Шест загадки в Слънчевата система, за които науката все още няма обяснение
Защо „сестрата на Земята“ се е превърнала в мъртва, безжизнена планета, колко планети всъщност има в Слънчевата система и защо короната на Слънцето е стотици пъти по-гореща от повърхността са само част от въпросите, за които науката на този етап няма обяснение за нашата Слънчева система и учените продължават да търсят тяхното решение, използвайки най-съвременните инструменти за изследване на космическото пространство.
Съвременните космически обсерватории изучават най-отдалечените кътчета на Вселената, включително и областите на реликтово излъчване, надничайки милиарди години назад в периода на Големия взрив. В същото време в „задния двор“ на нашия роден дом – в Слънчевата система – остават загадки, за които все още няма ясно и еднозначно научно обяснение. Ето шест от неразрешените въпроси (от центъра към края на системата) , които бъдещите изследователи и космически мисии ще трябва да решат.
Какво загрява слънчевата корона?
Докато повърхността на Слънцето се нагрява до приблизително 5500 °C, температурата на короната, тоест в горната разредена атмосфера на звездата на разстояние от няколко десетки хиляди километра тя може да достигне до 2 000 000 °C. Тази особеност, открита от астрономите още в средата на 19-ти век, остава загадка за изследователите и досега: отдалечавайки се от ядрения „реактор“ в центъра на звездата, логично би било температурата да спада, но тя се увеличава.
През 1869 г., по време на пълно слънчево затъмнение, астрономите за първи път са изследвали слабо светещата корона на звездата, покрита от Луната. Това наблюдение е разкрило екстремната температура, която учените първоначално са приписвали на неизвестен химичен елемент, който даже е получил свое име „короний“. По-късно станало ясно, че това въобще не е нов елемент, а обикновено желязо, но нагрято до невъобразими температури.
Едно от възможните обяснения за тази загадка е теорията за алфеновите вълни. Разпространявайки се в плазмата в посока линиите на магнитното поле на звездата, те могат да изтласкват протони и електрони над повърхността на Слънцето. Астрономите вярват, че заредените частици, причинени от това явление, могат да прехвърлят енергия в короната и да я нагряват. Но въпреки че съществуването на тези вълни на Слънцето е потвърдено от наблюдения, тяхната роля в нагряването на короната остава загадка.
Друга теория предполага, че наноизбухванията, подобни на експлозии на огромна гумена лента, разкъсват короната. Когато силовите линии на плазмата се усукват твърде много, възниква събитие, наречено магнитно повторно свързване, причиняващо експлозия и освобождаване на голямо количество енергия. Теоретично подобни събития биха могли да доведат и до нагряване на короната.
На Слънцето са открити както наноизбухвания, така и алфенови вълни, но ролята на всяко от тези явления в нагряването на короната все още не е ясна. В момента надеждите на учените са свързани с двете слънчеви обсерватории, Parker и Solar Orbiter, които работят близо до нашата звезда. Изследователите използват всяко сближаване , за да разберат повече детайли за сложните процеси в слънчевата корона.
Какво се е случило с Венера?
Венера, втората най-близка до Слънцето планета, е често наричана близнак на Земята поради сходството им по размер и маса. Но за разлика от нашата Земя , повърхността на Венера е напълно необитаема: безплодни и сухи долини са скрити под плътна газова обвивка, която оказва натиск върху повърхността на планетата 90 пъти по-силен, отколкото този на Земята. Освен това, поради парниковия ефект в атмосферата, състояща се почти изключително от въглероден диоксид с плътни облаци от сярна киселина, температурата на Венера надвишава 460 ° C.
Но учените подозират, че Венера не винаги е била толкова негостоприемна. Може би някога в миналото повърхността на планетата е била покрита от океан, създавайки благоприятни условия за живот. Преди няколко години, използвайки компютърно моделиране, учените показаха, че водната среда и комфортните за живот на живите организми условия, са можели да се запазят милиарди години, което е достатъчно дълго за еволюция.
Планетолозите, които изучават Венера, смятат, че изменението на климата на планетата е било свързано с парниковия ефект, който е довел до нагряване на планетата и изпаряване на водата. Какво може да е провокирало подобен апокалипсис остава загадка. Има две хипотези, които биха могли да обяснят тези катаклизми.
Някои изследователи разглеждат влиянието на нагряването на Слънцето: в продължение на милиарди години младата звезда е била с 30% по-малко ярка, но с увеличаването на яркостта й Венера е започнала да се затопля, превръщайки се постепенно в огнен ад. Друга хипотеза свързва образуването на плътна атмосфера с активната вулканична дейност на Венера. Огромните емисии на въглероден диоксид от недрата на планетата е възможно да са провокирали засилващ се парников ефект.
Бъдещите мисии, като предвидената от НАСА мисия DAVINCI, трябва да помогнат за възстановяването на това, което наистина се е случило на Венера. Анализът на миналото на планетата ще помогне да се идентифицират процесите, които движат глобалните екологични промени, включително еволюцията на планетарната обитаемост. Това ще помогне да се разбере дали подобни промени са възможни на Земята.
Как се е образувала Луната?
Преди да бъдат осъществени първите кацания на Луната, учени смятаха, че знаят как се е образувал спътникът на нашата планета. Преобладаващата теория беше, че частиците прах, останали в протопланетния диск след формирането на Слънцето, постепенно са се слепвали, като по този начин са се образували както планетите, така и техните спътници.
Съществуващите теории изпаднаха в немилост, когато в края на 60-те и началото на 70-те години на миналия век мисиите Аполо за първи път върнаха почвени проби от лунната повърхност. Видът и съставът на донесените проби показаха, че Луната е била разтопена повърхност по време на своето формиране и е била покрита от дълбок океан от магма десетки или стотици милиони години. Такава среда е могла да се е образува само в резултат на мощно катастрофално събитие с огромно освобождаване на енергия, но не и в резултат на бавното свързване на космически скали.
Освен това базалтовите скали в мантията на Луната се оказаха поразително подобни на базалтовите скали в мантията на Земята, а също така изотопите на кислорода и други елементи, изследвани в пробите, са съвпаднали твърде много с тези в земните породи, за да бъдат приети приликите за случайни.
Изследователите предложиха няколко алтернативни хипотези, които биха могли да обяснят тези прилики. Първо, Луната може да се е образувала като част от Земята и по-късно да се е отделила от нашата планета в резултат на неизвестно събитие. Второ, Луната може да се е образувала другаде в Слънчевата система и гравитацията на Земята просто е уловила Луната и я задържала като свой спътник.
Но най-популярната хипотеза включва сблъсък на ранната Земя с планетата Тея, която е била с размерите на Марс,. Тази “космическа катастрофа” би могла да доведе до изхвърляне на разтопена материя в орбита, от която в крайна сметка се е формирала Луната. В недрата на Земята са открити възможни следи от древен сблъсък, което се явява косвено потвърждение на тази хипотеза. Но, както и при другите алтернативните версии, в тази все още има доста неразрешени въпроси.
Защо спътник на Сатурн има атмосфера?
В Слънчевата система са открити повече от 150 спътници, но Титан е единственият с плътна атмосфера. На повърхността на този спътник на Сатурн атмосферното налягане е само с 60% по-високо от това на Земята. Това е най-близката стойност до тази на нашата планета, като например на близките до нас планети Марс и Венера, плътността на атмосферата е съответно с два порядъка по-ниска и по-висока от тази на Земята.
Атмосферата на Титан се състои основно от азот (около 95 процента) и метан (около 5 процента), заедно с малки количества други богати на въглерод съединения. В горните слоеве молекулите на метана и азота се разграждат от ултравиолетова светлина от Слънцето и високоенергийни частици, ускорени в магнитното поле на Сатурн. Части от тези молекули се рекомбинират, за да образуват сложна органична материя.
Метанът в атмосферата на Титан прави възможен сложния химически състав на атмосферата , но откъде той идва остава загадка. Тъй като слънчевата светлина непрекъснато разгражда молекулите на техните съставни части, някакъв източник трябва попълва запасите от газ, тъй като в противен случай той в крайна сметка би трябвало да се изчерпи. Изследователите подозират, че метанът може да попада в атмосферата на Титан в резултат на криовулканична дейност, но е възможно да е задействан и друг процес.
Наистина ли в Слънчевата система има девета планета?
От 2006 г. се смята, че в Слънчевата система има само осем планети. Тогава Плутон беше признат за планета джудже и най-големият обект от пояса на Кайпер, което не съответства на статута за планета. Но само десет години по-късно през 2016 г., астрономите от Caltech Майк Браун и Константин Батигин съобщиха, че освободилото се място може да бъде заето от друг космически обект, скрит в покрайнините на системата.
Анализирайки орбитите на няколко особено отдалечени обекта в Пояса на Кайпер, изследователите са открили скрита гравитация от доста масивно космическо тяло – оценено на 5 до 10 пъти по-голямо от Земята – което оказва влияние върху другите планети джуджета и на астероидите. Въпреки че учените все още не са успели да открият мистериозния обект, данните от наблюденията, базирани на изучаването на орбитите на голям брой транснептунови обекти, косвено потвърждават хипотезата.
Впрочем, съществуват и алтернативни обяснения. Например, Планета Девет всъщност може да е малка черна дупка – твърде малка, за да бъде открита, но достатъчно масивна, за да деформира пространство-времето около себе си.
Освен това, наблюдаваните ефекти могат да бъдат обяснени с помощта на теорията на модифицираната нютонова динамика (MOND). Това е хипотеза, разработена, за да обясни необичайно бързото въртене на звездите в покрайнините на галактиката.
Стандартният космологичен модел предполага съществуването на невидима тъмна материя и се смята, че нейното неравномерно разпределение между галактическия диск и неговото хало обяснява ускореното движение на звездите. В MOND при високи скорости на въртене се модифицира гравитационният закон на Исак Нютон. Същият ефект, както показва моделирането, може да влияе и на движението на космически обекти в далечните покрайнини на Слънчевата система.
Досега нито една от хипотезите няма достатъчно доказателства, за да изключи всички алтернативи. Бъдещи наблюдения с помощта на мощни наземни телескопи, проектирани и построени за изследване на пояса на Кайпер, може да сложат край на този спор.
Защо поясът на Кайпер внезапно свършва?
Поясът на Кайпер представлява огромна област от Слънчевата система, която образува пръстен около Слънцето точно отвъд орбитата на Нептун и се състои от милиони малки скалисти и метални тела. Той е много подобен на главния астероиден пояс между Марс и Юпитер. Освен миниатюрните обекти, в тази област са открити планети джуджета – най-известната от които е Плутон.
Вътрешната граница на пояса на Кайпер започва от орбитата на Нептун, на около 30 AU (астрономични единици) от Слънцето и завършва на приблизително 55 AU. от звездата. При това броят на наблюдаваните обекти на външната граница на пояса внезапно намалява, въпреки че теоретичните модели предвиждат постепенно увеличаване на броя на обектите.
Едно възможно обяснение за този ефект е, че просто все още не можем да наблюдаваме малки обекти, разположени на големи разстояния от Земята, но всъщност те са там. Тази хипотеза се потвърждава косвено от данни от космическата сонда New Horizons: която минавайки близо до предполагаемата външна граница на пояса, е открила висока плътност на прах. Тези данни показват, че поясът на Кайпер може да се простира до поне 80 AU. от Земята.
Друга версия, която обяснява малкия брой видими обекти на външната граница на системата, е съществуването на неизвестна девета планета или някаква друга, чиято гравитация е разчистила орбитата, събирайки или изхвърляйки от там астероидите и метеорите.
