10 Zonnestelsel Mysteriën die nog steeds onze beste wetenschappers zijn

Ondanks alle informatie die we hebben ontdekt van onze telescopen en ruimtemissies, zijn er nog steeds veel puzzels op te lossen in ons eigen zonnestelsel. Soms lijkt het dat hoe meer we leren, hoe meer mysteries we blootleggen.

10Het onzichtbare schild om de aarde

In 1958 ontdekte James Van Allen van de Universiteit van Iowa een paar stralingsgordels, een binnenste en een buitenste donutvormige ring tot 40.000 kilometer (25.000 mijl) boven de aarde met hoogenergetische elektronen en protonen. Het magnetische veld van de aarde houdt deze stralingsgordels op hun plaats, maar ze krimpen en zwellen op naar behoefte om te reageren op de uitwerping van energie door de zon in onze richting.

In 2013 ontdekte Daniel Baker van de University of Colorado een derde structuur tussen de binnenste en de buitenste Van Allen-stralingsgordel. Baker typeerde deze structuur als een "opslagring" die komt en gaat als het verhogen of verlagen van een onzichtbaar schild als dat nodig is om het effect van "dodelijke elektronen" te blokkeren. Deze elektronen, die gevaarlijk kunnen zijn voor zowel astronauten als satellietapparatuur, schieten rond de aarde bij meer dan 16.000 kilometer (100.000 mi) per seconde als we zware zonnestormen hebben.

Op een hoogte van iets meer dan 11.000 kilometer vormt een scherpe grens een soort binnenrand op de buitenste stralingsgordel, waardoor deze elektronen niet dieper in onze atmosfeer doordringen.

"Het is bijna alsof deze elektronen een glazen wand in de ruimte tegenkomen," zei Baker. "Een beetje zoals de schilden gecreëerd door krachtvelden aan Star Trek die werden gebruikt om vreemde wapens af te weren, we zien een onzichtbaar schild dat deze elektronen blokkeert. Het is een buitengewoon raadselachtig fenomeen. "

Wetenschappers hebben verschillende theorieën ontwikkeld om dit schild uit te leggen. Maar tot nu toe werkt geen van hen volledig.

9The Flyby Anomaly

Sinds we de ruimte begonnen te verkennen, heeft ons ruimtevaartuig flyby-manoeuvres uitgevoerd om de zwaartekrachtenergie van een planeet of maan te gebruiken om ze een snelheidsboost te geven terwijl ze de ruimte in reizen. Deze flybys worden op regelmatige basis gebruikt om satellieten dieper in het zonnestelsel te gooien. Maar wetenschappers kunnen deze snelheden niet op een consistente manier correct schatten. Er is vaak een kleine, onverklaarbare snelheidsvariatie die de "anonieme vlucht" wordt genoemd.

We hebben alleen de controleapparatuur om het precieze verschil in snelheden op flybys van de aarde te detecteren. De anomalie varieerde van een snelheidsvermindering van 2 millimeter (0,08 inch) per seconde met NASA's Cassini in 1999 tot een snelheidsverhoging van 13 millimeter (0,5 in) per seconde met NASA-asteroïde ruimtevaartuig van NASA in 1998.

"Deze afwijkingen hebben geen ernstige invloed op de trajecten van de ruimtevaartuigen", zegt Luis Acedo Rodriguez, een fysicus aan de Polytechnische Universiteit van Valencia. "Maar hoewel het schijnbaar kleine bedragen zijn, is het heel belangrijk om duidelijk te maken waar ze door worden veroorzaakt, vooral in het huidige tijdperk van precieze ruimteverkenning."

Wetenschappers hebben verschillende oorzaken voorgesteld, van zonnestraling tot donkere materie gevangen door de zwaartekracht van onze planeet. Maar het blijft een mysterie.

8Jupiter's Great Red Spot

Jupiter's Great Red Spot heeft ten minste twee aanhoudende mysteries voortgebracht. De eerste is hoe deze Energizer Bunny van een cycloon blijft gaan en gaan en gaan. Het is een enorme storm die breed genoeg is om ten minste twee aardes te bevatten. "Gebaseerd op de huidige theorieën, zou de Grote Rode Vlek na enkele decennia verdwenen moeten zijn," zei Pedram Hassanzadeh van de Universiteit van Harvard. "In plaats daarvan is het er al honderden jaren."

Er zijn verschillende theorieën om de levensduur ervan te verklaren. Een daarvan is dat de Red Spot-vortex in de loop van de tijd kleinere wervels absorbeert om energie te krijgen. Hassanzadeh stelde een andere voor eind 2013 - de verticale stroom in de vortex beweegt beide koude gassen omhoog van de bodem en hete gassen naar beneden vanaf de bovenkant om een ​​deel van de energie in het midden van de vortex te vernieuwen. Maar geen enkele theorie lost deze puzzel volledig op.

Het tweede mysterie van de Grote Rode Vlek is de bron van zijn opvallende kleuren. Eén theorie zegt dat de rode verkleuring wordt veroorzaakt door chemicaliën die zich onder de zichtbare wolken van Jupiter en ruim bovenin vormen. Maar sommige wetenschappers beweren dat een beweging van chemicaliën van onderaf een nog roder plekje zou creëren en ook op andere hoogten roodheid zou veroorzaken.

De nieuwste hypothese is dat de Grote Rode Vlek is als een zonnebrand op de bovenste laag van de wolken met witte of grijsachtige wolken eronder. De wetenschappers die deze theorie naar voren brengen, geloven dat de rode kleur afkomstig is van het spel van ultraviolet licht van de zon die chemicaliën zoals ammoniak en acetyleengassen in de bovenste atmosfeer van Jupiter doorbreekt. Ze testten dat effect op verschillende moleculen. In één test was de kleur heldergroen. Veel van hun resultaat hangt dus af van de vraag of hun aanname van de chemische samenstelling van de wolken juist is.

7Weervoorspellingen op Titan

Net als de aarde heeft Titan seizoenen. Dat komt omdat Titan een dichte atmosfeer heeft, de enige maan in ons zonnestelsel die die claim kan maken. Elk seizoen duurt ongeveer zeven aardse jaren, terwijl Saturnus 29 aardse jaren in beslag neemt om in de zon te cirkelen.

De seizoenen gingen het laatst over in 2009. Op het noordelijk halfrond veranderde de winter in de lente, terwijl op het zuidelijk halfrond de zomer in de herfst viel. Maar in mei 2012, tijdens het herfstseizoen op het zuidelijk halfrond, ontvingen we beelden van NASA's Cassini-ruimtevaartuig dat een enorme polaire werveling (of wervelende wolk) toonde die zich boven de zuidpool van Titan vormde. Wetenschappers waren verbaasd omdat de vortex zich ongeveer 300 kilometer (200 mijl) boven het oppervlak van de maan bevond, een gebied dat te hoog en te warm zou moeten zijn om een ​​dergelijk fenomeen te laten verschijnen.

Door de spectrale kleuren van zonlicht te analyseren die door de atmosfeer van Titan worden weerspiegeld, konden zij de handtekening van bevroren deeltjes van waterstofcyanide (HCN), een giftige samenstelling zien. Dat betekende dat de huidige modellen van Titan ongelijk hadden. De bovenste atmosfeer moet kouder zijn dan voorspeld met ongeveer 100 graden Celsius (of 200 ° F) om deze deeltjes te vormen. Dus toen de seizoenen veranderden, koelde de atmosfeer op het zuidelijk halfrond sneller af dan we hadden verwacht.

Terwijl de circulatie van de atmosfeer tijdens het wisselen van seizoenen grote hoeveelheden gas naar het zuiden trekt, concentreert HCN zich daar en koelt de lucht eromheen af. Ook zou het afnemende zonlicht in het winterseizoen het zuidelijk halfrond verder koelen.

Dit suggereert de onderzoekers dat ze nog meer mysteries zullen ontdekken wanneer de zomerzonnewende rondrijdt voor Saturnus in 2017.

6The Origin Of Ultra-High-Energy Cosmic Rays

Kosmische stralen zijn hoogenergetische straling die we niet volledig begrijpen. Een van de grootste mysteries in astrofysica is waar Ultra-High-Energy (UHE) kosmische stralen ontstaan ​​en hoe ze zo'n enorme energie benutten.

Het zijn de meest energetische deeltjes die we kennen in ons universum. Wetenschappers kunnen de korte verschijning van hoogenergetische deeltjes uit deze kosmische stralen volgen wanneer ze de bovenste atmosfeer van de aarde raken, cascade van secundaire deeltjes in een snelle explosie van radiogolven die niet langer dan enkele nanoseconden duren. Maar op aarde krijgen we gewoon geen genoeg van deze zeldzame, energierijke deeltjes om erachter te komen waar ze vandaan komen.

Op aarde is onze grootste detector slechts ongeveer 3.000 vierkante kilometer (1.000 mijl), die ongeveer zo groot is als Luxemburg of Rhode Island. Door gebruik te maken van de zeer gevoelige Square Kilometre Array (SKA), die naar verwachting de grootste radiotelescoop ter wereld zal worden, zijn wetenschappers van plan de maan in een enorme kosmische straaldetector te veranderen. De SKA gebruikt het volledige zichtbare oppervlak van de maan om radiogolfsignalen van deze deeltjes te detecteren. Wetenschappers moeten elk jaar ongeveer 165 UHE kosmische stralen kunnen volgen in plaats van de 15 die ze nu jaarlijks zien.

"Kosmische stralen bij deze energieën zijn zo zeldzaam dat je een enorme detector nodig hebt om een ​​aanzienlijk aantal te verzamelen", zei Dr. Justin Bray van de Universiteit van Southampton. "Maar de maan overschaduwt elke deeltjesdetector die tot nu toe is gebouwd. Als we dit kunnen laten werken, zou het ons de beste kans moeten geven om erachter te komen waar ze vandaan komen. "

5Radio Dark Spots op Venus

Venus heeft een hete, bewolkte, dichte atmosfeer die het oppervlak afschermt van het zicht op een baanerend ruimtevaartuig in zichtbaar licht. Tot op heden was de enige manier om het oppervlak in kaart te brengen, radar door de wolken te sturen en het van het planeetoppervlak te reflecteren om hoogten te meten. We hebben ook radio-emissies waargenomen van het hete oppervlak van de planeet.

Toen NASA's ruimtevaartuig Magellan 20 jaar geleden voor het laatst bezocht heeft, hebben we twee mysteries ontdekt die nog moeten worden opgelost. Ten eerste, hoe hoger de hoogte op Venus, hoe beter (of "helderder") de radiogolven van het oppervlak reflecteren. Iets soortgelijks gebeurt op aarde, maar met zichtbaar licht. Dat betekent dat we op hogere hoogten koelere temperaturen zien. Bedenk hoe het warme oppervlak van de aarde op een bergtop overgaat in ijs en sneeuw. Dat is ons oplichtend patroon in zichtbaar licht.

Om hetzelfde effect op Venus te krijgen als we het oppervlak niet in zichtbaar licht kunnen zien, geloven wetenschappers dat er een chemisch verweringsproces kan zijn dat afhangt van de temperatuur of een soort neerslag van zware metalen die werkt als een zware metaalvorst.

Het tweede mysterie is dat we donkere radiospots krijgen op de hoogste hoogten op het aardoppervlak. Wetenschappers zagen bijvoorbeeld lagere radarreflecties op 2.400 meter (8.000 ft) hoogten dan een snelle opheldering (of toename in radiobezinning) toen de hoogtes opliep tot 4.500 meter (14.750 ft). Maar op een hoogte van 4.700 meter (15,500 voet), kregen ze veel meer zwarte vlekken, soms met een nummering in de honderden. Die plaatsen worden radiozwart.

4 Grote klonters in de F-ring van Saturnus

Bij het vergelijken van de recente gegevens van NASA's ruimtevaartuig Cassini met de gegevens van de Voyager van NASA 30 jaar eerder, ontdekten wetenschappers een scherpe daling in heldere bosjes in de F-ring van Saturnus (hoewel het totale aantal klonten hetzelfde bleef). De F-ring lijkt voortdurend te veranderen, soms binnen enkele dagen. "Het is een onweerstaanbaar mysterie voor ons om te onderzoeken," zei Robert French van het SETI Institute in Californië.

Sommige ringen van Saturnus zijn samengesteld uit stukken ijs die zo groot kunnen zijn als rotsblokken. Maar de F-ring bestaat uit ijsdeeltjes die zo klein zijn als stofdeeltjes (wetenschappers noemen het een "stoffige ring"). Het zou op een lichte mist lijken als je ernaar zou kijken.

Soms klonteren ijsdeeltjes in de buurt van de ring samen tot enorme sneeuwballen van de bergen, maanslarven genoemd. Wanneer deze moonlets met de F-ring in botsing komen, wat op elke baan kan gebeuren, gedragen ze zich als botsauto's die de ijsdeeltjes verpulveren die de ring al bevatten. Dat zorgt voor heldere bosjes.

Maar het leven en de dood van deze maanbloemen kan worden bepaald door hoe de baan van Prometheus, een van de manen van Saturnus, overeenkomt met de F-ring. Soms zorgt die uitlijning voor de aanmaak van moonlets en soms vernietigt het degenen die al zijn gemaakt. Het aantal moonlets kan het aantal heldere klonten direct beïnvloeden. Dat is tenminste één theorie.

Een andere theorie is dat de F-ring nieuwer is dan we dachten en werd gemaakt toen een grotere ijsmaan uiteen werd gescheurd. In dat geval verandert de F-ring gewoon terwijl hij evolueert. Onze wetenschappers zullen niet weten welke theorie, als een van beide, correct is totdat we meer gegevens krijgen van het observeren van de F-ring in de loop van de tijd.

3Europa's ontbrekende geisers

Dit is weer een buitenaards wezen. Wetenschappers verklaarden eind 2013 dat NASA's Hubble-ruimtetelescoop 200 kilometer-hoge (120 mijl) geisers had gedetecteerd die vanuit de zuidpool van Europa, de ijsmaan van Jupiter, de lucht in schoten. Plots leek de zoektocht naar buitenaards leven mogelijk gemakkelijker. Een orbitale sonde heeft mogelijk door de geisers kunnen vliegen en de ondergrondse oceaan van Europa kunnen verkennen op tekenen van leven zonder op het ijzige oppervlak te landen.

Maar follow-upobservaties vinden geen waterdamp en een heranalyse van oudere gegevens heeft vragen doen rijzen over de vraag of de geisers er ooit waren. Sommige wetenschappers beweren dat Hubble in oktober 1999 en november 2012 geen geisers heeft ontdekt, dus we hebben altijd geweten dat geisers van voorbijgaande aard zijn op Europa.

Voor nu is de ontdekking van geisers een mysterie geworden. Nu NASA verwacht een robotische sonde naar Europa te sturen, is het belangrijk om te weten te komen of de geisers echt zijn, zodat ze hun instrumenten dienovereenkomstig kunnen ontwerpen.

2Mars methaan-burps

NASA's Curiosity rover heeft niet consequent methaan op Mars gesnoven, maar af en toe een boer na acht maanden is wetenschappers weer enthousiast maken. Op aarde wordt meer dan 90 procent van het methaan in onze atmosfeer geproduceerd door levende wezens. Dat is waarom wetenschappers graag willen weten waar het methaan van Mars vandaan komt en wat de oorzaak is van de incidentele uitstoot in de atmosfeer.

Er zijn verschillende mogelijkheden. Een daarvan is de aanwezigheid van methanogenen, dat zijn microben die methaan produceren. Het is ook mogelijk dat koolstofrijke meteorieten de atmosfeer van Mars als een organische bom treffen en methaan afgeven wanneer de ultraviolette straling van de zon de koolstof tot extreme temperaturen verwarmt. Er zijn ook veel meer theorieën.

Het tweede mysterie is waarom het methaan van Mars blijft verdwijnen. Toen ons ruimtevaartuig in de omgeving geen methaan meer kon vinden nadat het aanvankelijk was gedetecteerd, klopte het niet. Volgens de wetenschap zoals we het begrijpen, kan methaan niet binnen een paar jaar verdwijnen. Het wordt verondersteld ongeveer 300 jaar in de atmosfeer stabiel te zijn.

Dus dat deed de vraag rijzen of we het gas überhaupt wel hadden gedetecteerd. Maar sommige van de incidentele pieken waren onmiskenbaar. Dus misschien blaast de wind het methaan voorbij het detectiegebied van Curiosity, hoewel dat bepaalde bevindingen niet verklaart in een baan rond een ruimtevaartuig.

1Life op Ceres

NASA ruimtevaartuig Dawn is in nadering om Ceres, een Texas-sized dwergplaneet in ons zonnestelsel, in maart 2015 te bezoeken. Bijna alles over Ceres is een mysterie, dus het is een goed schot dat we verrast zullen zijn. In tegenstelling tot protoplaneet Vesta, die Dawn zojuist heeft onderzocht, zijn er geen meteorieten gekoppeld aan Ceres om ons van tevoren te helpen bij het ontsluiten van zijn geheimen.

Hoewel Vesta meestal droog is, wordt verondersteld dat Ceres gemaakt is van steen en ijs, mogelijk met een oceaan onder zijn ijskoude oppervlak. Er wordt aangenomen dat water ongeveer 40 procent van zijn volume omvat. Met uitzondering van de aarde heeft Ceres het meeste water van elk planetair lichaam in ons innerlijke zonnestelsel. We weten gewoon niet hoeveel ervan vloeibaar is. Misschien zal Dawn ons vertellen waarom Ceres zoveel water heeft, als het inderdaad zo is, en waarom het zo anders is dan Vesta.

Zowel Ceres als Vesta kunnen belangrijke informatie opleveren over het leven op onze planeet. In feite is dat een van de meest fascinerende mysteries over Ceres. Kan het of kan het leven ondersteunen?

Voor zover onze wetenschap weet, zijn er drie belangrijke componenten nodig voor het leven: een bron van energie, vloeibaar water en chemische bouwstenen zoals koolstof. Naast het hebben van water, is Ceres dicht genoeg bij de zon om een ​​behoorlijke hoeveelheid zonneverwarming te ontvangen. We weten niet of het een interne warmtebron heeft. We kunnen ook niet zeker zijn of het de chemicaliën heeft om het leven te produceren zoals we het kennen.

Er is zelfs een theorie dat het leven op aarde mogelijk afkomstig is van Ceres. Als de aarde werd gesteriliseerd door inslagen van andere lichamen, en Ceres een leven had dat overleefde, dan zou Ceres onze planeet opnieuw bezaaid hebben met zijn leven toen brokken Ceres braken en botsten tegen de aarde.