Wszyscy w pewnym momencie zastanawialiśmy się, jakie tajemnice kryje nasz Układ Słoneczny. W końcu osiem planet (plus Pluton i wszystkie te inne planety karłowate) krążą wokół bardzo małej objętości heliosfery (objętość przestrzeni zdominowanej przez wpływ Słońca), co dzieje się w pozostałej części objętości, którą nazywamy naszym domem? Kiedy popychamy więcej robotów w przestrzeń kosmiczną, poprawiamy nasze zdolności obserwacyjne i zaczynamy doświadczać przestrzeni dla siebie, coraz więcej dowiadujemy się o naturze naszego pochodzenia i ewolucji planet. Ale nawet przy naszej postępującej wiedzy bylibyśmy naiwni, sądząc, że mamy wszystkie odpowiedzi, więc wiele pozostaje jeszcze do odkrycia. Więc z osobistego punktu widzenia, co uważałbym za największe tajemnice w naszym Układzie Słonecznym? Cóż, powiem ci mój dziesięciu największych faworytów bardziej kłopotliwych zagadek, które rzucił na nas nasz Układ Słoneczny. Aby więc przetoczyć piłkę, zacznę od środka, ze Słońcem. (Żadnej z poniższych kwestii nie można wytłumaczyć ciemną materią, na wypadek gdybyś się zastanawiał… tak naprawdę może, ale tylko trochę…)
10. Niedopasowanie temperatury bieguna słonecznego
Dlaczego biegun południowy Słońca jest chłodniejszy niż biegun północny? Przez 17 lat sonda słoneczna Ulysses dawała nam niespotykany dotąd widok na Słońce. Po uruchomieniu w Space Shuttle Discovery w 1990 roku nieustraszony odkrywca odbył niekonwencjonalną podróż przez Układ Słoneczny. Za pomocą Jowisza do grawitacyjnej procy Ulisses został wyrzucony z płaszczyzny ekliptyki, aby mógł przejść nad Słońce na orbicie polarnej (statek kosmiczny i planety zwykle krążą wokół równika Słońca). To tam sonda podróżowała przez prawie dwie dekady, biorąc bezprecedensowo in-situ obserwacje wiatru słonecznego i ujawnienie prawdziwej natury tego, co dzieje się na biegunach naszej gwiazdy. Niestety, Ulisses umiera ze starości, a misja skutecznie zakończyła się 1 lipca (choć nadal istnieje pewna komunikacja z jednostką).
Jednak obserwowanie niezbadanych obszarów Słońca może być zaskakujące. Jednym z takich tajemniczych rezultatów jest to, że Biegun Południowy Słońca jest chłodniejszy niż Biegun Północny o 80 000 Kelwinów. Naukowcy są zdezorientowani tą rozbieżnością, ponieważ wydaje się, że efekt jest niezależny od polarności magnetycznej Słońca (która zmienia magnetyczną północ na południe magnetyczne co 11 lat). Ulisses był w stanie zmierzyć temperaturę Słońca, pobierając próbki jonów z wiatru słonecznego w odległości 300 milionów km nad biegunem północnym i południowym. Przez pomiar stosunku jonów tlenu (O6+/ O7+), warunki plazmy u podstawy otworu koronalnego można zmierzyć.
Pozostaje to otwarte pytanie, a jedynym wyjaśnieniem, jakie fizycy słoneczni mogą obecnie wymyślić, jest możliwość, że struktura słoneczna w regionach polarnych różni się w pewien sposób. Szkoda, że Ulisses ugryzł kurz, moglibyśmy zrobić z orbitą polarną, aby uzyskać więcej wyników (patrz Statek kosmiczny Ulyssesa umiera z przyczyn naturalnych).
9. Tajemnice Marsa
Dlaczego półkule marsjańskie są tak radykalnie różne? To jedna tajemnica, która frustrowała naukowców od lat. Półkula północna Marsa to głównie pozbawione cech nizinnych, podczas gdy półkula południowa jest wypełniona pasmami górskimi, tworząc rozległe wyżyny. Bardzo wcześnie w badaniach Marsa wyrzucono teorię, że na planetę uderzyło coś bardzo dużego (tworząc w ten sposób rozległe niziny lub ogromny basen uderzeniowy). Stało się tak przede wszystkim dlatego, że niziny nie miały położenia geograficznego krateru uderzeniowego. Na początek nie ma „krateru” krateru. Ponadto strefa uderzenia nie jest okrągła. Wszystko to wskazywało na inne wyjaśnienie. Ale badacze z orłem w Caltech ostatnio zmienili teorię impaktora i obliczyli, że ogromna skała ma średnicę od 1600 do 2700 km mogą stwórz niziny półkuli północnej (patrz Dwie twarze Marsa wyjaśnione).
Tajemnica bonusów: Czy istnieje Mars Curse? Według wielu programów, stron internetowych i książek w kosmosie jest coś (prawie zjawisko paranormalne), które zjada (lub manipuluje) naszymi automatycznymi odkrywcami Marsa. Jeśli spojrzysz na statystyki, zostaniesz wybaczony za to, że jesteś trochę zszokowany: prawie dwie trzecie wszystkich misji Marsa zakończyło się niepowodzeniem. Rosyjskie rakiety na Marsie wysadziły w powietrze, amerykańskie satelity zginęły w trakcie lotu, brytyjskie lądowniki oznaczyły krajobraz Czerwonej Planety dziobem; żadna misja Marsa nie jest odporna na „Trójkąt Marsa”. Więc czy istnieje „Galaktyczny Ghul”, który bałagani naszych „botów”? Chociaż może to być atrakcyjne dla niektórych z nas przesądnych ludzi, ogromna większość statków kosmicznych straciła z powodu Klątwa Marsa wynika głównie z ciężkich strat podczas pionierskich misji na Marsa. Ostatni wskaźnik strat jest porównywalny do strat poniesionych podczas eksploracji innych planet w Układzie Słonecznym. Chociaż szczęście może mieć niewielką rolę do odegrania, ta tajemnica jest bardziej przesądem niż czymkolwiek wymiernym (patrz „Mars Curse”: Dlaczego tak wiele misji się nie powiodło?).
8. Wydarzenie Tunguska
Co spowodowało uderzenie Tunguska? Zapomnij o Foxie Mulderie potykającym się przez rosyjskie lasy. To nie jest odcinek X-Files. W 1908 roku Układ Słoneczny rzucił coś u nas… ale nie wiemy co. Jest to niezmienna tajemnica, odkąd naoczni świadkowie opisali jasny błysk (widoczny setki mil stąd) nad rzeką Podkamennaya Tunguska w Rosji. Podczas dochodzenia zdziesiątkowano ogromny obszar; około 80 milionów drzew zostało ściętych jak zapałki, a ponad 2000 kilometrów kwadratowych zostało spłaszczonych. Ale nie było krateru. Co spadło z nieba?
Ta tajemnica jest wciąż otwartą sprawą, chociaż badacze przypuszczają, że pewna forma „wybuchu powietrza” pojawi się, gdy kometa lub meteoryt wejdą do atmosfery, eksplodując nad ziemią. Niedawne kosmiczne badania kryminalistyczne odtworzyły kroki możliwego fragmentu asteroidy w nadziei na znalezienie jego źródła, a może nawet znalezienie macierzystej asteroidy. Mają swoich podejrzanych, ale intrygujące jest to, że wokół miejsca uderzenia nie ma prawie żadnych dowodów meteorytów. Jak dotąd wydaje się, że nie ma na to wiele wyjaśnień, ale nie sądzę, aby Mulder i Scully musieli się w to angażować (patrz Znaleziono kuzynów meteorytów Tunguska?).
7. Tilt Urana
Dlaczego Uran obraca się na boku? Dziwną planetą jest Uran. Podczas gdy wszystkie inne planety w Układzie Słonecznym mają mniej więcej swoją oś obrotu skierowaną „w górę” od płaszczyzny ekliptyki, Uran leży na boku z osiowym nachyleniem 98 stopni. Oznacza to, że przez bardzo długie okresy (42 lata naraz) biegun północny lub południowy wskazuje bezpośrednio na Słońce. Większość planet ma rotację „postępową”; wszystkie planety obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, patrząc z góry od Układu Słonecznego (tj. powyżej Bieguna Północnego Ziemi). Jednak Wenus robi dokładnie odwrotnie, ma obrót wsteczny, co prowadzi do teorii, że została wyrzucona poza oś na początku swojej ewolucji z powodu dużego uderzenia. Czy to też stało się z Uranem? Czy zostało uderzone przez masywne ciało?
Niektórzy naukowcy uważają, że Uran był ofiarą kosmicznego uderzenia i ucieczki, ale inni uważają, że może być bardziej elegancki sposób opisania dziwnej konfiguracji giganta gazowego. Na początku ewolucji Układu Słonecznego astrofizycy przeprowadzili symulacje, które pokazują, że orbitalna konfiguracja Jowisza i Saturna mogła przekroczyć orbitalny rezonans 1: 2. W tym okresie planetarnego wstrząsu połączony wpływ grawitacyjny Jowisza i Saturna przeniósł pęd orbitalny na mniejszego gazowego giganta Urana, wytrącając go z osi. Trzeba przeprowadzić więcej badań, aby sprawdzić, czy bardziej prawdopodobne jest, że skała o rozmiarach Ziemi wpłynęła na Urana, czy też winni są Jowisz i Saturn.
6. Atmosfera Tytana
Dlaczego Titan ma atmosferę? Tytan, jeden z księżyców Saturna, jest tylko księżyc w Układzie Słonecznym ze znaczącą atmosferą. Jest drugim co do wielkości księżycem w Układzie Słonecznym (drugim po księżycu Jowisza Ganymede) i około 80% masywniejszym niż Księżyc Ziemi. Choć niewielki w porównaniu ze standardami naziemnymi, jest bardziej podobny do Ziemi, niż nam się wydaje. Mars i Wenus są często cytowane jako rodzeństwo Ziemi, ale ich atmosfera jest odpowiednio 100 razy cieńsza i 100 razy grubsza. Z drugiej strony atmosfera Tytana jest tylko półtora raza grubsza niż na Ziemi, a ponadto składa się głównie z azotu. Azot dominuje w atmosferze ziemskiej (w składzie 80%) i dominuje w atmosferze Tytanów (w składzie 95%). Ale skąd się wziął ten cały azot? Podobnie jak na Ziemi, jest to tajemnica.
Tytan jest tak interesującym księżycem i szybko staje się głównym celem poszukiwań życia. Nie tylko ma gęstą atmosferę, ale na jej powierzchni jest pełno węglowodorów, o których uważa się, że są pełne „tholin” lub prebiotycznych substancji chemicznych. Dodajmy do tego aktywność elektryczną w atmosferze Tytana, a my mamy niesamowity księżyc z ogromnym potencjałem ewolucji życia. Ale skąd pochodzi jego atmosfera… po prostu nie wiemy.
5. Słoneczne ogrzewanie koronowe
Dlaczego atmosfera słoneczna jest cieplejsza niż powierzchnia słoneczna? To pytanie zadało fizykom Słońca od ponad pół wieku. Wczesne obserwacje spektroskopowe korony słonecznej ujawniły coś niepokojącego: jest atmosfera Słońca cieplejsze niż fotosfera. W rzeczywistości jest tak gorąco, że można go porównać do temperatur panujących w jądrze Słońca. Ale jak to się może stać? Jeśli włączysz żarówkę, powietrze otaczające szklaną żarówkę nie będzie gorętsze niż sama szyba; gdy zbliżasz się do źródła ciepła, robi się cieplej, a nie chłodniej. Ale dokładnie to robi Słońce: fotosfera słoneczna ma temperaturę około 6000 kelwinów, podczas gdy plazma zaledwie kilka tysięcy kilometrów nad fotosferą się skończyła 1 milion Kelvinów. Jak widać, wszelkiego rodzaju prawa fizyki wydają się być naruszane.
Jednak fizycy słoneczni stopniowo zbliżają się do tego, co może powodować to tajemnicze nagrzewanie koronowe. W miarę udoskonalania technik obserwacyjnych i wyrafinowania modeli teoretycznych atmosferę słoneczną można badać bardziej dogłębnie niż kiedykolwiek wcześniej. Obecnie uważa się, że koronalny mechanizm grzewczy może być kombinacją efektów magnetycznych w atmosferze słonecznej. Istnieją dwa główne kandydatury do ogrzewania koronowego: nanopary i ogrzewanie falowe. Po pierwsze zawsze byłem wielkim zwolennikiem teorii podgrzewania fal (duża część moich badań poświęcona była symulacji interakcji fal magnetohydrodynamicznych wzdłuż pętli koronalnych), ale istnieją mocne dowody na to, że nanoflary również wpływają na ogrzewanie koronowe, prawdopodobnie pracując w parze z falą ogrzewanie.
Chociaż jesteśmy całkiem pewni, że grzanie falami i / lub nanopary mogą być odpowiedzialne, dopóki nie możemy włożyć sondy głęboko w koronę słoneczną (która jest obecnie planowana w ramach misji sondy słonecznej), biorąc in-situ pomiary środowiska koronalnego, nie będziemy tego pewni co ogrzewa koronę (patrz Ciepłe pętle koronalne mogą być kluczem do gorącej atmosfery słonecznej).
4. Pył komety
Jak w zamrożonych kometach pojawił się pył powstały w intensywnych temperaturach? Komety są lodowatymi, zakurzonymi nomadami Układu Słonecznego. Myśli, że ewoluowały w najbardziej oddalonych obszarach kosmosu, w Pasie Kuipera (wokół orbity Plutona) lub w tajemniczym regionie zwanym Obłokiem Oorta, ciała te czasami uderzają i padają pod słabym przyciąganiem grawitacyjnym Słońca. Gdy spadną w kierunku wewnętrznego Układu Słonecznego, ciepło Słońca spowoduje odparowanie lodu, tworząc kometarny ogon zwany śpiączką. Wiele komet wpada prosto w Słońce, ale inne mają więcej szczęścia, wykonując krótki okres (jeśli pochodzą z Pasa Kuipera) lub długi okres (jeśli pochodzą z Obłoku Oorta) na orbicie Słońca.
Ale w kurzu zebranym podczas misji NASA Stardust 2004 w komecie Wild-2 znaleziono coś dziwnego. Wydaje się, że ziarna pyłu z tego zamrożonego ciała powstały w wysokich temperaturach. Uważa się, że kometa Wild-2 powstała i ewoluowała w Pasie Kuipera, więc w jaki sposób te małe próbki można formować w środowisku o temperaturze ponad 1000 kelwinów?
Układ Słoneczny ewoluował z mgławicy około 4,6 miliarda lat temu i tworzył duży dysk akrecyjny podczas schładzania. Próbki zebrane z Wild-2 mogły powstać tylko w centralnym obszarze dysku akrecyjnego, w pobliżu młodego Słońca, i coś przetransportowało je w dalekie rejony Układu Słonecznego, ostatecznie ostatecznie trafiając w Pas Kuipera. Ale jaki mechanizm może to zrobić? Nie jesteśmy zbyt pewni (patrz Pył komety jest bardzo podobny do asteroid).
3. Klif Kuipera
Dlaczego Pas Kuipera nagle się kończy? Pas Kuipera to ogromny obszar Układu Słonecznego, który tworzy pierścień wokół Słońca tuż za orbitą Neptuna. Przypomina pas asteroid między Marsem a Jowiszem, Pas Kuipera zawiera miliony małych skalistych i metalowych ciał, ale jest 200 razy masywniejszy. Zawiera również dużą ilość wody, metanu i amoniaku, składników pochodzących z niej jąder kometarnych (patrz # 4 powyżej). Pas Kuipera jest również znany z okupacji planety karłowatej, Plutona i (ostatnio) członka Plutoidu „Makemake”.
Pas Kuipera jest już dość niezbadanym obszarem Układu Słonecznego (niecierpliwie czekamy na misję NASA New Horizons Pluto w 2015 roku), ale już rzucił coś w rodzaju układanki. Populacja obiektów Pasa Kuipera (KBO) nagle spada w odległości 50 AU od Słońca. Jest to dość dziwne, ponieważ modele teoretyczne przewidują zwiększać w liczbie KBO poza tym punktem. Rezygnacja jest tak dramatyczna, że ta funkcja została nazwana „Kuiper Cliff”.
Obecnie nie mamy wyjaśnienia na temat Klifu Kuipera, ale istnieją pewne teorie. Jednym z pomysłów jest to, że w rzeczywistości istnieje wiele KBO powyżej 50 jednostek AU, po prostu nie akreują się, aby tworzyć większe obiekty z jakiegoś powodu (i dlatego nie można ich zaobserwować). Innym bardziej kontrowersyjnym pomysłem jest to, że KBO poza Klifem Kuipera zostały zmiecione przez ciało planetarne, być może wielkości Ziemi lub Marsa. Wielu astronomów sprzeciwia się temu, powołując się na brak dowodów obserwacyjnych na coś, co tak duże orbituje poza Pasem Kuipera. Ta teoria planetarna była jednak bardzo przydatna dla osób, które tam zaginęły, zapewniając słabe „dowody” na istnienie Nibiru lub „Planety X”. Jeśli jest tam planeta, to na pewno tak jest nie „Poczta przychodząca” i na pewno tak jest nie przybywających do nas w 2012 roku.
Krótko mówiąc, nie mamy pojęcia, dlaczego Klif Kuiper istnieje…
2. Anomalia pionierska
Dlaczego sondy Pioneer zbaczają z kursu? Jest to kłopotliwy problem dla astrofizyków i prawdopodobnie najtrudniejsze pytanie, na które należy odpowiedzieć w obserwacjach Układu Słonecznego. Pioneer 10 i 11 zostały wypuszczone w 1972 i 1973 roku w celu zbadania zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego. Po drodze naukowcy z NASA zauważyli, że obie sondy doświadczają czegoś raczej dziwnego; doświadczali nieoczekiwanego przyspieszenia pod osłoną Słońca, co zepchnęło ich z kursu. Chociaż to odchylenie nie było ogromne jak na standardy astronomiczne (386 000 km zejścia z kursu po 10 miliardach kilometrów podróży), było to jednak odchylenie, a astrofizycy nie potrafią wyjaśnić, co się dzieje.
Jedna główna teoria podejrzewa, że nierównomierne promieniowanie podczerwone wokół korpusu sond (z radioaktywnego izotopu plutonu w jego generatorach termoelektrycznych radioizotopów) może emitować fotony preferencyjnie z jednej strony, powodując niewielki nacisk w kierunku Słońca. Inne teorie są nieco bardziej egzotyczne. Być może ogólna teoria względności Einsteina wymaga modyfikacji na długie wędrówki w kosmos? A może ciemna materia ma do odegrania pewną rolę, spowalniając statek kosmiczny Pioneer?
Jak dotąd tylko 30% odchylenia można przypisać nierównomiernej teorii rozkładu ciepła, a naukowcy nie mogą znaleźć oczywistej odpowiedzi (patrz Pionierska anomalia: odchylenie od grawitacji Einsteina?).
1. Chmura Oorta
Skąd wiemy, że chmura Oort w ogóle istnieje? Jeśli chodzi o tajemnice Układu Słonecznego, anomalia Pionierów jest trudna do naśladowania, ale chmura Oorta (moim zdaniem) jest największą ze wszystkich tajemnic. Dlaczego? Nigdy tego nie widzieliśmy, jest to hipotetyczny region przestrzeni.
Przynajmniej dzięki Pasowi Kuipera możemy obserwować duże KBO i wiemy, gdzie to jest, ale Chmura Oorta jest zbyt daleko (jeśli naprawdę tam jest). Po pierwsze, przewiduje się, że Chmura Oorta będzie znajdować się w odległości ponad 50 000 jednostek AU od Słońca (to już blisko rok świetlny), co czyni ją około 25% drogi w kierunku naszego najbliższego gwiezdnego sąsiada, Proxima Centauri. Chmura Oorta jest więc bardzo daleko. Zewnętrzne obszary Obłoku Oorta są w przybliżeniu krawędzią Układu Słonecznego, aw tej odległości miliardy obiektów Obłoku Oorta są bardzo luźno związane grawitacyjnie ze Słońcem. Dlatego mogą one dramatycznie wpłynąć na przejście innych pobliskich gwiazd. Uważa się, że zakłócenie chmury Oorta może prowadzić do okresowego wpadania lodowych ciał do wnętrza, tworząc długie komety (takie jak kometa Halleya).
W rzeczywistości jest to jedyny powód, dla którego astronomowie uważają, że Chmura Oorta istnieje, jest to źródło lodowych komet o długich okresach, które mają wysoce ekscentryczne orbity emanujące regiony poza płaszczyzną ekliptyki. Sugeruje to również, że chmura otacza Układ Słoneczny i nie ogranicza się do pasa wokół ekliptyki.
Wydaje się, że chmura Oorta istnieje, ale nie możemy jej bezpośrednio obserwować. W moich książkach jest to największa tajemnica w najbardziej oddalonym regionie naszego Układu Słonecznego…
