A Nave Espacial no Quintal do Sol Desvenda as Origens da Poeira Interplanetária

O que as estrelas cadentes e também a segurança dos astronautas compartilham?

Ambos vêm de pedaços de rocha submicroscópicos localizados em todo o sistema solar, ocasionalmente chamados de poeira interplanetária.

Quando essas partículas colidem com a atmosfera da Terra, elas desenvolvem meteoros, muito melhor chamados de estrelas cadentes, já que os pedaços (geralmente) minúsculos vaporizam e deixam rastros de chamas através do ar. Quando eles batem em astronautas, eles podem perfurar aberturas antes dos trajes – ou pior. Compreender os recursos e também os padrões dessa poeira interplanetária é, por isso, significativo para a NASA, que se prepara para missões à Lua, a Marte e também ao passado.

Ao longo de suas transformações em torno do sol, a espaçonave Parker Solar Probe, a missão que se aproxima mais do sol do que qualquer coisa no fundo da viagem espacial, é atingida por essas partículas de sujeira. Ao colidir com a espaçonave, os pequenos grãos – alguns tão pequenos quanto dez milésimos de milímetro – vaporizam e lançam uma nuvem de bits eletricamente faturados que podem ser descobertos por FIELDS, uma coleção de instrumentos criados para descobrir magnéticos e campos elétricos.

Dois documentos lançados hoje no Planetary Science Journal usam informações de FIELDS para dar uma olhada de perto na “nuvem zodiacal”, o termo cumulativo para esses pequenos pedaços.

“Cada sistema solar tem uma nuvem zodiacal, e também podemos explorar a nossa e compreender exatamente como ela funciona”, afirmou Jamey Szalay, pesquisador associado em pesquisas científicas astrofísicas em Princeton, autor de um dos artigos. “Compreender o desenvolvimento, bem como a dinâmica de nossa nuvem zodiacal, certamente nos permitirá entender muito melhor todas as observações zodiacais que vimos em qualquer outro sistema solar.”

A nuvem zodiacal espalha a luz do sol de uma forma que pode ser vista a olho nu, porém apenas em noites claras e escuras, pois o luar ou a luz das cidades rapidamente o ofusca. Mais espessa perto do sol e mais fina perto dos lados do sistema solar, a nuvem zodiacal parece suave ao olho nu, mas os comprimentos de onda infravermelhos revelam listras e faixas brilhantes que podem ser rastreadas até suas origens: cometas e asteróides.

Com registros das primeiras seis órbitas de Parker, além da modelagem computacional do movimento das partículas no sistema solar interno, Szalay e seus colegas separaram essas fitas e faixas para revelar algumas populações diferentes de poeira na nuvem zodiacal: os pequenos grãos de sempre – girando lentamente em direção ao sol ao longo de milhares a milhões de anos, conhecido como alfa-meteoróides; e então, conforme a nuvem agitada fica mais densa, os grãos maiores colidem e criam fragmentos cada vez menores, chamados de beta-meteoróides, que são finalmente empurrados para longe do sol pela pressão da luz solar.

Sim, luz do sol.

E não apenas empurrou um pouco. “Quando um fragmento fica pequeno o suficiente, a pressão da radiação – luz solar – é poderosa o suficiente para expulsá-lo do sistema solar”, disse Szalay.

“A presença de tais grãos minúsculos foi continuamente relatada a partir de medições de poeira de espaçonaves especializadas na zona entre a Terra e Marte, mas nunca no sistema solar interno onde se acredita que essas partículas se originaram”, disse Harald Krüger, um especialista em poeira zodiacal com o Max Instituto Planck para Pesquisa do Sistema Solar e co-autor do estudo de Szalay. “Assim, o instrumento FIELDS oferece uma nova janela para estudar essas partículas de poeira movidas pela luz solar perto de sua região original.”

FIELDS também detectou um fino fluxo de partículas que parecia ser liberado de uma fonte discreta, formando uma estrutura frágil na nuvem de poeira zodiacal. Para entender esse terceiro componente, Szalay voltou aos primórdios da poeira zodiacal: asteróides e cometas.

Os cometas, bolas de neve cheias de poeira que percorrem nosso sistema solar em longas órbitas elípticas, ejetam grandes quantidades de poeira quando se aproximam o suficiente do sol para começar a vaporizar seu gelo e gelo seco. Asteróides, rochas pequenas e grandes que orbitam o Sol entre Marte e Júpiter, lançam poeira quando colidem. Uma parte desses grãos é esmagada em qualquer direção. No entanto, muitos estão presos nas órbitas de seu corpo original, explicou Szalay, indicando que ao longo de milhares de órbitas, o caminho de um cometa se torna mais como uma estrada de cascalho do que um caminho claro com uma única orbe brilhante e uma trilha brilhante. (Ao longo de milhões de órbitas, os grãos se espalharão além de sua trilha orbital, misturando-se à nuvem de fundo zodiacal.).

Szalay se refere a esses caminhos cheios de poeira como “tubos” de detritos asteroidais ou cometários. “Se a Terra passar por aquele tubo em qualquer lugar, teremos uma chuva de meteoros”, disse ele.

Ele teorizou que a Parker Solar Probe pode ter passado por um deles. “Talvez haja um tubo grosso que simplesmente não poderíamos ter observado de forma diferente, a não ser por Parker voando e sendo atingido por um jato de areia”, disse ele.

No entanto, os tubos mais próximos da rota de Parker não pareciam ter material suficiente para acionar o pico de dados. Então Szalay ofereceu outra teoria. Talvez um desses tubos meteoróides – provavelmente os Geminídeos, que em dezembro causa uma das chuvas de meteoros mais intensas da Terra – estivesse colidindo em alta velocidade contra a própria nuvem zodiacal interna. Os choques entre o tubo e a poeira zodiacal podem gerar grandes quantidades de beta-meteoróides que não decolam em direções arbitrárias, mas são fixados em um grupo delgado de caminhos.

“Nós apelidamos isso de ‘fluxo beta’, que é uma nova contribuição para a área”, disse Szalay. “Presume-se que esses fluxos beta sejam um processo físico integral em todos os discos planetários circunstelares.”

“Um dos aspectos importantes deste artigo em particular é o fato de que a Parker Solar Probe é a primeira espaçonave que chega tão perto do Sol que entra nas regiões onde as colisões mútuas de partículas são frequentes”, disse Petr Pokorný, modelador de nuvens zodiacal com NASA e a Universidade Católica da América, que foi co-autora do artigo de Szalay. “As colisões mútuas de partículas são cruciais não apenas em nosso sistema solar, mas em todos os sistemas exosolar. Este artigo fornece à comunidade de modelagem uma visão especial deste território anteriormente desconhecido.”

“A Parker essencialmente experimentou sua própria chuva de meteoros”, disse Szalay. “Ou ele voou através de um daqueles tubos de material, ou voou através de um fluxo beta.”

O fluxo também foi detectado por Anna Pusack, que também era estudante de graduação na Universidade do Colorado-Boulder. “Eu vi essa forma semelhante a uma cunha em meus dados, e meu orientador, David Malaspina, sugeriu que eu apresentasse o trabalho a Jamey”, disse ela. “A forma de cunha parecia indicar um spray poderoso, ou o que Jamey chamou de fluxo beta em seus novos modelos, de pequenas partículas atingindo a espaçonave de uma maneira bem direcionada. Foi surpreendente para mim conectar os dados que examinei aos teóricos trabalho realizado em todo o país. Para um jovem cientista, estimulou todo o entusiasmo e possibilidades que podem surgir do trabalho colaborativo. ”.

Pusack é o autor principal do artigo que está sendo publicado coletivamente com a de Szalay. “Esses papéis andam de mãos dadas”, disse ela. “Os dados sustentam os modelos, e os modelos ajudam a esclarecer os dados.”.

“Esta é uma contribuição notável para o nosso conhecimento da nuvem zodiacal, do ambiente de poeira próxima ao sol de forma mais ampla e dos riscos de poeira para a missão Parker Solar Probe da NASA”, disse David McComas, professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton e vice-presidente presidente do Laboratório de Física do Plasma de Princeton, que é o investigador principal do ISʘIS, outro instrumento a bordo da Parker Solar Probe, e da próxima missão Interestelar Mapping and Acceleration Probe (IMAP).

Referências:

“Collisional Evolution of the Inner Zodiacal Cloud” por JR Szalay, P. Pokorný, DM Malaspina, A. Pusack, SD Bale, K. Battams, LC Gasque, K. Goetz, H. Krüger, DJ McComas, NA Schwadron e P Strub, 9 de setembro de 2021,  Planetary Science Journal .
DOI: 10.3847 / PSJ / abf928

“Direcionalidade da poeira e uma população de poeira interplanetária anômala detectada pela Parker Solar Probe” por A. Pusack, DM Malaspina, JR Szalay, SD Bale, K. Goetz, RJ MacDowall e M. Pulupa ,, 9 de setembro de 2021,  Planetary Science Journal .
DOI: 10.3847 / PSJ / ac0bb9

A pesquisa foi apoiada pela NASA (NNN06AA01C, 80NSSC21K0153) e pela European Space Acency (4000106316/12 / NL / AF – IMEX).

O experimento FIELDS na espaçonave Parker Solar Probe foi projetado e desenvolvido sob o contrato NNN06AA01C da NASA.