We hebben ons allemaal ooit afgevraagd welke mysteries ons zonnestelsel bevat. De acht planeten (plus Pluto en zo die andere dwergplaneten) draaien binnen een zeer klein volume van de heliosfeer (het volume van de ruimte dat wordt gedomineerd door de invloed van de zon), wat gebeurt er in de rest van het volume dat we ons huis noemen? Naarmate we meer robots de ruimte in duwen, onze waarnemingscapaciteiten verbeteren en ruimte voor onszelf beginnen te ervaren, leren we steeds meer over de aard van waar we vandaan komen en hoe de planeten zijn geëvolueerd. Maar zelfs met onze voortschrijdende kennis zouden we naïef zijn om te denken dat we alle antwoorden hebben, er moet nog zoveel worden ontdekt. Dus wat zou ik persoonlijk beschouwen als de grootste mysteries binnen ons zonnestelsel? Nou, ik ga het je vertellen mijn top tien favorieten van nog meer verwarrende raadsels die ons zonnestelsel naar ons heeft gegooid. Dus om de bal aan het rollen te krijgen, begin ik in het midden, met de zon. (Geen van de volgende zaken kan worden verklaard door donkere materie, voor het geval je je afvroeg ... eigenlijk wel, maar slechts een klein beetje…)
10. Zonnepaneeltemperatuur komt niet overeen
Waarom is de zuidpool van de zon koeler dan de noordpool? Al 17 jaar geeft de zonnesonde Ulysses ons een ongekend zicht op de zon. Nadat hij in 1990 op Space Shuttle Discovery was gelanceerd, maakte de onverschrokken ontdekkingsreiziger een onorthodoxe reis door het zonnestelsel. Met behulp van Jupiter voor een zwaartekracht-katapult werd Ulysses uit het ecliptische vlak geslingerd zodat het kon passeren over- de zon in een polaire baan (ruimtevaartuig en de planeten draaien normaal om de evenaar van de zon). Dit is waar de sonde bijna twee decennia heeft gereisd en ongekend is in situ waarnemingen van de zonnewind en het onthullen van de ware aard van wat er gebeurt aan de polen van onze ster. Helaas sterft Ulysses van ouderdom en de missie eindigde effectief op 1 juli (hoewel er enige communicatie met het vaartuig overblijft).
Het observeren van onbekende gebieden van de zon kan echter verbluffende resultaten opleveren. Een van die mysterieuze resultaten is dat de zuidpool van de zon met 80.000 Kelvin koeler is dan de noordpool. Wetenschappers zijn in de war door deze discrepantie omdat het effect onafhankelijk lijkt te zijn van de magnetische polariteit van de zon (die elke 11 jaar het magnetische noorden naar het magnetische zuiden draait). Ulysses kon de zonnetemperatuur meten door de ionen in de zonnewind te bemonsteren op een afstand van 300 miljoen km boven de Noord- en Zuidpool. Door de verhouding van zuurstofionen te meten (O6+/O7+), konden de plasmacondities aan de basis van het coronale gat worden gemeten.
Dit blijft een open vraag en de enige verklaring die zonnefysici momenteel kunnen bedenken, is de mogelijkheid dat de zonnestructuur in de poolgebieden op een of andere manier verschilt. Het is jammer dat Ulysses het stof heeft gebeten, we zouden een polaire orbiter kunnen gebruiken om meer resultaten te behalen (zie Ulysses-ruimtevaartuig sterft door natuurlijke oorzaken).
9. Mars Mysteries
Waarom zijn de Martiaanse hemisferen zo radicaal anders? Dit is een mysterie dat wetenschappers jarenlang had gefrustreerd. Het noordelijk halfrond van Mars bestaat voornamelijk uit laagland zonder kenmerken, terwijl het zuidelijk halfrond is gevuld met bergketens, waardoor uitgestrekte hooglanden ontstaan. Al heel vroeg in de studie van Mars werd de theorie weggegooid dat de planeet was geraakt door iets heel groots (waardoor de uitgestrekte laaglanden of een enorm impactbassin waren ontstaan). Dit kwam vooral omdat de laaglanden niet de geografie van een inslagkrater hadden. Om te beginnen is er geen kraterrand. Bovendien is de impactzone niet cirkelvormig. Dit alles wees op een andere verklaring. Maar onderzoekers met arendsogen bij Caltech hebben onlangs de impactortheorie herzien en berekend dat een enorme rots met een diameter van 1.600 tot 2.700 km kan creëer de laaglanden van het noordelijk halfrond (zie Twee gezichten van Mars uitgelegd).
Bonus mysterie: Bestaat de Mars Curse? Volgens veel shows, websites en boeken is er iets (bijna paranormaal) in de ruimte dat onze robot-Mars-ontdekkingsreizigers eet (of ermee knoeit). Als je naar de statistieken kijkt, zou het je vergeven zijn als je een beetje geschokt bent: bijna tweederde van alle Mars-missies is mislukt. Russische Mars-raketten zijn opgeblazen, Amerikaanse satellieten zijn halverwege de vlucht gestorven, Britse landers hebben het landschap van de Rode Planeet gemarkeerd; geen enkele Mars-missie is immuun voor de 'Mars-driehoek'. Dus is er een "Galactic Ghoul" die met onze 'bots knoeit? Hoewel dit aantrekkelijk kan zijn voor sommigen van ons bijgelovige mensen, is de overgrote meerderheid van ruimtevaartuigen verloren door De Mars Curse is voornamelijk te wijten aan zware verliezen tijdens de baanbrekende missies naar Mars. Het recente verliespercentage is vergelijkbaar met de verliezen die zijn geleden bij het verkennen van andere planeten in het zonnestelsel. Hoewel geluk een kleine rol kan spelen, is dit mysterie meer een bijgeloof dan iets meetbaars (zie De "Mars Curse": waarom zijn zoveel missies mislukt?).
8. Het Tunguska-evenement
Wat veroorzaakte de Tunguska-impact? Vergeet Fox Mulder die door de Russische bossen struikelt, dit is geen aflevering van X-Files. In 1908 gooide het zonnestelsel iets naar ons ... maar we weten niet wat. Dit is een blijvend mysterie geweest sinds ooggetuigen een heldere flits beschreven (die honderden kilometers verderop te zien was) over de Podkamennaya Tunguska-rivier in Rusland. Bij onderzoek was een enorm gebied gedecimeerd; Zo'n 80 miljoen bomen waren als luciferhoutjes gekapt en meer dan 2.000 vierkante kilometer platgemaakt. Maar er was geen krater. Wat was er uit de lucht gevallen?
Dit mysterie is nog steeds een open zaak, hoewel onderzoekers hun weddenschap van een of andere vorm van "airburst" vastzetten wanneer een komeet of meteoriet de atmosfeer binnendrong en boven de grond explodeerde. Een recente kosmische forensische studie heeft de stappen van een mogelijk asteroïdefragment herleid in de hoop de oorsprong ervan te vinden en misschien zelfs de ouder-asteroïde te vinden. Ze hebben hun verdachten, maar het intrigerende is dat er vrijwel geen meteorietbewijs rond de inslagplaats is. Tot dusver lijkt er niet veel verklaring voor te zijn, maar ik denk niet dat Mulder en Scully erbij betrokken hoeven te zijn (zie Tunguska Meteoroid's neven gevonden?).
7. Uranus ’Tilt
Waarom draait Uranus op zijn kant? Vreemde planeet is Uranus. Terwijl alle andere planeten in het zonnestelsel min of meer hun rotatieas "omhoog" wijzen vanaf het ecliptische vlak, ligt Uranus op zijn kant, met een axiale kanteling van 98 graden. Dit betekent dat gedurende zeer lange perioden (42 jaar per keer) de noord- of zuidpool rechtstreeks op de zon wijst. De meeste planeten hebben een "geprogrammeerde" rotatie; alle planeten draaien tegen de klok in wanneer ze van boven het zonnestelsel worden bekeken (d.w.z. boven de noordpool van de aarde). Venus doet echter precies het tegenovergestelde, het heeft een retrograde rotatie, wat leidt tot de theorie dat het vroeg in zijn evolutie van de as werd getrapt vanwege een grote impact. Is dit ook met Uranus gebeurd? Is het geraakt door een enorm lichaam?
Sommige wetenschappers geloven dat Uranus het slachtoffer was van een kosmische hit-and-run, maar anderen geloven dat er een elegantere manier is om de vreemde configuratie van de gasreus te beschrijven. Al vroeg in de evolutie van het zonnestelsel hebben astrofysici simulaties uitgevoerd die laten zien dat de orbitale configuratie van Jupiter en Saturnus mogelijk een orbitale resonantie van 1: 2 hebben overschreden. Tijdens deze periode van planetaire verstoring, bracht de gecombineerde zwaartekrachtinvloed van Jupiter en Saturnus het orbitale momentum over naar de kleinere gasreus Uranus, waardoor deze buiten de as viel. Er moet meer onderzoek worden gedaan om te zien of het waarschijnlijker was dat een rots ter grootte van een aarde Uranus heeft getroffen of dat Jupiter en Saturnus de schuld hebben.
6. Titan's Atmosphere
Waarom heeft Titan een atmosfeer? Titan, een van de manen van Saturnus, is de enkel en alleen maan in het zonnestelsel met een significante atmosfeer. Het is de op één na grootste maan in het zonnestelsel (de tweede alleen voor Jupiters maan Ganymedes) en ongeveer 80% zwaarder dan de maan van de aarde. Hoewel klein in vergelijking met terrestrische standaarden, lijkt het meer op de aarde dan we het op prijs stellen. Mars en Venus worden vaak genoemd als broers en zussen van de aarde, maar hun atmosfeer is respectievelijk 100 keer dunner en 100 keer dikker. De atmosfeer van Titan daarentegen is slechts anderhalf keer dikker dan die van de aarde, en bestaat voornamelijk uit stikstof. Stikstof domineert de atmosfeer van de aarde (met een samenstelling van 80%) en het domineert de atmosfeer van Titan (met een samenstelling van 95%). Maar waar komt al deze stikstof vandaan? Net als op aarde is het een mysterie.
Titan is zo'n interessante maan en is hard op weg het belangrijkste doelwit te worden om naar leven te zoeken. Het heeft niet alleen een dikke atmosfeer, het oppervlak zit ook vol met koolwaterstoffen waarvan men denkt dat het krioelt van 'tholines' of prebiotische chemicaliën. Voeg daarbij de elektrische activiteit in de atmosfeer van de Titan en we hebben een ongelooflijke maan met een enorm potentieel voor leven om te evolueren. Maar waar de atmosfeer vandaan kwam ... we weten het gewoon niet.
5. Solar coronale verwarming
Waarom is de zonneatmosfeer heter dan het zonneoppervlak? Dit is een vraag die zonnefysici al meer dan een halve eeuw in de war brengt. Vroege spectroscopische waarnemingen van de zonnecorona onthulden iets verbijsterends: de atmosfeer van de zon is heter dan de fotosfeer. Het is zelfs zo heet dat het vergelijkbaar is met de temperaturen in de kern van de zon. Maar hoe kan dit gebeuren? Als u een gloeilamp inschakelt, is de lucht rond de glazen bol niet heter dan het glas zelf; als je dichter bij een warmtebron komt, wordt het warmer, niet koeler. Maar dit is precies wat de zon doet, de zonnefotosfeer heeft een temperatuur van ongeveer 6000 Kelvin, terwijl het plasma slechts een paar duizend kilometer boven de fotosfeer voorbij is 1 miljoen Kelvin. Zoals je kunt zien, lijken allerlei natuurkundige wetten te worden overtreden.
Maar zonnefysici komen geleidelijk dichterbij wat de oorzaak is van deze mysterieuze coronale verwarming. Naarmate observatietechnieken verbeteren en theoretische modellen geavanceerder worden, kan de zonne-atmosfeer dieper dan ooit tevoren worden bestudeerd. Er wordt nu aangenomen dat het coronale verwarmingsmechanisme een combinatie kan zijn van magnetische effecten in de zonne-atmosfeer. Er zijn twee uitstekende kandidaten voor corona-verwarming: nanoflares en golfverwarming. Ik ben altijd een groot voorstander geweest van theorieën over golfverwarming (een groot deel van mijn onderzoek was gewijd aan het simuleren van magnetohydrodynamische golfinteracties langs coronale lussen), maar er zijn sterke aanwijzingen dat nanoflares ook coronale verwarming beïnvloeden, mogelijk in combinatie met golf verwarming.
Hoewel we er vrij zeker van zijn dat golfverwarming en / of nanoflares verantwoordelijk kunnen zijn, totdat we een sonde diep in de zonnecorona kunnen steken (die momenteel wordt gepland met de Solar Probe-missie), waarbij we in situ metingen van de coronale omgeving, we weten het niet zeker wat verwarmt de corona (zie Warme coronale lussen kunnen de sleutel zijn tot een hete zonnesfeer).
4. Komeetstof
Hoe verscheen stof dat zich bij hoge temperaturen heeft gevormd in bevroren kometen? Kometen zijn de ijzige, stoffige nomaden van het zonnestelsel. Deze lichamen worden verondersteld te zijn geëvolueerd in de buitenste uithoeken van de ruimte, in de Kuipergordel (rond de baan van Pluto) of in een mysterieus gebied genaamd de Oortwolk, en worden af en toe geslagen en vallen onder de zwakke zwaartekracht van de zon. Terwijl ze naar het binnenste zonnestelsel vallen, zorgt de hitte van de zon ervoor dat het ijs verdampt, waardoor een komeetstaart ontstaat die bekend staat als de coma. Veel kometen vallen rechtstreeks in de zon, maar anderen hebben meer geluk en voltooien een korte periode (als ze hun oorsprong vinden in de Kuipergordel) of een lange periode (als ze hun oorsprong vinden in de Oortwolk) om de baan van de zon.
Maar er is iets vreemds gevonden in het stof dat is verzameld door NASA's Stardust-missie in 2004 naar Comet Wild-2. Stofkorrels van dit bevroren lichaam bleken hoge temperaturen te hebben gevormd. Komeet Wild-2 wordt verondersteld afkomstig te zijn van en geëvolueerd in de Kuipergordel, dus hoe kunnen deze kleine monsters worden gevormd in een omgeving met een temperatuur van meer dan 1000 Kelvin?
Het zonnestelsel evolueerde ongeveer 4,6 miljard jaar geleden uit een nevel en vormde een grote aanwasschijf terwijl het afkoelde. De uit Wild-2 verzamelde monsters konden alleen zijn gevormd in het centrale gebied van de accretieschijf, nabij de jonge zon, en iets bracht ze naar de verre uithoeken van het zonnestelsel en belandde uiteindelijk in de Kuipergordel. Maar welk mechanisme zou dit kunnen doen? We zijn er niet zo zeker van (zie Komeetstof lijkt erg op asteroïden).
3. De Kuiperklif
Waarom eindigt de Kuipergordel plotseling? De Kuipergordel is een enorm gebied van het zonnestelsel en vormt een ring rond de zon net buiten de baan van Neptunus. Het lijkt veel op de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter, de Kuipergordel bevat miljoenen kleine rotsachtige en metalen lichamen, maar hij is 200 keer zo zwaar. Het bevat ook een grote hoeveelheid water, methaan en ammoniak, de bestanddelen van kometen die daar vandaan komen (zie # 4 hierboven). De Kuipergordel staat ook bekend om zijn bewoner van de dwergplaneet, Pluto en (meer recentelijk) mede-Plutoïde "Makemake".
De Kuipergordel is al een vrij onontgonnen gebied van het zonnestelsel zoals het is (we wachten ongeduldig op NASA's New Horizons Pluto-missie om daar aan te komen in 2015), maar het heeft al een soort puzzel opgeworpen. De populatie Kuipergordelobjecten (KBO's) zakt plotseling weg op een afstand van 50 AU van de zon. Dit is nogal vreemd aangezien theoretische modellen een voorspellen toename in aantal KBO's na dit punt. De drop-off is zo dramatisch dat deze functie de "Kuiper Cliff" wordt genoemd.
We hebben momenteel geen verklaring voor de Kuiperklif, maar er zijn enkele theorieën. Een idee is dat er inderdaad veel KBO's zijn boven de 50 AU, het is alleen dat ze om de een of andere reden niet zijn toegerust om grotere objecten te vormen (en daarom niet kunnen worden waargenomen). Een ander, meer controversieel idee is dat KBO's voorbij de Kuiperklif zijn weggevaagd door een planetair lichaam, mogelijk zo groot als de aarde of Mars. Veel astronomen pleiten hiertegen omdat ze een gebrek aan waarnemingsbewijs hebben van iets dat zo groot is buiten de Kuipergordel. Deze planetaire theorie is echter zeer nuttig geweest voor de doomsayers die er zijn, en leverde een zwak "bewijs" voor het bestaan van Nibiru of "Planet X". Als er een planeet is, is dat zeker zo niet "Inkomende mail" en dat is het zeker niet arriveerde voor de deur in 2012.
Kortom, we hebben geen idee waarom de Kuiperklif bestaat ...
2. De Pioneer-afwijking
Waarom wijken de Pioneer-sondes van de koers af? Dit is een verbijsterende kwestie voor astrofysici, en waarschijnlijk de moeilijkste vraag om te beantwoorden in waarnemingen van het zonnestelsel. Pioneer 10 en 11 werden in 1972 en 1973 gelanceerd om de buitenste regionen van het zonnestelsel te verkennen. Onderweg merkten NASA-wetenschappers dat beide sondes iets vreemds meemaakten; ze ervoeren een onverwachte versnelling van de zonnewering, waardoor ze uit koers raakten. Hoewel deze afwijking naar astronomische maatstaven niet groot was (386.000 km van koers na 10 miljard km reizen), was het toch een afwijking en kunnen astrofysici niet uitleggen wat er aan de hand is.
Een hoofdtheorie vermoedt dat niet-uniforme infraroodstraling rond de carrosserie van de sondes (van de radioactieve isotoop van plutonium in zijn radio-isotoop thermo-elektrische generatoren) bij voorkeur fotonen aan één kant uitzendt, wat een klein duwtje naar de zon geeft. Andere theorieën zijn iets exotischer. Misschien moet de algemene relativiteit van Einstein worden aangepast voor lange tochten in de verre ruimte? Of misschien speelt donkere materie een rol, met een vertragend effect op het Pioneer-ruimtevaartuig?
Tot dusverre kan slechts 30% van de afwijking worden vastgezet op de niet-uniforme warmteverdelingstheorie en wetenschappers weten geen duidelijk antwoord te vinden (zie The Pioneer Anomaly: A Deviation from Einstein Gravity?).
1. De Oort Cloud
Hoe weten we dat de Oort Cloud zelfs bestaat? Wat de mysteries van het zonnestelsel betreft, is de Pioneer-anomalie een moeilijke handeling om te volgen, maar de Oort-wolk (naar mijn mening) is het grootste mysterie van allemaal. Waarom? We hebben het nog nooit gezien, het is een hypothetisch gebied in de ruimte.
Met de Kuipergordel kunnen we tenminste de grote KBO's observeren en weten we waar die is, maar de Oortwolk is te ver weg (als die er echt is). Ten eerste wordt voorspeld dat de Oort-wolk meer dan 50.000 AU verwijderd is van de zon (dat is bijna een lichtjaar verwijderd), wat hem ongeveer 25% van de weg naar onze dichtstbijzijnde stellaire buurman, Proxima Centauri, brengt. De Oort Cloud is dus een heel eind weg. De buitenste regionen van de Oortwolk zijn vrijwel de rand van het zonnestelsel, en op deze afstand zijn de miljarden Oortwolk-objecten zeer losjes zwaartekrachtsgebonden aan de zon. Ze kunnen daarom dramatisch worden beïnvloed door de doorgang van andere nabije sterren. Er wordt gedacht dat verstoring van de Oort Cloud ertoe kan leiden dat ijzige lichamen periodiek naar binnen vallen, waardoor kometen voor lange tijd ontstaan (zoals de komeet van Halley).
Dit is in feite de enige reden waarom astronomen geloven dat de Oortwolk bestaat, het is de bron van ijzige kometen met een lange periode die zeer excentrieke banen hebben die uit het ecliptische vlak komen. Dit suggereert ook dat de wolk het zonnestelsel omringt en niet beperkt is tot een gordel rond de ecliptica.
Dus de Oort-wolk lijkt daar te zijn, maar we kunnen hem niet direct waarnemen. In mijn boeken is dat het grootste mysterie in de buitenste regio van ons zonnestelsel ...
