Vi har alla undrat på någon eller annan punkt vilka mysterier vårt solsystem har. När allt kommer de åtta planeterna (plus Pluto och alla de andra dvärgplaneter) går i en mycket liten volym av heliosfären (rymdvolymen dominerad av solens inflytande), vad händer i resten av volymen vi kallar vårt hem? När vi driver fler robotar ut i rymden, förbättrar våra observationsförmågor och börjar uppleva rymden för oss själva, lär vi oss mer och mer om arten på var vi kommer ifrån och hur planeterna har utvecklats. Men även med vår ökande kunskap skulle vi vara naiva att tro att vi har alla svar, så mycket måste fortfarande avslöjas. Så, från en personlig synvinkel, vad skulle jag anser vara de största mysterierna i vårt solsystem? Tja, jag ska berätta min topp tio favoriter av några mer förvirrande conundrum våra solsystem har kastat på oss. Så för att få bollen att rulla börjar jag i mitten med solen. (Inget av följande kan förklaras av mörk materia, om du undrar ... det kan faktiskt, men bara lite…)
10. Solpolstemperaturöverensstämmelse
Varför är solens sydpol svalare än nordpolen? I 17 år har solsonden Ulysses gett oss en enastående utsikt över solen. Efter att ha lanserats på rymdfärjan Discovery redan 1990, tog den oförskämda utforskaren en oortodoks resa genom solsystemet. Med hjälp av Jupiter för en gravitationell slingshot kastades Ulysses ut från ekliptikplanet så att det kunde passera över solen i en polär bana (rymdskepp och planeterna går normalt runt solens ekvatorn). Det är här sonden färdades i nästan två decennier, med enastående in situ observationer av solvinden och avslöjar den verkliga naturen av vad som händer vid polarnas stjärna. Tyvärr dör Ulysses från ålderdom och uppdraget slutade effektivt den 1 juli (även om viss kommunikation med hantverket kvarstår).
Att observera oskärrade regioner i solen kan dock skapa förbryllande resultat. Ett sådant mysteriumresultat är att Sydpolen av solen är svalare än Nordpolen med 80 000 Kelvin. Forskare är förvirrade av denna skillnad eftersom effekten verkar vara oberoende av solens magnetiska polaritet (som vänder magnetiskt norrut till magnetiskt söder varje 11-år). Ulysses kunde mäta soltemperaturen genom att ta prov på jonerna i solvinden på ett avstånd av 300 miljoner km över Nord- och Sydpolen. Genom att mäta förhållandet mellan syrejoner (O6+/O7+), kunde plasmaförhållandena vid basen av koronalt hål mätas.
Detta är fortfarande en öppen fråga och den enda förklaringen som solfysiker för närvarande kan komma med är möjligheten att solstrukturen i de polära regionerna skiljer sig åt på något sätt. Det är synd att Ulysses bitar i dammet, vi kunde göra med en polär kretslopp för att ta fler resultat (se Ulysses Rymdskepp Döda av naturliga orsaker).
9. Mars Mysteries
Varför är marshalven så radikalt annorlunda? Detta är ett mysterium som hade frustrerat forskare i åratal. Den norra halvklotet på Mars är huvudsakligen föga lågländer, medan den södra halvklotet är fylld med bergskedjor, vilket skapar stora högländer. Mycket tidigt i studien av Mars kastades teorin om att planeten hade drabbats av något mycket stort (därmed skapandet av de vidsträckta lågländerna, eller ett enormt slagbassäng). Detta berodde främst på att låglandet inte innehöll geografin för en slagkrater. Till att börja med finns det ingen krater "fälg." Dessutom är slagzonen inte cirkulär. Allt detta pekade på någon annan förklaring. Men örnögda forskare vid Caltech har nyligen granskat impactor-teorin och beräknat att en enorm sten mellan 1 600 och 2 700 km i diameter kan skapa låglanden på den norra halvklotet (se Två ansikten på Mars förklarade).
Bonusmysterium: Finns Mars-förbannelsen? Enligt många utställningar, webbplatser och böcker finns det något (nästan paranormalt) ute i rymden som äter (eller manipulerar med) våra robotundersökare från Mars. Om du tittar på statistiken skulle du bli förlåten för att bli lite chockad: Nästan två tredjedelar av alla Mars-uppdrag har misslyckats. Ryska Mars-bundna raketer har sprängt, USA: s satelliter har dött i mitten av flygningen, brittiska landare har markerat den röda planetens landskap; inget Mars-uppdrag är immun mot "Mars-triangeln." Så finns det en "Galactic Ghoul" där ute som bråkar med våra "bots"? Även om detta kan vara attraktivt för några av oss vidskepliga människor, förlorade den stora majoriteten av rymdskepp på grund av Mars-förbannelsen beror främst på stora förluster under de banbrytande uppdragen till Mars. Den senaste förlustfrekvensen är jämförbar med de förluster som uppstått vid utforskning av andra planeter i solsystemet. Även om tur kan ha en liten roll att spela, är detta mysterium mer en vidskepelse än något mätbart (se "Mars förbannelse": Varför har så många uppdrag misslyckats?).
8. Tunguska-evenemanget
Vad orsakade Tunguska-påverkan? Glöm Fox Mulder som snubblar genom de ryska skogarna, detta är inte en X-Files-avsnitt. 1908 kastade solsystemet något på oss ... men vi vet inte vad. Detta har varit ett bestående mysterium ända sedan ögonvittnen beskrev en ljus blixt (som kunde ses hundratals mil bort) över floden Podkamennaya Tunguska i Ryssland. Vid utredningen hade ett enormt område decimierats; cirka 80 miljoner träd hade avverkats som tändstickor och över 2000 kvadratkilometer hade plattats ut. Men det fanns ingen krater. Vad hade fallit från himlen?
Detta mysterium är fortfarande ett öppet fall, även om forskare fastnar sina satsningar på någon form av "luftbur" när en komet eller meteorit kom in i atmosfären och exploderade över marken. En ny kosmisk kriminalteknisk studie återgick stegen i ett eventuellt asteroidefragment i hopp om att hitta sitt ursprung och kanske till och med hitta föräldrarsteroiden. De har sina misstänkta, men det spännande är att det finns nästan ingen meteoritbevis runt påverkningsplatsen. Hittills verkar det inte vara mycket förklaring till det, men jag tror inte att Mulder och Scully behöver vara inblandade (se Tunguska Meteoroid's Cousins hittades?).
7. Uranus 'Tilt
Varför roterar Uranus på sin sida? Konstig planet är Uranus. Medan alla andra planeter i solsystemet mer eller mindre har sin rotationsaxel som pekar "upp" från ekliptikplanet, ligger Uranus på sin sida med en axiell lutning på 98 grader. Detta betyder att under mycket långa perioder (42 år i taget) pekar antingen Nord- eller Sydpolen direkt mot Solen. Majoriteten av planeterna har en "prograd" -rotation; alla planeter roterar moturs när de ses ovanifrån solsystemet (dvs över jordens nordpol). Men Venus gör precis motsatsen, den har en retrograd rotation, vilket leder till teorin om att den sparkades från axeln tidigt i sin utveckling på grund av en stor påverkan. Så hände detta också med Uranus? Har den drabbats av en massiv kropp?
Vissa forskare tror att Uranus var offer för en kosmisk hit-and-run, men andra tror att det kan finnas ett mer elegant sätt att beskriva gasgigantens konstiga konfiguration. Tidigt i solsystemets utveckling har astrofysiker genomfört simuleringar som visar Jupiters omloppskonfiguration och Saturnus kan ha korsat en 1: 2-resonans. Under denna period av planetär upprörelse överförde det kombinerade gravitationspåverkan från Jupiter och Saturn orbital momentum till den mindre gasjätten Uranus och slog den utanför axeln. Mer forskning måste göras för att se om det var mer troligt att en jordstorlek påverkade Uranus eller om Jupiter och Saturnus har skylden.
6. Titans atmosfär
Varför har Titan en atmosfär? Titan, en av Saturnes månar, är endast månen i solsystemet med en betydande atmosfär. Det är den näst största månen i solsystemet (näst bara till Jupiters måne Ganymede) och cirka 80% mer massiv än Jordens måne. Även om den är liten jämfört med marknormer, är den mer jordliknande än vi ger den kredit för. Mars och Venus citeras ofta som jordens syskon, men deras atmosfärer är 100 gånger tunnare respektive 100 gånger tjockare. Titans atmosfär är å andra sidan bara en och en halv gånger tjockare än jordens, plus att den huvudsakligen består av kväve. Kväve dominerar jordens atmosfär (med 80% sammansättning) och det dominerar Titans atmosfär (med 95% sammansättning). Men var kom allt detta kväve ifrån? Liksom på jorden är det ett mysterium.
Titan är en så intressant måne och blir snabbt det främsta målet att söka efter liv. Inte bara har den en tjock atmosfär, dess yta är full av kolväten som tros vara myldrande av "toliner" eller prebiotiska kemikalier. Lägg till detta den elektriska aktiviteten i Titan-atmosfären och vi har en otrolig måne med en enorm potential för liv att utvecklas. Men om var atmosfären kom från ... vi vet bara inte.
5. Solkransvärme
Varför är solatmosfären varmare än solytan? Nu är det en fråga som har rymt solfysiker i över ett halvt sekel. Tidiga spektroskopiska observationer av solkorona visade något förvirrande: Solens atmosfär är varmare än fotosfären. Faktum är att det är så varmt att det kan jämföras med temperaturerna som finns i solens kärna. Men hur kan det hända? Om du slår på en glödlampa kommer luften som omger glödlampan inte att vara varmare än själva glaset. när du kommer närmare en värmekälla, blir den varmare, inte svalare. Men det är exakt vad solen gör, solfosfären har en temperatur på cirka 6000 Kelvin medan plasman bara några tusen kilometer över fotosfären är över 1 miljon Kelvin. Som du kan se verkar alla typer av fysiklagar vara kränkta.
Dock slutar solfysikerna gradvis in på vad som kan orsaka denna mystiska koronuppvärmning. När observationstekniker förbättras och teoretiska modeller blir mer sofistikerade kan solatmosfären studeras mer djupgående än någonsin tidigare. Det tros nu att den koronala uppvärmningsmekanismen kan vara en kombination av magnetiska effekter i solatmosfären. Det finns två främsta kandidater för koronauppvärmning: nanoflares och vågvärme. Jag för en har alltid varit en stor förespråkare för våguppvärmningsteorier (en stor del av min forskning ägnades åt att simulera magnetohydrodynamiska våginteraktioner längs koronala slingor), men det finns starka bevis på att nanoflarer påverkar koronalvärme också, eventuellt arbetar i tandem med våg uppvärmning.
Även om vi är ganska säkra på att våguppvärmning och / eller nanoflar kan vara ansvariga, tills vi kan sätta in en sond djupt i solcorona (som för närvarande planeras med Solar Probe-uppdraget), in situ mätningar av den koronala miljön, vi vet inte säkert Vad värmer korona (se Varma koronala öglor kan hålla nyckeln till varm solatmosfär).
4. Comet Dust
Hur verkade damm som bildades vid intensiva temperaturer i frysta kometer? Kometer är de isiga, dammiga nomaderna i solsystemet. Tänkt att ha utvecklats i yttersta rymden, i Kuiper Belt (runt Plutobanan) eller i en mystisk region som kallas Oort-molnet, blir dessa kroppar ibland bankade och faller under solens svaga gravitationskraft. När de faller mot det inre solsystemet kommer solens värme att få isen att förångas, vilket skapar en komitär svans som kallas koma. Många kometer faller rakt in i solen, men andra är mer lyckliga och fullbordar en kort period (om de har sitt ursprung i Kuiper Belt) eller en lång period (om de har sitt ursprung i Oort Cloud) omloppsbana.
Men något konstigt har hittats i dammet som samlats in av NASA: s Stardust-uppdrag 2004 till Comet Wild-2. Dammkorn från denna frysta kropp tycktes ha bildats vid höga temperaturer. Kometen Wild-2 tros ha sitt ursprung i och utvecklats i Kuiper Belt, så hur kunde dessa små prover bildas i en miljö med en temperatur över 1000 Kelvin?
Solsystemet utvecklades från en nebula för cirka 4,6 miljarder år sedan och bildade en stor ackretionsskiva när den kyldes. Proverna som samlats in från Wild-2 kunde bara ha bildats i det centrala området på tillskottet skiva, nära den unga solen, och något transporterat dem in i solsystemets långa räckvidd och slutligen hamnade i Kuiper Belt. Men vilken mekanism kan göra detta? Vi är inte så säker (se Comet Dust är mycket lik asteroider).
3. Kuiper Cliff
Varför slutar Kuiper Belt plötsligt? Kuiper Belt är en enorm region i solsystemet som bildar en ring runt solen strax utanför Neptunus bana. Det är ungefär som asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, Kuiper Belt innehåller miljoner små steniga och metalliska kroppar, men det är 200 gånger mer massivt. Den innehåller också en stor mängd vatten-, metan- och ammoniak-is, beståndsdelarna i kometära kärnor härifrån (se # 4 ovan). Kuiper-bältet är också känt för sin dvärgplanetens invånare, Pluto och (nyligen) kollegan Plutoid ”Makemake”.
Kuiper-bältet är redan ett ganska outforskat område i solsystemet som det är (vi väntar otåligt på NASA: s nya Horizons Pluto-uppdrag att komma dit 2015), men det har redan kastat upp något av ett pussel. Befolkningen i Kuiper Belt Objects (KBOs) sjunker plötsligt på ett avstånd av 50 AU från solen. Detta är ganska konstigt eftersom teoretiska modeller förutspår en öka i antal KBOer utöver denna punkt. Avfallet är så dramatiskt att den här funktionen har kallats "Kuiper Cliff."
Vi har för närvarande ingen förklaring till Kuiper Cliff, men det finns några teorier. En idé är att det verkligen finns många KBO-enheter utöver 50 AU, det är bara att de inte har anslutit sig till att bilda större objekt av någon anledning (och därför inte kan observeras). En annan mer kontroversiell idé är att KBO: er bortom Kuiper Cliff har sopats bort av en planetkropp, eventuellt storleken på Jorden eller Mars. Många astronomer argumenterar mot detta med hänvisning till bristen på observationsbevis för något som är stort kretsande utanför Kuiper Belt. Denna planetteori har emellertid varit mycket användbar för dömarna där ute och tillhandahållit en "bevisning" för förekomsten av Nibiru, eller "Planet X." Om det finns en planet där ute, är det verkligen inte "Inkommande post" och det är det verkligen inte anländer till vår dörr 2012.
Så kort sagt, vi har ingen aning om varför Kuiper Cliff finns ...
2. Pioneer Anomaly
Varför driver Pioneer-sonderna utanför kursen? Nu är detta en förvirrande fråga för astrofysiker, och förmodligen den svåraste frågan att besvara i solsystemets observationer. Pioneer 10 och 11 lanserades redan 1972 och 1973 för att utforska solsystemets yttre räckvidd. På vägen märkte NASA-forskare att båda sonderna upplevde något ganska konstigt; de upplevde en oväntad acceleration av solavdelningen och drev dem utanför kursen. Även om denna avvikelse inte var enorm av astronomiska standarder (386 000 km utanför kursen efter 10 miljarder km resa), var det en avvikelse likadant och astrofysiker förlorar för att förklara vad som händer.
En huvudteori misstänker att olikformig infraröd strålning runt sondens karosseri (från den radioaktiva isotopen av plutonium i dess radioisotop termoelektriska generatorer) kan avge fotoner föredraget på ena sidan, vilket ger ett litet tryck mot solen. Andra teorier är lite mer exotiska. Kanske behöver Einsteins allmänna relativitet ändras för långa vandringar i djupa rymden? Eller kanske har mörk materia en roll att spela och påverkar Pioneer-rymdskeppet?
Hittills kan endast 30% av avvikelsen fästas på den ojämna värmefördelningsteorin och forskare har förlorat att hitta ett uppenbart svar (se The Pioneer Anomaly: A Deviation from Einstein Gravity?).
1. Oort Cloud
Hur vet vi att Oort Cloud till och med finns? Vad gäller solsystemets mysterier är Pioneer-anomalin en tuff handling att följa, men Oort-molnet (enligt min mening) är det största mysteriet av alla. Varför? Vi har aldrig sett det, det är en hypotetisk rymdregion.
Åtminstone med Kuiper Belt kan vi observera de stora KBO: erna och vi vet var det är, men Oort Cloud är för långt borta (om det verkligen finns där ute). För det första förutsägs Oort Cloud att vara över 50 000 AU från solen (det är nästan ett ljusår bort), vilket gör det till cirka 25% av vägen mot vår närmaste stjärngranne, Proxima Centauri. Oort Cloud är därför mycket långt borta. De yttre delarna av Oort Cloud är i stort sett kanten av solsystemet, och på detta avstånd är miljarder Oort Cloud-objekt mycket löst gravitationsbundet till solen. De kan därför påverkas dramatiskt av passagen av andra stjärnor i närheten. Man tror att Oort Cloud-störningar kan leda till att isiga kroppar faller inåt med jämna mellanrum och skapar kometer med lång tid (som Halleys komet).
I själva verket är detta det enda skälet till att astronomer tror att Oort Cloud finns, det är källan till långvariga isiga kometer som har mycket excentriska banor som härrör från regioner från det ekliptiska planet. Detta antyder också att molnet omger solsystemet och inte är begränsat till ett bälte runt ekliptiken.
Så, Oort Cloud verkar vara ute, men vi kan inte direkt observera det. I mina böcker är det det största mysteriet i det yttersta området i vårt solsystem ...
