Wir haben uns alle irgendwann gefragt, welche Geheimnisse unser Sonnensystem birgt. Immerhin die acht Planeten (plus Pluto und alle diese anderen Zwergplaneten) umkreisen ein sehr kleines Volumen der Heliosphäre (das Raumvolumen, das vom Einfluss der Sonne dominiert wird). Was ist im Rest des Volumens los, das wir unser Zuhause nennen? Wenn wir mehr Roboter in den Weltraum schieben, unsere Beobachtungsfähigkeiten verbessern und beginnen, den Weltraum für uns selbst zu erleben, erfahren wir immer mehr darüber, woher wir kommen und wie sich die Planeten entwickelt haben. Aber selbst mit unserem fortschreitenden Wissen wären wir naiv zu glauben, wir hätten alle Antworten, so viel muss noch aufgedeckt werden. Was würde ich aus persönlicher Sicht als die größten Geheimnisse in unserem Sonnensystem betrachten? Nun, ich werde es dir sagen meine Top-Ten-Favoriten einiger verwirrenderer Rätsel, die unser Sonnensystem auf uns geworfen hat. Um den Ball ins Rollen zu bringen, beginne ich in der Mitte mit der Sonne. (Keine der folgenden Aussagen kann durch dunkle Materie erklärt werden, falls Sie sich fragen ... tatsächlich könnte es sein, aber nur ein wenig…)
10. Fehlanpassung der Sonnenpoltemperatur
Warum ist der Südpol der Sonne kühler als der Nordpol? Seit 17 Jahren bietet uns die Sonnensonde Ulysses einen beispiellosen Blick auf die Sonne. Nachdem der unerschrockene Entdecker bereits 1990 mit Space Shuttle Discovery gestartet worden war, unternahm er eine unorthodoxe Reise durch das Sonnensystem. Ulysses benutzte Jupiter für eine Gravitationsschleuder und wurde aus der Ekliptikebene geschleudert, damit er passieren konnte Über die Sonne in einer polaren Umlaufbahn (Raumschiff und Planeten umkreisen normalerweise den Äquator der Sonne). Hier reiste die Sonde fast zwei Jahrzehnte lang und war beispiellos vor Ort Beobachtungen des Sonnenwinds und Aufdeckung der wahren Natur dessen, was an den Polen unseres Sterns geschieht. Leider stirbt Ulysses an Altersschwäche und die Mission endete effektiv am 1. Juli (obwohl noch eine gewisse Kommunikation mit dem Fahrzeug besteht).
Die Beobachtung unbekannter Regionen der Sonne kann jedoch zu verwirrenden Ergebnissen führen. Ein solches mysteriöses Ergebnis ist, dass der Südpol der Sonne um 80.000 Kelvin kühler ist als der Nordpol. Wissenschaftler sind durch diese Diskrepanz verwirrt, da der Effekt unabhängig von der magnetischen Polarität der Sonne zu sein scheint (die alle 11 Jahre den magnetischen Norden in den magnetischen Süden wechselt). Ulysses konnte die Sonnentemperatur messen, indem er die Ionen im Sonnenwind in einer Entfernung von 300 Millionen km über dem Nord- und Südpol abtastete. Durch Messung des Verhältnisses von Sauerstoffionen (O.6+/Ö7+) konnten die Plasmabedingungen am Boden des koronalen Lochs gemessen werden.
Dies bleibt eine offene Frage, und die einzige Erklärung, die Solarphysiker derzeit finden können, ist die Möglichkeit, dass sich die Sonnenstruktur in den Polarregionen in irgendeiner Weise unterscheidet. Es ist eine Schande, dass Ulysses den Staub gebissen hat. Wir könnten einen polaren Orbiter verwenden, um mehr Ergebnisse zu erzielen (siehe Ulysses Raumschiff stirbt aus natürlichen Gründen).
9. Mars Mysteries
Warum unterscheiden sich die Marshalbkugeln so radikal? Dies ist ein Rätsel, das Wissenschaftler jahrelang frustriert hatte. Die nördliche Hemisphäre des Mars ist vorwiegend ein Tiefland ohne Merkmale, während die südliche Hemisphäre mit Gebirgszügen gefüllt ist, wodurch ein riesiges Hochland entsteht. Sehr früh in der Untersuchung des Mars wurde die Theorie verworfen, dass der Planet von etwas sehr Großem getroffen worden war (wodurch das riesige Tiefland oder ein riesiges Einschlagbecken geschaffen wurde). Dies lag hauptsächlich daran, dass im Tiefland nicht die Geografie eines Einschlagkraters vorhanden war. Zunächst einmal gibt es keinen Kraterrand. Außerdem ist die Aufprallzone nicht kreisförmig. All dies deutete auf eine andere Erklärung hin. Aber Adleraugenforscher von Caltech haben kürzlich die Impaktortheorie überarbeitet und berechnet, dass ein riesiges Gestein einen Durchmesser zwischen 1.600 und 2.700 km hat kann schaffen das Tiefland der nördlichen Hemisphäre (siehe Zwei Gesichter des Mars erklärt).
Bonus-Rätsel: Existiert der Marsfluch? Vielen Shows, Websites und Büchern zufolge gibt es im Weltraum etwas (fast Paranormales), das unsere Roboter-Marsforscher frisst (oder manipuliert). Wenn Sie sich die Statistiken ansehen, wird Ihnen verziehen, dass Sie ein wenig schockiert sind: Fast zwei Drittel aller Mars-Missionen sind gescheitert. Russische Raketen auf dem Mars sind in die Luft gesprengt, US-Satelliten sind mitten im Flug gestorben, britische Lander haben die Landschaft des Roten Planeten mit Pocken markiert. Keine Mars-Mission ist immun gegen das „Mars-Dreieck“. Gibt es da draußen einen „Galaktischen Ghul“, der sich mit unseren Bots herumtreibt? Obwohl dies für einige von uns abergläubischen Menschen attraktiv sein könnte, verlor die überwiegende Mehrheit der Raumschiffe aufgrund von Der Marsfluch ist hauptsächlich auf schwere Verluste während der Pioniermissionen zum Mars zurückzuführen. Die jüngste Verlustrate ist vergleichbar mit den Verlusten, die bei der Erforschung anderer Planeten im Sonnensystem entstanden sind. Obwohl das Glück eine kleine Rolle spielen mag, ist dieses Rätsel eher ein Aberglaube als alles Messbare (siehe Der „Marsfluch“: Warum sind so viele Missionen gescheitert?).
8. Das Tunguska-Ereignis
Was hat den Tunguska-Aufprall verursacht? Vergessen Sie, dass Fox Mulder durch die russischen Wälder stolpert. Dies ist keine X-Files-Episode. Im Jahr 1908 warf das Sonnensystem etwas bei uns ... aber wir wissen nicht was. Dies war ein dauerhaftes Rätsel, seit Augenzeugen einen hellen Blitz (der Hunderte von Kilometern entfernt zu sehen war) über dem Fluss Podkamennaya Tunguska in Russland beschrieben haben. Bei der Untersuchung war ein riesiges Gebiet dezimiert worden; Rund 80 Millionen Bäume waren wie Streichhölzer gefällt und über 2.000 Quadratkilometer abgeflacht worden. Aber es gab keinen Krater. Was war vom Himmel gefallen?
Dieses Rätsel ist immer noch ein offener Fall, obwohl Forscher ihre Wetten auf eine Art „Luftstoß“ fixieren, wenn ein Komet oder Meteorit in die Atmosphäre eindringt und über dem Boden explodiert. Eine kürzlich durchgeführte kosmische forensische Studie verfolgte die Schritte eines möglichen Asteroidenfragments in der Hoffnung, seinen Ursprung zu finden und vielleicht sogar den Eltern-Asteroiden zu finden. Sie haben ihre Verdächtigen, aber das Faszinierende ist, dass es an der Einschlagstelle so gut wie keine Meteoriten gibt. Bisher scheint es nicht viele Erklärungen dafür zu geben, aber ich denke nicht, dass Mulder und Scully involviert sein müssen (siehe Cousins von Tunguska Meteoroid gefunden?).
7. Uranus-Neigung
Warum dreht sich Uranus auf der Seite? Seltsamer Planet ist Uranus. Während bei allen anderen Planeten im Sonnensystem die Rotationsachse mehr oder weniger von der Ekliptikebene nach oben zeigt, liegt Uranus mit einer axialen Neigung von 98 Grad auf der Seite. Dies bedeutet, dass für sehr lange Zeiträume (jeweils 42 Jahre) entweder der Nord- oder der Südpol direkt auf die Sonne zeigt. Die Mehrheit der Planeten hat eine "progressive" Rotation; Alle Planeten drehen sich von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn (d. h. über dem Nordpol der Erde). Die Venus macht jedoch genau das Gegenteil, sie hat eine retrograde Rotation, was zu der Theorie führt, dass sie aufgrund eines großen Aufpralls zu Beginn ihrer Entwicklung von der Achse gestoßen wurde. Ist das auch Uranus passiert? Wurde es von einem massiven Körper getroffen?
Einige Wissenschaftler glauben, dass Uranus das Opfer eines kosmischen Hit-and-Run war, andere glauben, dass es eine elegantere Art gibt, die seltsame Konfiguration des Gasriesen zu beschreiben. Zu Beginn der Entwicklung des Sonnensystems haben Astrophysiker Simulationen durchgeführt, die zeigen, dass die Orbitalkonfiguration von Jupiter und Saturn möglicherweise eine 1: 2-Orbitalresonanz überschritten hat. Während dieser Zeit der planetaren Störung übertrug der kombinierte Gravitationseinfluss von Jupiter und Saturn den Orbitalimpuls auf den kleineren Gasriesen Uranus und warf ihn aus der Achse. Es müssen weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um festzustellen, ob es wahrscheinlicher ist, dass ein erdgroßes Gestein Uranus getroffen hat, oder ob Jupiter und Saturn schuld sind.
6. Titans Atmosphäre
Warum hat Titan eine Atmosphäre? Titan, einer der Saturnmonde, ist der nur Mond im Sonnensystem mit einer signifikanten Atmosphäre. Es ist der zweitgrößte Mond im Sonnensystem (nach Jupiters Mond Ganymed an zweiter Stelle) und etwa 80% massereicher als der Erdmond. Obwohl es im Vergleich zu terrestrischen Standards klein ist, ist es erdähnlicher, als wir es glauben. Mars und Venus werden oft als Geschwister der Erde bezeichnet, aber ihre Atmosphären sind 100-mal dünner bzw. 100-mal dicker. Die Titanatmosphäre hingegen ist nur eineinhalb Mal dicker als die der Erde und besteht hauptsächlich aus Stickstoff. Stickstoff dominiert die Erdatmosphäre (bei 80% Zusammensetzung) und die Titanenatmosphäre (bei 95% Zusammensetzung). Aber woher kam all dieser Stickstoff? Wie auf der Erde ist es ein Rätsel.
Titan ist so ein interessanter Mond und wird schnell zum Hauptziel für die Suche nach Leben. Es hat nicht nur eine dicke Atmosphäre, seine Oberfläche ist auch vollgestopft mit Kohlenwasserstoffen, von denen angenommen wird, dass sie voller „Tholine“ oder präbiotischer Chemikalien sind. Hinzu kommt die elektrische Aktivität in der Titanatmosphäre, und wir haben einen unglaublichen Mond mit einem enormen Potenzial für die Entwicklung des Lebens. Aber woher seine Atmosphäre kam ... wir wissen es einfach nicht.
5. Solare koronale Heizung
Warum ist die Sonnenatmosphäre heißer als die Sonnenoberfläche? Dies ist eine Frage, die Solarphysiker seit über einem halben Jahrhundert beschäftigt. Frühe spektroskopische Beobachtungen der Sonnenkorona zeigten etwas Verwirrendes: Die Atmosphäre der Sonne ist heisser als die Photosphäre. Tatsächlich ist es so heiß, dass es mit den Temperaturen im Kern der Sonne vergleichbar ist. Aber wie kann das passieren? Wenn Sie eine Glühbirne einschalten, ist die Luft, die die Glühbirne umgibt, nicht heißer als das Glas selbst. Wenn Sie sich einer Wärmequelle nähern, wird sie wärmer und nicht kühler. Aber genau das tut die Sonne, die Sonnenphotosphäre hat eine Temperatur von etwa 6000 Kelvin, während das Plasma nur wenige tausend Kilometer über der Photosphäre vorbei ist 1 Million Kelvin. Wie Sie sehen, scheinen alle Arten von Physikgesetzen verletzt zu sein.
Die Sonnenphysiker nähern sich jedoch allmählich den Ursachen dieser mysteriösen koronalen Erwärmung. Wenn sich die Beobachtungstechniken verbessern und theoretische Modelle komplexer werden, kann die Sonnenatmosphäre eingehender als je zuvor untersucht werden. Es wird nun angenommen, dass der koronale Heizmechanismus eine Kombination von magnetischen Effekten in der Sonnenatmosphäre sein kann. Es gibt zwei Hauptkandidaten für die Koronaerwärmung: Nanoflares und Wellenerwärmung. Ich war schon immer ein großer Verfechter von Wellenerwärmungstheorien (ein großer Teil meiner Forschung befasste sich mit der Simulation magnetohydrodynamischer Wellenwechselwirkungen entlang koronaler Schleifen), aber es gibt starke Hinweise darauf, dass Nanoflares auch die koronale Erwärmung beeinflussen und möglicherweise zusammen mit Wellen arbeiten Heizung.
Obwohl wir ziemlich sicher sind, dass Wellenerwärmung und / oder Nanoflares verantwortlich sein können, bis wir eine Sonde tief in die Sonnenkorona einführen können (die derzeit mit der Mission Solar Probe geplant ist), nehmen wir vor Ort Messungen der koronalen Umgebung wissen wir nicht genau Was erwärmt die Korona (siehe Warme Koronalschleifen können den Schlüssel zur heißen Sonnenatmosphäre enthalten).
4. Kometenstaub
Wie kam es bei gefrorenen Kometen zu Staub bei intensiven Temperaturen? Kometen sind die eisigen, staubigen Nomaden des Sonnensystems. Diese Körper sollen sich in den äußersten Regionen des Weltraums, im Kuipergürtel (um die Umlaufbahn von Pluto) oder in einer mysteriösen Region namens Oort Cloud entwickelt haben und werden gelegentlich geschlagen und fallen unter die schwache Anziehungskraft der Sonne. Wenn sie in Richtung des inneren Sonnensystems fallen, wird das Eis durch die Hitze der Sonne verdampfen und einen Kometenschwanz bilden, der als Koma bekannt ist. Viele Kometen fallen direkt in die Sonne, andere haben jedoch mehr Glück, wenn sie eine kurze (wenn sie aus dem Kuipergürtel stammen) oder lange (wenn sie aus der Oort Cloud stammen) Umlaufbahn der Sonne absolvieren.
Aber etwas Seltsames wurde in dem Staub gefunden, der bei der NASA-Mission Stardust 2004 zum Kometen Wild-2 gesammelt wurde. Staubkörner von diesem gefrorenen Körper schienen bei hohen Temperaturen gebildet worden zu sein. Es wird angenommen, dass der Komet Wild-2 aus dem Kuipergürtel stammt und sich dort entwickelt hat. Wie könnten diese winzigen Proben in einer Umgebung mit einer Temperatur von über 1000 Kelvin gebildet werden?
Das Sonnensystem entwickelte sich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einem Nebel und bildete beim Abkühlen eine große Akkretionsscheibe. Die aus Wild-2 gesammelten Proben konnten nur im zentralen Bereich der Akkretionsscheibe in der Nähe der jungen Sonne gebildet worden sein, und etwas transportierte sie in die Ferne des Sonnensystems und landete schließlich im Kuipergürtel. Aber welcher Mechanismus könnte das tun? Wir sind uns nicht sicher (siehe Kometenstaub ist Asteroiden sehr ähnlich).
3. Die Kuiper Cliff
Warum endet der Kuipergürtel plötzlich? Der Kuipergürtel ist eine riesige Region des Sonnensystems, die einen Ring um die Sonne direkt hinter der Umlaufbahn von Neptun bildet. Es ähnelt dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, der Kuipergürtel enthält Millionen kleiner felsiger und metallischer Körper, ist aber 200-mal so massereich. Es enthält auch eine große Menge Wasser, Methan und Ammoniak-Eis, die Bestandteile der Kometenkerne, die von dort stammen (siehe Nr. 4 oben). Der Kuipergürtel ist auch bekannt für seinen Zwergplaneten Pluto und (in jüngerer Zeit) Plutoid „Makemake“.
Der Kuipergürtel ist bereits eine ziemlich unerforschte Region des Sonnensystems (wir warten ungeduldig darauf, dass die New Horizons Pluto-Mission der NASA 2015 dort ankommt), aber er hat bereits ein Rätsel aufgeworfen. Die Population von Kuiper Belt Objects (KBOs) fällt plötzlich in einer Entfernung von 50 AE von der Sonne ab. Dies ist ziemlich seltsam, da theoretische Modelle eine vorhersagen erhöhen, ansteigen in Anzahl der KBOs über diesen Punkt hinaus. Der Rückgang ist so dramatisch, dass diese Funktion als "Kuiper Cliff" bezeichnet wurde.
Wir haben derzeit keine Erklärung für die Kuiper Cliff, aber es gibt einige Theorien. Eine Idee ist, dass es in der Tat viele KBOs über 50 AU hinaus gibt. Es ist nur so, dass sie aus irgendeinem Grund keine größeren Objekte bilden (und daher nicht beobachtet werden können). Eine andere kontroverse Idee ist, dass KBOs jenseits der Kuiper-Klippe von einem Planetenkörper weggefegt wurden, möglicherweise von der Größe der Erde oder des Mars. Viele Astronomen sprechen sich dagegen aus und führen fehlende Beobachtungsergebnisse für etwas an, das außerhalb des Kuipergürtels so stark umkreist. Diese Planetentheorie war jedoch für die Weltuntergangsjäger sehr nützlich und lieferte schwache „Beweise“ für die Existenz von Nibiru oder „Planet X“. Wenn es da draußen einen Planeten gibt, ist es das mit Sicherheit nicht "Posteingang" und es ist sicherlich nicht Ankunft vor unserer Haustür im Jahr 2012.
Kurz gesagt, wir haben keine Ahnung, warum die Kuiper Cliff existiert ...
2. Die Pionieranomalie
Warum driften die Pioneer-Sonden vom Kurs ab? Dies ist ein verwirrendes Problem für Astrophysiker und wahrscheinlich die am schwierigsten zu beantwortende Frage bei Beobachtungen des Sonnensystems. Die Pioniere 10 und 11 wurden bereits 1972 und 1973 gestartet, um die äußeren Bereiche des Sonnensystems zu erkunden. Auf ihrem Weg bemerkten NASA-Wissenschaftler, dass beide Sonden etwas ziemlich Seltsames erlebten; Sie erlebten eine unerwartete Beschleunigung der Sonnenstation und drängten sie vom Kurs ab. Obwohl diese Abweichung für astronomische Verhältnisse nicht sehr groß war (386.000 km vom Kurs nach 10 Milliarden km Fahrt entfernt), war sie dennoch eine Abweichung, und Astrophysiker sind nicht in der Lage zu erklären, was vor sich geht.
Eine Haupttheorie geht davon aus, dass ungleichmäßige Infrarotstrahlung um die Karosserie der Sonden (vom radioaktiven Isotop des Plutoniums in seinen thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren) Photonen bevorzugt auf einer Seite emittiert und einen kleinen Druck auf die Sonne ausübt. Andere Theorien sind etwas exotischer. Vielleicht muss Einsteins allgemeine Relativitätstheorie für lange Wanderungen in den Weltraum modifiziert werden? Oder spielt dunkle Materie eine Rolle, die das Pioneer-Raumschiff verlangsamt?
Bisher können nur 30% der Abweichung auf die ungleichmäßige Wärmeverteilungstheorie zurückgeführt werden, und Wissenschaftler sind ratlos, eine offensichtliche Antwort zu finden (siehe Die Pionieranomalie: Eine Abweichung von der Einstein-Schwerkraft?).
1. Die Oort Cloud
Woher wissen wir, dass die Oort Cloud überhaupt existiert? Was die Geheimnisse des Sonnensystems angeht, ist es schwierig, der Pionieranomalie zu folgen, aber die Oort-Wolke (meiner Ansicht nach) ist das größte Geheimnis von allen. Warum? Wir haben es nie gesehen, es ist eine hypothetische Region des Raumes.
Zumindest mit dem Kuipergürtel können wir die großen KBOs beobachten und wissen, wo sie sich befinden, aber die Oort Cloud ist zu weit entfernt (wenn sie wirklich da draußen ist). Erstens wird vorausgesagt, dass die Oort-Wolke mehr als 50.000 AE von der Sonne entfernt ist (das ist fast ein Lichtjahr entfernt), was ungefähr 25% des Weges zu unserem nächsten stellaren Nachbarn, Proxima Centauri, bedeutet. Die Oort Cloud ist daher sehr weit entfernt. Der äußere Bereich der Oort Cloud ist so ziemlich der Rand des Sonnensystems, und in dieser Entfernung sind die Milliarden von Oort Cloud-Objekten sehr locker an die Sonne gebunden. Sie können daher durch den Durchgang anderer nahegelegener Sterne dramatisch beeinflusst werden. Es wird angenommen, dass eine Störung der Oort Cloud dazu führen kann, dass eisige Körper periodisch nach innen fallen und langperiodische Kometen (wie den Halleyschen Kometen) entstehen.
Tatsächlich ist dies der einzige Grund, warum Astronomen glauben, dass die Oort-Wolke existiert. Sie ist die Quelle langperiodischer Eis-Kometen mit stark exzentrischen Umlaufbahnen, die Regionen außerhalb der Ekliptikebene ausstrahlen. Dies deutet auch darauf hin, dass die Wolke das Sonnensystem umgibt und nicht auf einen Gürtel um die Ekliptik beschränkt ist.
Die Oort-Wolke scheint also da draußen zu sein, aber wir können sie nicht direkt beobachten. In meinen Büchern ist das das größte Rätsel in der äußersten Region unseres Sonnensystems…
