Результаты должны быть представлены на ежегодном собрании Отделения планетных наук Американского астрономического общества в Национальной гавани, штат Мэриленд, на этой неделе, Апостолос Христу в обсерватории Арма в Северной Ирландии, Розмари Киллен в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелт, Мэриленд, и Мэтью Бургер из Государственного университета Моргана в Балтиморе, работающие в Годдарде.Земляне не новички в воздействии кометной пыли на планету и ее окружающую среду. В ясную безлунную ночь мы становимся свидетелями гибели бесчисленных пылинок, которые сгорают в атмосфере Земли в виде метеоров или «падающих звезд». В определенное время года их количество многократно увеличивается, создавая естественный фейерверк: метеоритный дождь.
Это вызвано тем, что Земля проходит через поток частиц пыли, оставленных некоторыми кометами.Один из самых известных ливней, Августовские Персеиды, происходит от кометы Свифта-Туттля, которую в последний раз видели еще в 1992 году и не вернется во внутреннюю часть Солнечной системы еще столетие. Но Земля — ??не единственная планета Солнечной системы, уносящая таким образом кометную пыль.
В прошлом году комета Сайдинг-Спринг приблизилась к Марсу на расстояние 100 000 миль, загрузив его верхние слои атмосферы несколькими тоннами кометного материала. Последствия были зафиксированы приборами на борту нескольких орбитальных космических кораблей, таких как миссия NASA Mars Atmosphere and Volatile Evolution и Mars Express ЕКА.Такие тела, как Луна и Меркурий, обычно считаются безвоздушными, но мы знаем со времен высадки Аполлона на Луну, что они окружены облаками атомных частиц, которые либо запускаются с поверхности, либо переносятся солнечным ветром. Хотя результаты наблюдений незначительны по сравнению с плотной атмосферой Земли или Марса, данные наблюдений показали, что эти «поверхностные пограничные экзосферы» являются сложными и динамичными объектами, интересными для изучения сами по себе.
Программа НАСА MErcury Surface Space ENvironment, GEochemistry and Ranging (MESSENGER), первый космический аппарат, вышедший на орбиту Меркурия, измеряет, как определенные виды в экзосфере меняются со временем. Анализ данных Бургером и его коллегами обнаружил закономерность в изменении элемента кальция, которая повторяется от одного года Меркурия к другому.
Чтобы провести расследование, Киллен объединился с Джо Ханом из Института космических наук, базирующегося в Остине, штат Техас, чтобы понять, что происходит, когда Меркурий пробивает так называемое зодиакальное облако межпланетной пыли вокруг Солнца, и на его поверхность падает высокоскоростной поток. метеороиды.Исследователи обнаружили, что как наблюдаемое количество кальция, так и характер его изменения можно объяснить с точки зрения материала, сброшенного с поверхности планеты в результате ударов. Но одна особенность в данных не имела смысла: пик эмиссии кальция наблюдается сразу после того, как Меркурий проходит через перигелий — ближайшую точку своей орбиты к Солнцу, — тогда как модель Киллена и Хана предсказывала, что пик должен произойти незадолго до этого. перигелий.
Чего-то все еще не хватало.Это «что-то» прибыло в виде потока кометной пыли.
Обнаруженная в 18 веке комета Энке названа в честь немецкого математика, который первым вычислил ее орбиту. У нее самый короткий период из всех комет, она возвращается в перигелий каждые 3,3 года на расстоянии 31 миллиона миль (почти 50 миллионов километров) от Солнца. Его орбита и орбита любых частиц пыли, сброшенных с нее, достаточно стабильна, поэтому за тысячелетия мог образоваться плотный поток пыли. Киллен и Хан предположили, что пыль Энке, ударяющая по Меркурию, может поднимать больше кальция с поверхности и объяснять то, что видит МЕССЕНДЖЕР.
Однако матч не был идеальным. Во-первых, Энке находится ближе всего к орбите Меркурия примерно на неделю позже, чем пик кальция.
Исследователи предположили, что эволюция потока пыли за тысячи лет каким-то образом сместила поток с нынешней орбиты кометы Энке.Но что было причиной сдвига?
Чтобы выяснить это, Киллен и Бургер объединились с Христу, чтобы смоделировать эволюцию потока Энке в течение нескольких десятков тысяч лет — вероятного срока жизни кометы. Христу нужно было сначала вычислить «лучшее предположение» об орбите кометы за много тысяч лет до того, как ее впервые заметили.
Начиная с этого момента времени, он проследил за облаком смоделированных пылинок, запущенных из ядра кометы, чтобы выяснить, пересекаются ли — и, что более важно, где — их нынешние орбиты, орбиты Меркурия. Он обнаружил, что пыль вместо того, чтобы удаляться от орбиты кометы, просто распространилась по ней, образуя поток, который встречает Меркурий именно тогда, когда это делает комета.Затем он перепроектировал модель, чтобы учесть тонкое взаимодействие между пылинками и солнечным светом, которое называется сопротивлением Пойнтинга-Робертсона. Это создает дополнительную, хотя и крошечную силу на зерна, которая в течение длительного периода времени может привести к значительному изменению орбиты.
В результате орбита потока при моделировании сместилась за орбиту кометы в сторону того места, где наблюдался пик эмиссии кальция. Более того, величина сдвига зависела от размера пылинок — более крупные частицы означают меньшую силу сопротивления — и от того, как давно они были выпущены из кометы. Христу обнаружил, что он может воспроизвести время пика кальция для зерен размером около миллиметра, выброшенных из Энке между 10 000 и 20 000 лет назад. Это согласуется с тем, что мы знаем о кометной пыли: толпы кометных зерен миллиметрового размера проникают в атмосферу Земли каждый день, создавая видимые метеоры.
Это также согласуется с нынешней лучшей оценкой возраста потока, основанной на земных метеорных исследованиях."Обнаружение того, что мы можем изменить местоположение потока в соответствии с наблюдениями MESSENGER, приятно, но тот факт, что изменение согласуется с тем, что мы знаем об Encke и его потоке из независимых источников, дает нам уверенность в том, что причинно-следственная связь реальна, "Кристу объяснил.
Работа создала интересный прецедент важности различных популяций пыли в образовании экзосферы.«Мы уже знали, что удары важны для создания экзосфер», — сказал Киллен. «Чего мы не знали, так это относительной важности кометных потоков над зодиакальной пылью. Очевидно, кометные потоки могут иметь огромное, но периодическое воздействие».Киллен надеется найти следы потока Энке на других экзосферных видах. «Это будет еще одним подтверждением отношений», — добавила она.
Документ с описанием исследования появился в выпуске Geophysical Research Letters от 28 сентября.