Η ομάδα της διαστημοσυσκευής "Νέοι Ορίζοντες" ανακαλύπτει ένα κρίσιμο κομμάτι στο παζλ του πλανητικού σχηματισμού
Καλλιτεχνική απεικόνιση της διαστημοσυσκευής Νέοι Ορίζοντες της ΝΑΣΑ, η οποία ήταν καθ οδόν προς το αντικείμενο 2014 MU69 της ζώνης του Κάιπερ τον Ιανουάριο του 2019. Εικόνα: NASA / JHU-APL / SwRI
Δεδομένα από την αποστολή της NASA Νέοι Ορίζοντες φέρνουν στο φως νέες ιδέες για το πώς σχηματίστηκαν οι πλανήτες και τα πλανητοθραύσματα (planetesimals) - τα δομικά στοιχεία των πλανητών.
Οι Νέοι Ορίζοντες πέταξαν πάνω από ένα πανάρχαιο αντικείμενο της ζώνης του Κάιπερ το οποίο ονομάζεται Arrokoth (2014 MU69) την 1η Ιανουαρίου του 2019, προσφέροντας στην ανθρωπότητα την πρώτη κοντινή εικόνα σε ένα από τα παγωμένα υπολείμματα από τον σχηματισμό του Ηλιακού μας συστήματος τo οποίo βρίσκεται σε μια απέραντη περιοχή πέρα από την τροχιά του πλανήτη Ποσειδώνα. Χρησιμοποιώντας λεπτομερή στοιχεία σχετικά με το σχήμα, τη γεωλογία, το χρώμα και τη σύνθεση του αντικειμένου - τα οποία συγκεντρώθηκαν κατά τη διάρκεια μιας καταγραφικής πτήσης η οποία έφτασε σε απόσταση περισσότερο από τέσσερα δισεκατομμύρια μίλια από τη Γη - οι ερευνητές απάντησαν προφανώς σε μια μακρόχρονη ερώτηση σχετικά με την προέλευση των λεγόμενων πλανητοθραυσμάτων (planetesimals) και, ως εκ τούτου, πώς και οι ίδιοι οι πλανήτες σχηματίστηκαν.
Η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματα αυτά στις 13 Φεβρουαρίου σε μια σειρά από τρία papers στο περιοδικό Science, και σε μια ενημέρωση των μέσων ενημέρωσης στο ετήσιο συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης για την Προώθηση της Επιστήμης (American Association for the Advancement of Science) στο Σιάτλ.
"Το αντικείμενο Arrokoth είναι το πιο απομακρυσμένο, το πιο πρωτόγονο και το πιο παρθένο αντικείμενο που έχει εξερευνηθεί ποτέ από διαστημικά σκάφη, οπότε γνωρίζαμε ότι θα έχει και μια μοναδική ιστορία για να μας διηγηθεί", δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής της αποστολής Νέοι Ορίζοντες, Alan Stern, του Νοτιοδυτικού Ινστιτούτου Ερευνών (Southwest Research Institute) στο Boulder του Κολοράντο. "Μας διδάσκει πώς σχηματίστηκαν τα πλανητοθραύσματα, και πιστεύουμε ότι το αποτέλεσμα αυτό σηματοδοτεί μια σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του συνολικού σχηματισμού των πλανητοθραυσμάτων και των πλανητών".
Οι πρώτες εικόνες μετά την πτήση της διαστημοσυσκευής Νέοι Ορίζοντες οι οποίες μεταδόθηκαν πέρυσι έδειξαν ότι το Arrokoth είχε δύο συνδεδεμένους λοβούς, μια λεία επιφάνεια και μια ομοιόμορφη σύνθεση, υποδεικνύοντας ότι ήταν πιθανόν ένα αυθεντικό αντικείμενο από τη δημιουργία του Ηλιακού μας συστήματος, παρθένο αν θέλετε, το οποίο θα δώσει στους επιστήμονες καθοριστικές πληροφορίες για το πώς σχηματίστηκαν τέτοια σώματα. Αυτά τα πρώτα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στον ιστότοπο Science τον περασμένο Μάιο.
Τους επόμενους μήνες, δουλεύοντας με δεδομένα ολοένα και μεγαλύτερης ευκρίνειας, καθώς και με εξειδικευμένες προσομοιώσεις υπολογιστών, η ομάδα της αποστολής είχε μια εικόνα για το πώς πρέπει να σχηματίστηκε το Arrokoth. Η ανάλυσή τους δείχνει ότι οι λοβοί αυτού του αντικειμένου "δυαδικής επαφής (contact binary)" ήταν κάποτε ξεχωριστά σώματα τα οποία σχηματίστηκαν κοντά και σε χαμηλή ταχύτητα, περιστράφηκαν το ένα γύρω από το άλλο, και στη συνέχεια συγχωνεύθηκαν ήπια για να δημιουργήσουν το αντικείμενο μήκους 22 μιλίων το οποίο παρατήρησε η διαστημοσυσκευή Νέοι Ορίζοντες.
Αυτό δείχνει ότι το Arrokoth σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια της βαρυτικής κατάρρευσης ενός νέφους στερεών σωματιδίων στο αρχέγονο ηλιακό νεφέλωμα, και όχι από την ανταγωνιστική θεωρία του σχηματισμού των πλανητών η οποία ονομάζεται Κλιμακωτή ή Ιεραρχική Προσαύξηση (hierarchical accretion). Σε αντίθεση με την ήπια διαδικασία χαμηλής ταχύτητας που αποτελεί το σήμα κατατεθέν της κατάρρευσης των σωματιδίων, σε κατάσταση κλιμακωτής προσαύξησης, τα πλανητοθραύσματα συγκρούστηκαν μεταξύ τους με αυξανόμενες ταχύτητες σχηματίζοντας μεγαλύτερα αντικείμενα.
"Όπως τα απολιθώματα μας διηγούνται το πώς εξελίχθηκαν τα είδη στη Γη, τα πλανητοθραύσματα μας λένε πώς σχηματίστηκαν οι πλανήτες στο διάστημα", δήλωσε ο William McKinnon, συνεργατικός ερευνητής της αποστολής Νέοι Ορίζοντες από το πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σαντ Λούις και επικεφαλής συγγραφέας ενός paper για τον σχηματισμό του Arrokoth το οποίο δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο Science την περασμένη εβδομάδα. "Το Arrokoth μας δηλώνει οτι δεν σχηματίστηκε μέσα από βίαιες συγκρούσεις, αλλά σε έναν πιο περίπλοκο "χορό", στον οποίο τα αντικείμενα εκείνα που το συνθέτουν περιστρέφονταν σιγά-σιγά το ένα γύρω από το άλλο προτού έλθουν σε επαφή".
Οι πρώτες εικόνες μετά την πτήση της διαστημοσυσκευής Νέοι Ορίζοντες οι οποίες μεταδόθηκαν πέρυσι έδειξαν ότι το Arrokoth είχε δύο συνδεδεμένους λοβούς, μια λεία επιφάνεια και μια ομοιόμορφη σύνθεση, υποδεικνύοντας ότι ήταν πιθανόν ένα αυθεντικό αντικείμενο από τη δημιουργία του Ηλιακού μας συστήματος, παρθένο αν θέλετε, το οποίο θα δώσει στους επιστήμονες καθοριστικές πληροφορίες για το πώς σχηματίστηκαν τέτοια σώματα. Αυτά τα πρώτα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στον ιστότοπο Science τον περασμένο Μάιο.
Αυτό το σύντομο κινούμενο σχέδιο (animation) κινείται ανάμεσα σε δύο απεικονίσεις του αντικειμένου Arrokoth από την διαστημοσυσκευή Νέοι Ορίζοντες, από την προγραμματισμένη πτήση του για το νέο έτος 2019 στην ζώνη του Kuiper. Τα τρισδιάστατα (3D) εφέ προέρχονται από την σύζευξη ή το συνδυασμό από εικόνες οι οποίες έχουν ληφθεί από διαφορετικές οπτικές γωνίες, δημιουργώντας ένα "διοπτρικό" στερεοσκοπικό αποτέλεσμα, ακριβώς όπως ο διαχωρισμός των ματιών μας επιτρέπει να βλέπουμε τρισδιάστατα. Οι τρισδιάστατες πληροφορίες από αυτές τις εικόνες παρέχουν στους επιστήμονες μια κρίσιμη επισκόπηση σχετικά με το σχήμα και τη δομή του αντικειμένου και, στη συνέχεια, την προέλευσή του. (Εικόνα: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Roman Tkachenko).
Δείτε το και εδώ:http://pluto.jhuapl.edu/Galleries/Featured-Images/image.php?gallery_id=2&image_id=627
Αυτό δείχνει ότι το Arrokoth σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια της βαρυτικής κατάρρευσης ενός νέφους στερεών σωματιδίων στο αρχέγονο ηλιακό νεφέλωμα, και όχι από την ανταγωνιστική θεωρία του σχηματισμού των πλανητών η οποία ονομάζεται Κλιμακωτή ή Ιεραρχική Προσαύξηση (hierarchical accretion). Σε αντίθεση με την ήπια διαδικασία χαμηλής ταχύτητας που αποτελεί το σήμα κατατεθέν της κατάρρευσης των σωματιδίων, σε κατάσταση κλιμακωτής προσαύξησης, τα πλανητοθραύσματα συγκρούστηκαν μεταξύ τους με αυξανόμενες ταχύτητες σχηματίζοντας μεγαλύτερα αντικείμενα.
"Όπως τα απολιθώματα μας διηγούνται το πώς εξελίχθηκαν τα είδη στη Γη, τα πλανητοθραύσματα μας λένε πώς σχηματίστηκαν οι πλανήτες στο διάστημα", δήλωσε ο William McKinnon, συνεργατικός ερευνητής της αποστολής Νέοι Ορίζοντες από το πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σαντ Λούις και επικεφαλής συγγραφέας ενός paper για τον σχηματισμό του Arrokoth το οποίο δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο Science την περασμένη εβδομάδα. "Το Arrokoth μας δηλώνει οτι δεν σχηματίστηκε μέσα από βίαιες συγκρούσεις, αλλά σε έναν πιο περίπλοκο "χορό", στον οποίο τα αντικείμενα εκείνα που το συνθέτουν περιστρέφονταν σιγά-σιγά το ένα γύρω από το άλλο προτού έλθουν σε επαφή".
Δύο άλλα σημαντικά στοιχεία υποστηρίζουν αυτό το συμπέρασμα. Το ομοιόμορφο χρώμα και η σύνθεση της επιφάνειας του Arrokoth δείχνει οτι το αντικείμενο αυτό της ζώνης του Kuiper (Kuiper Belt Object ή ΚΒΟ) σχηματίστηκε από παρακείμενο σε αυτό υλικό, όπως προβλέπουν τα μοντέλα τοπικής νεφελικής κατάρρευσης, παρά από ένα συνονθύλευμα ύλης με περισσότερα διαχωρισμένα τμήματα του νεφελώματος, όπως θα μπορούσαν να προβλέψουν τα Κλιμακωτά μοντέλα (hierarchical models).
Τα πεπλατυσμένα σχήματα του καθενός από τους λοβούς του Arrokoth, καθώς και η εξαιρετικά στενή ευθυγράμμιση των πόλων και των ισημερινών τους, δείχνουν επίσης μια πιο ομαλή συγχώνευση από ένα νέφος κατάρρευσης. Ακόμη, η ομαλή και ήπια επιφάνεια του Arrokoth δείχνει ότι το "πρόσωπο" του έχει παραμείνει καλά διατηρημένο από το τέλος της εποχής του πλανητικού σχηματισμού.
"Το Arrokoth έχει τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός σώματος που δημιουργήθηκε σιγά-σιγά με
«τοπικά» υλικά μέσα στο ηλιακό νεφέλωμα", δήλωσε ο Will Grundy επικεφαλής της ομάδας δομών της αποστολής Νέοι Ορίζοντες από το Αστεροσκοπείο Lowell στο Flagstaff της Αριζόνα και ο κύριος συγγραφέας ενός άλλου επιστημονικού paper. "Ένα αντικείμενο όπως το Arrokoth δεν θα είχε σχηματιστεί, ή θα είχε οδηγηθεί σε ενα τέτοιο τρόπο να το κάνει, σε ένα εξαιρετικά χαοτικό περιβάλλον.
Οι τελευταίες εκθέσεις για το Arrokoth αναλύονται σημαντικά στο επιστημονικό paper του Μαΐου του 2019, με επικεφαλής τον Stern. Τα τρία νέα papers βασίζονται σε δέκα φορές περισσότερα δεδομένα από την πρώτη έκθεση, και μαζί παρέχουν μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα της καταγωγής του Arrokoth.
Το ομοιόμορφο χρώμα και η σύνθεση της επιφάνειας του Arrokoth δείχνει οτι το αντικείμενο αυτό της ζώνης του Kuiper, σχηματίστηκε από ένα μικρό, ομοιόμορφο, νέφος ύλης στο ηλιακό νεφέλωμα, και όχι από ενα συνονθύλευμα ύλης από περισσότερα διαχωρισμένα τμήματα του νεφελώματος. Αρχικά υποστηρίχθηκε η ιδέα ότι το Arrokoth σχηματίστηκε σε μια τοπική κατάρρευση ενός νέφους στο ηλιακό νεφέλωμα. (Εικόνα: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Roman Tkachenko)
"Όλα τα στοιχεία που έχουμε ανακαλύψει για τον τρόπο σχηματισμού του Arrokoth δείχνουν προς τα μοντέλα νεφελικής κατάρρευσης σωματιδίων εκτός από την θεωρία της Κλιμακωτής προσαύξησης, και με βάση τα συμπεράσματα, για άλλα Πλανητοθραύσματα", δήλωσε ο Stern.
Οι Νέοι Ορίζοντες συνεχίζουν να πραγματοποιούν νέες παρατηρήσεις για επιπλέον αντικείμενα της ζώνης του Kuiper τα οποία συναντούν στην πορεία τους. Οι Νέοι Ορίζοντες συνεχίζουν επίσης να χαρτογραφούν την ακτινοβολία φορτισμένων σωματιδίων και το περιβάλλον σκόνης στη ζώνη του Kuiper. Τα νέα KBO που παρατηρούνται τώρα είναι πολύ μακριά για να αποκαλύψουν τα δεδομένα τους όπως αυτές του Arrokoth, αλλά η ομάδα μπορεί να μετρήσει διάφορες πτυχές των αντικειμένων αυτών όπως οι επιφανειακές ιδιότητες και το σχήμα τους. Αυτό το καλοκαίρι η ομάδα της αποστολής θα αρχίσει να χρησιμοποιεί μεγάλα επίγεια τηλεσκοπικά για να αναζητήσει νέα ΚΒΟ έτσι ώστε να τα μελετήσει με αυτό τον τρόπο, ακόμα και για άλλους στόχους, εάν φυσικά το επιτρέψουν τα καύσιμα της διαστημοσυσκευής...
Το διαστημικό σκάφος New Horizons βρίσκεται πλέον 7,4 δισ. Χιλιόμετρα από τη Γη (49,5 ΑΜ), λειτουργεί κανονικά και επιταχύνει βαθύτερα στην ζώνη του Kuiper με ταχύτητα περίπου 50.400 χιλιομέτρων την ώρα.
Το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins (ohns Hopkins University Applied Physics Laboratory) στο Laurel, του Maryland, σχεδίασε, δημιούργησε και λειτουργεί το διαστημικό σκάφος Νέοι Ορίζοντες, και διαχειρίζεται την αποστολή για τη Διεύθυνση Επιστημονικών Αποστολών της NASA (NASA's Science Mission Directorate). Το Γραφείο Πλανητικής Διαχείρισης MSFC (MSFC Planetary Management Office) παρέχει την εποπτεία της NASA για τους Νέους Ορίζοντες. Το Νοτιοδυτικό Ινστιτούτο Ερευνών (Southwest Research Institute), που εδρεύει στο Σαν Αντόνιο, κατευθύνει την αποστολή μέσω του κύριου ερευνητή Stern και οδηγεί την επιστημονική ομάδα, τις εργασίες ωφέλιμου φορτίου και την αντιμετώπιση του επιστημονικού σχεδιασμού. Οι Νέοι Ορίζοντες είναι μέρος του Προγράμματος Νέων Συνόρων (New Frontiers Program) το οποίο διαχειρίζεται το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Marshall (Marshall Space Flight Center) της NASA στο Huntsville, της Alabama.
Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει όλες τις διαθέσιμες εικόνες του Arrokoth από τους Νέους Ορίζοντες οι οποίες έχουν ληφθεί από πολλές οπτικές γωνίες, για να προσδιορίσουν το τρισδιάστατο σχήμα του, όπως φαίνεται σε αυτό το κινούμενο σχέδιο. Το βίντεο αυτό παρέχει μια πρόσθετη εικόνα για την προέλευση του Arrokoth. Τα πεπλατυσμένα σχήματα κάθε λοβού του Arrokoth, καθώς και η εξαιρετικά στενή ευθυγράμμιση των πόλων και των ισημερινών τους, δείχνουν μια ομαλή και ήπια συγχώνευση δύο αντικειμένων τα οποία σχηματίστηκαν από το ίδιο καταρρέον βαρυτικά νέφος σωματιδίων. Το Arrokoth έχει τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός σώματος το οποίο συνενώνεται αργά, με υλικά «τοπικής προέλευσης» από ένα μικρό μέρος του ηλιακού νεφελώματος. Ένα αντικείμενο όπως το Arrokoth δεν θα είχε σχηματιστεί, ή θα είχε οδηγηθεί σε ενα τέτοιο τρόπο να το κάνει, σε ένα εξαιρετικά χαοτικό περιβάλλον. (Εικόνα: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/James Tuttle Keane : )
Πηγή: pluto.jhuapl.edu
