¿Qué tienen en común las estrellas fugaces y la seguridad de los astronautas?

Ambos provienen de los fragmentos de roca submicroscópicos que se encuentran en todo el sistema solar, a veces llamado polvo interplanetario.

Cuando estas partículas chocan con la atmósfera de la Tierra, crean meteoritos, mejor conocido como estrellas fugaces, a medida que los fragmentos (generalmente) microscópicos se vaporizan y dejan rastros llameantes en el aire. Cuando chocan con los astronautas, pueden perforar agujeros en trajes espaciales, o algo peor. Comprender las fuentes y los patrones de este polvo interplanetario es, por lo tanto, muy importante para la NASA. como planea misiones a la luna, Marte y más allá.

Durante sus revoluciones alrededor del sol, la nave espacial Parker Solar Probe, la misión acercándose más al sol que cualquier otra cosa en la historia de los viajes espaciales, es bombardeado por estas partículas de polvo. Al estrellarse contra la nave espacial, los diminutos granos, algunos tan pequeños como una diezmilésima de milímetro de diámetro, se vaporizan y liberan una nube de partículas cargadas eléctricamente que pueden ser detectadas por FIELDS, un conjunto de instrumentos diseñados para detectar campos eléctricos y magnéticos.

Un par de artículos publicados esta semana en La Revista de Ciencias Planetarias utilice los datos de FIELDS para observar de cerca la "nube zodiacal, "el término colectivo para estas pequeñas partículas.

"Cada sistema solar tiene una nube zodiacal, y podemos explorar el nuestro y comprender cómo funciona, "dijo Jamey Szalay, investigador asociado en ciencias astrofísicas en Princeton que es el autor principal de uno de los artículos. "Comprender la evolución y la dinámica de nuestra nube zodiacal nos permitirá comprender mejor cada observación zodiacal que hemos visto alrededor de cualquier otro sistema solar".

La nube zodiacal dispersa la luz solar de una manera que se puede ver a simple vista. pero solo en muy oscuro, noches claras, ya que la luz de la luna o la luz de las ciudades la eclipsan fácilmente. Más grueso cerca del sol y más delgado cerca de los bordes del sistema solar, la nube zodiacal parece suave a simple vista, pero las longitudes de onda infrarrojas revelan rayas y cintas brillantes que se remontan a sus fuentes:cometas y asteroides.

Con datos de las primeras seis órbitas de Parker, junto con el modelado por computadora del movimiento de las partículas en el sistema solar interior, Szalay y sus colegas desenredaron esas rayas y cintas para revelar dos poblaciones diferentes de polvo en la nube zodiacal:los diminutos granos que giran en espiral lentamente hacia el sol durante miles o millones de años, conocidos como alfa-meteoroides; y luego, a medida que la nube arremolinada se vuelve más densa, los granos más grandes chocan y crean fragmentos cada vez más pequeños conocidos como beta-meteoroides que posteriormente son empujados lejos del sol por la presión de la luz solar.

Sí, luz del sol.

Y no solo empujé un poco, cualquiera. "Cuando un fragmento se vuelve lo suficientemente pequeño, La presión de radiación, la luz solar, es en realidad lo suficientemente fuerte como para expulsarla del sistema solar. "Dijo Szalay.

"La existencia de granos tan diminutos se informó repetidamente a partir de mediciones de polvo de naves espaciales dedicadas en la región entre la Tierra y Marte, pero nunca en el sistema solar interior donde se pensaba que se originaban estas partículas, "dijo Harald Krüger, un experto en polvo zodiacal del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar y coautor del artículo de Szalay. "Por lo tanto, el instrumento FIELDS ofrece una nueva ventana para estudiar estas partículas de polvo impulsadas por la luz solar cerca de su región de origen ".

FIELDS también detectó una corriente estrecha de partículas que parecían ser liberadas de una fuente discreta, formando una delicada estructura en la nube de polvo zodiacal. Para comprender este tercer componente, Szalay se remonta a los orígenes del polvo zodiacal:cometas y asteroides.

Cometas bolas de nieve llenas de polvo que viajan a través de nuestro sistema solar en largos órbitas elípticas, expulsan grandes cantidades de polvo cuando se acercan lo suficiente al sol para comenzar a vaporizar su hielo y hielo seco. Asteroides rocas grandes y pequeñas que orbitan alrededor del sol entre Marte y Júpiter, liberan polvo cuando chocan entre sí. Algunos de estos granos se desprenden en cualquier dirección, pero la mayoría están atrapados en las órbitas de su cuerpo padre, explicó Szalay, lo que significa que en el transcurso de miles de órbitas, la pista de un cometa se parece más a un camino de grava que a un camino vacío con un orbe brillante y un rastro brillante. (Más de millones de órbitas, los granos se esparcirán más allá de su trayectoria orbital, fusionándose con la nube de fondo zodiacal).

Szalay se refiere a estos caminos llenos de polvo como "tubos" de escombros de cometas o asteroides. "Si la Tierra cruza ese tubo en cualquier lugar, tenemos una lluvia de meteoritos, " él dijo.

Teorizó que la sonda solar Parker pudo haber viajado a través de uno de estos. "Tal vez haya un tubo denso que simplemente no podríamos haber observado de otra manera que no sea Parker, literalmente, volando a través de él y recibiendo un chorro de arena". " él dijo.

Pero los tubos más cercanos al camino de Parker no parecían tener suficiente material para causar el pico de datos. Entonces Szalay propuso otra teoría. Quizás uno de estos tubos de meteoroides, probablemente las Gemínidas, que cada diciembre causa una de las lluvias de meteoros más intensas de la Tierra, chocaba a altas velocidades contra la propia nube zodiacal interna. Los impactos entre el tubo y el polvo zodiacal podrían producir grandes cantidades de beta-meteoroides que no se disparan en direcciones aleatorias. pero se enfocan en un conjunto estrecho de caminos.

"Hemos denominado a esto una 'transmisión beta, 'que es una nueva contribución al campo, ", Dijo Szalay." Se espera que estas corrientes beta sean un proceso físico fundamental en todos los discos planetarios circunestelares ".

"Uno de los aspectos importantes de este artículo es el hecho de que Parker Solar Probe es la primera nave espacial que llega tan cerca del Sol que penetra en las regiones donde las colisiones mutuas de partículas son las más frecuentes. "dijo Petr Pokorný, un modelador de nubes zodiacales con la NASA y la Universidad Católica de América, quien fue coautor del artículo de Szalay. "Las colisiones mutuas de partículas son importantes no solo en nuestro sistema solar, pero en todos los sistemas exosolares. Este artículo le brinda a la comunidad de modelos una visión única de este territorio previamente inexplorado ".

"Parker esencialmente experimentó su propia lluvia de meteoritos, "Dijo Szalay." O voló a través de uno de esos tubos de material, o voló a través de una secuencia beta ".

El arroyo también fue visto por Anna Pusack, luego una licenciatura en la Universidad de Colorado-Boulder. "Vi esta forma de cuña en mis datos, y mi consejero, David Malaspina, sugirió que le presentara el trabajo a Jamey, ", dijo." La forma de la cuña parecía indicar un fuerte rocío, o lo que Jamey llamó beta-stream en sus nuevos modelos, de pequeñas partículas que golpean la nave espacial de una manera muy dirigida. Esto fue increible para mi para conectar los datos que había analizado con el trabajo teórico realizado en el otro lado del país. Para un joven científico, realmente provocó todo el entusiasmo y la posibilidad que puede surgir del trabajo colaborativo ".

Pusack es el autor principal del artículo que se publica junto con Szalay's. "Estos documentos realmente van de la mano, ", dijo." Los datos respaldan los modelos, y los modelos ayudan a explicar los datos ".

"Esta es una tremenda contribución a nuestra comprensión de la nube zodiacal, el entorno de polvo cercano al sol de manera más amplia, y los riesgos de polvo para la misión Parker Solar Probe de la NASA, "dijo David McComas, profesor de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton y vicepresidente del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, quién es el investigador principal de ISʘIS, otro instrumento a bordo Parker Solar Probe, y para la próxima misión de sonda de aceleración y cartografía interestelar (IMAP).