniti continentali di estendersi, guadando questa vasta scia di polvere mentre gira intorno al sole.

Ironia della sorte, i due scienziati si sono imbattuti nell'anello di polvere mentre cercavano prove di una regione priva di polvere vicino al Sole. Ad una certa distanza dal Sole, secondo una previsione vecchia di decenni, il potente calore della stella dovrebbe vaporizzare la polvere, spazzando via un intero tratto di spazio. Sapere dove si trova questo confine può dire agli scienziati sulla composizione della polvere stessa, e suggerire come si sono formati i pianeti nel giovane sistema solare.

Finora, non è stata trovata alcuna prova di spazio privo di polvere, ma in parte è perché sarebbe difficile da rilevare dalla Terra. Non importa come gli scienziati guardano dalla Terra, tutta la polvere tra noi e il sole si mette in mezzo, indurli a pensare che forse lo spazio vicino al Sole è più polveroso di quanto non sia in realtà.

Stenborg e Howard hanno pensato di poter aggirare questo problema costruendo un modello basato sulle immagini dello spazio interplanetario dal satellite STEREO della NASA, abbreviazione di Solar and Terrestrial Relations Observatory.

In definitiva, i due volevano testare il loro nuovo modello in preparazione del Parker Solar Probe della NASA, che sta attualmente volando su un'orbita altamente ellittica attorno al Sole, oscillando sempre più vicino alla stella nei prossimi sette anni. Volevano applicare la loro tecnica alle immagini che Parker invierà sulla Terra e vedere come si comporta la polvere vicino al Sole.

Gli scienziati non hanno mai lavorato con i dati raccolti in questo territorio inesplorato, così vicino al sole. Modelli come Stenborg e Howard forniscono un contesto cruciale per comprendere le osservazioni di Parker Solar Probe, oltre a suggerire in quale tipo di ambiente spaziale si troverà la navicella spaziale:fuligginosa o perfettamente pulita.

Nelle immagini STEREO appaiono due tipi di luce:la luce proveniente dall'atmosfera esterna ardente del Sole, chiamata corona, e la luce riflessa da tutta la polvere che fluttua nello spazio. La luce del sole si rifletteva su questa polvere, che orbita lentamente intorno al Sole, è circa 100 volte più luminosa della luce coronale.

"Non siamo davvero gente di polvere, " ha detto Howard, che è anche lo scienziato capo delle telecamere su STEREO e Parker Solar Probe che fotografano la corona. "La polvere vicino al Sole si vede solo nelle nostre osservazioni, e in generale, l'abbiamo buttato via." Scienziati solari come Howard, che studiano l'attività solare per scopi come la previsione del tempo spaziale imminente, comprese le gigantesche esplosioni di materiale solare che il Sole a volte può inviare sulla nostra strada, hanno impiegato anni a sviluppare tecniche per rimuovere l'effetto di questa polvere. Solo dopo aver rimosso la contaminazione leggera dalla polvere possono vedere chiaramente cosa sta facendo la corona.

I due scienziati hanno costruito il loro modello come strumento per gli altri per sbarazzarsi della fastidiosa polvere nelle immagini STEREO e infine Parker Solar Probe, ma la previsione di uno spazio senza polvere indugiava in fondo alle loro menti. Se potessero escogitare un modo per separare i due tipi di luce e isolare la lucentezza della polvere, potevano capire quanta polvere c'era davvero. Scoprendo che tutta la luce in un'immagine proveniva dalla sola corona, Per esempio, poteva indicare che avevano finalmente trovato uno spazio libero dalla polvere.

L'anello di polvere di Mercurio è stata una scoperta fortunata, una scoperta secondaria che Stenborg e Howard hanno fatto mentre stavano lavorando al loro modello. Quando hanno usato la loro nuova tecnica sulle immagini STEREO, hanno notato uno schema di maggiore luminosità lungo l'orbita di Mercurio:più polvere, cioè, alla luce che avrebbero altrimenti pianificato di scartare.

"Non era una cosa isolata, " disse Howard. "Tutto intorno al sole, indipendentemente dalla posizione del veicolo spaziale, potremmo vedere lo stesso aumento del cinque percento della luminosità della polvere, o densità. Ha detto che c'era qualcosa, ed è qualcosa che si estende tutto intorno al Sole."

Gli scienziati non hanno mai considerato che potesse esistere un anello lungo l'orbita di Mercurio, forse è per questo che è passato inosservato fino ad ora, ha detto Stenborg. "La gente pensava che Mercurio, a differenza della Terra o di Venere, è troppo piccolo e troppo vicino al Sole per catturare un anello di polvere, " ha detto. "Si aspettavano che il vento solare e le forze magnetiche del Sole avrebbero spazzato via la polvere in eccesso dall'orbita di Mercurio".

Con una scoperta inaspettata e un nuovo strumento sensibile alle spalle, i ricercatori sono ancora interessati alla zona senza polvere. Mentre Parker Solar Probe continua la sua esplorazione della corona, il loro modello può aiutare gli altri a rivelare eventuali altri coniglietti di polvere in agguato vicino al sole.

Asteroidi nascosti nell'orbita di Venere

Questa non è la prima volta che gli scienziati trovano un anello di polvere nel sistema solare interno. Venticinque anni fa, gli scienziati hanno scoperto che la Terra orbita attorno al Sole all'interno di un gigantesco anello di polvere. Altri hanno scoperto un anello simile vicino all'orbita di Venere, utilizzando per la prima volta i dati d'archivio delle sonde spaziali tedesco-americane Helios nel 2007, per poi confermarlo nel 2013, con dati STEREO.

Da allora, gli scienziati hanno determinato che l'anello di polvere nell'orbita terrestre proviene in gran parte dalla cintura di asteroidi, il vasto, regione a forma di ciambella tra Marte e Giove dove vive la maggior parte degli asteroidi del sistema solare. Questi asteroidi rocciosi si scontrano costantemente l'uno contro l'altro, polvere che si sposta più in profondità nella gravità del sole, a meno che la gravità terrestre non allontani la polvere, nell'orbita del nostro pianeta.

All'inizio, sembrava probabile che l'anello di polvere di Venere si fosse formato come quello della Terra, dalla polvere prodotta altrove nel sistema solare. Ma quando l'astrofisico di Goddard Petr Pokorny ha modellato la polvere che si muove a spirale verso il Sole dalla cintura di asteroidi, le sue simulazioni hanno prodotto un anello che corrispondeva alle osservazioni dell'anello della Terra, ma non di Venere.

Questa discrepanza lo fece domandare se non la cintura di asteroidi, da dove viene la polvere nell'orbita di Venere? Dopo una serie di simulazioni, Pokorny e il suo partner di ricerca Marc Kuchner hanno ipotizzato che provenga da un gruppo di asteroidi mai rilevati prima che orbitano attorno al Sole accanto a Venere. Hanno pubblicato il loro lavoro in Le Lettere del Giornale Astrofisico il 12 marzo 2019.

"Penso che la cosa più eccitante di questo risultato sia che suggerisce una nuova popolazione di asteroidi che probabilmente contiene indizi su come si è formato il sistema solare, " disse Kuchner. Se Pokorny e Kuchner possono osservarli, questa famiglia di asteroidi potrebbe far luce sulla Terra e sulle prime storie di Venere. Visto con gli strumenti giusti, gli asteroidi potrebbero anche svelare indizi sulla diversità chimica del sistema solare.

Perché è disperso su un'orbita più ampia, L'anello di polvere di Venere è molto più grande dell'anello appena rilevato su Mercurio. Circa 16 milioni di miglia dall'alto verso il basso e 6 milioni di miglia di larghezza, l'anello è cosparso di polvere i cui grani più grandi sono all'incirca delle dimensioni di quelli della carta vetrata grossa. È circa il 10% più denso di polvere rispetto allo spazio circostante. Ancora, è diffuso:metti insieme tutta la polvere sul ring, e tutto quello che otterresti è un asteroide del diametro di due miglia.

Utilizzando una dozzina di diversi strumenti di modellazione per simulare il movimento della polvere intorno al sistema solare, Pokorny ha modellato tutte le fonti di polvere a cui riusciva a pensare, alla ricerca di un anello di Venere simulato che corrispondesse alle osservazioni. L'elenco di tutte le fonti che ha provato suona come un appello a tutti gli oggetti rocciosi del sistema solare:asteroidi della fascia principale, Comete della nuvola di Oort, comete di tipo Halley, comete della famiglia di Giove, recenti collisioni nella fascia degli asteroidi.

"Ma nessuno di loro ha funzionato, " disse Kuchner. "Allora, abbiamo iniziato a creare le nostre fonti di polvere."

Forse, i due scienziati pensavano, la polvere proveniva da asteroidi molto più vicini a Venere rispetto alla cintura degli asteroidi. Potrebbe esserci un gruppo di asteroidi in orbita attorno al Sole con Venere, nel senso che condividono l'orbita di Venere, ma stai lontano dal pianeta, spesso dall'altra parte del Sole. Pokorny e Kuchner pensavano che un gruppo di asteroidi nell'orbita di Venere potesse essere passato inosservato fino ad ora perché è difficile puntare i telescopi terrestri in quella direzione, così vicino al sole, senza interferenze luminose dal sole.

Gli asteroidi in orbita sono un esempio di quella che viene chiamata risonanza, un modello orbitale che blocca insieme orbite diverse, a seconda di come si incontrano le loro influenze gravitazionali. Pokorny e Kuchner hanno modellato molte potenziali risonanze:asteroidi che circondano il Sole due volte ogni tre orbite di Venere, Per esempio, o nove volte per il dieci di Venere, e uno per uno. Di tutte le possibilità, un solo gruppo ha prodotto una simulazione realistica dell'anello di polvere di Venere:un pacchetto di asteroidi che occupa l'orbita di Venere, abbinando i viaggi di Venere intorno al Sole uno per uno.

Ma gli scienziati non potevano chiamarlo un giorno dopo aver trovato una soluzione ipotetica che funzionasse. "Pensavamo di aver scoperto questa popolazione di asteroidi, ma poi ho dovuto dimostrarlo e dimostrare che funziona, " Disse Pokorny. "Ci siamo emozionati, ma poi ti rendi conto, 'Oh, c'è così tanto lavoro da fare.'"

Avevano bisogno di dimostrare che l'esistenza stessa degli asteroidi ha senso nel sistema solare. sarebbe improbabile, Hanno realizzato, che gli asteroidi in questi speciali, orbite circolari vicino a Venere sono arrivate lì da qualche altra parte come la cintura di asteroidi. La loro ipotesi avrebbe più senso se gli asteroidi fossero stati lì fin dall'inizio del sistema solare.

Gli scienziati hanno costruito un altro modello, questa volta iniziando con una folla di 10, 000 asteroidi vicini a Venere. Hanno permesso alla simulazione di avanzare rapidamente attraverso 4,5 miliardi di anni di storia del sistema solare, incorporando tutti gli effetti gravitazionali di ciascuno dei pianeti. Quando il modello è arrivato ai giorni nostri, circa 800 dei loro asteroidi di prova sono sopravvissuti alla prova del tempo.

Pokorny lo considera un tasso di sopravvivenza ottimista. Indica che gli asteroidi potrebbero essersi formati vicino all'orbita di Venere nel caos del primo sistema solare, e alcuni potrebbero rimanere lì oggi, alimentando l'anello di polvere nelle vicinanze.

Il prossimo passo è in realtà fissare e osservare gli sfuggenti asteroidi. "Se c'è qualcosa lì, dovremmo essere in grado di trovarlo, " Ha detto Pokorny. La loro esistenza potrebbe essere verificata con telescopi spaziali come Hubble, o forse imager spaziali interplanetari simili a STEREO. Quindi, gli scienziati avranno più domande a cui rispondere:quanti ce ne sono, e quanto sono grandi? Stanno spargendo continuamente polvere, o c'è stato solo un evento di rottura?

Anelli di polvere intorno ad altre stelle

Gli anelli di polvere che Mercurio e Venere pascolano sono solo un pianeta o due di distanza, ma gli scienziati hanno individuato molti altri anelli di polvere in sistemi stellari lontani. I vasti anelli di polvere possono essere più facili da individuare rispetto agli esopianeti, e potrebbe essere usato per dedurre l'esistenza di pianeti altrimenti nascosti, e anche le loro proprietà orbitali.

Ma interpretare gli anelli di polvere extrasolari non è semplice. "Per modellare e leggere accuratamente gli anelli di polvere attorno ad altre stelle, dobbiamo prima capire la fisica della polvere nel nostro cortile, " disse Kuchner. Studiando gli anelli di polvere vicini a Mercurio, Venere e Terra, dove la polvere traccia gli effetti duraturi della gravità nel sistema solare, gli scienziati possono sviluppare tecniche per leggere tra gli anelli di polvere sia vicini che lontani.