尤利西斯星际尘埃测量结果揭晓

主题：天文学天体物理学宇宙学马克斯·普朗克研究所尤利西斯

By马克斯·普朗克研究所十月21，

聚焦的微小研究对象：任务的目标之一是测量进入太阳系的星际尘埃颗粒。图片来源：欧空局

来自马克斯普朗克研究所和国际空间科学研究所的研究人员分析了尤利西斯星际尘埃测量结果，发现尘埃颗粒的变化比以前想象的要强烈。

1990年，当太阳探测器尤利西斯（Ulysses）开始其长达的探索之旅时，参与的研究人员不仅将注意力转向我们的太阳，而且还转向了更小的研究对象：星际尘埃颗粒从太空深处推进到我们的太阳系。尤利西斯是第一个以测量这些小访客为目标的任务，并成功探测到其中的900多个。在哥廷根马克斯普朗克太阳系研究所和伯尔尼国际空间科学研究所的领导下，研究人员现在在三篇文章中对这一最大的星际粒子数据集进行了全面分析。他们的结论是：在太阳系内，尘埃粒子的速度和飞行方向的变化可能比以前想象的更强烈。

我们的太阳系永远穿过银河系。大约10万年来，它一直穿过本地星际云，这是一团直径约30光年的星际物质云。来自这朵云的微观尘埃颗粒进入我们太阳系的内部。对于研究人员来说，他们是来自太空深处的信使，提供有关我们更遥远的宇宙家园的基本信息。过去，有几艘航天器已经识别和表征了这些“新来者”。这些航天器包括伽利略号和卡西尼号，它们前往气体行星木星和土星，以及星尘任务，它在将捕获的星际尘埃颗粒返回地球。

“尽管如此，我们现在首次全面评估了来自尤利西斯的数据，是独一无二的，”尤利西斯粉尘探测器首席研究员、MPS的Harald Krüger解释说。来，该仪器几乎不间断地检查了来自太阳系外的粒子流。与此相比，其他特派团只提供快照。“此外，尤利西斯的观测位置是最佳的，”ISSI的Veerle Sterken说，他与哈拉尔德克鲁格一起领导了分析。尤利西斯是迄今为止唯一一艘离开行星轨道平面并飞越太阳两极的航天器。虽然我们的行星系统内产生的行星际尘埃集中在轨道平面上，但星际尘埃可以在该平面之外很好地测量。

“在太阳和行星际磁场的影响下，尘埃粒子改变了它们的轨迹，”MPS的Peter Strub解释说。根据粒子的质量，太阳的引力和辐射压力以及太阳系内的行星际磁场会改变它们的飞行方向和速度。“由于太阳，特别是行星际磁场受到大约十二年的周期，只有长期的测量才能真正揭示这种影响，”研究人员补充说。

从900多个粒子的数据中，研究人员可以提取迄今为止关于星际尘埃的质量，大小和飞行方向的最详细的信息。计算机模拟有助于理解太阳和行星际磁场的各种贡献，并将它们分开。

该研究证实了早期的分析，根据该分析，星际尘埃总是以大致相同的方向穿过太阳系。它对应于太阳系和本地星际云相对彼此移动的方向。“与这个主要方向的微小偏差取决于粒子的质量和太阳的影响，”斯特鲁布说。

然而，在，出现了一幅不同的画面：远行的颗粒从一个改变的方向到达粉尘探测器。“我们的模拟表明，这种效应可能是由于太阳和行星际磁场的变化，”ISSI的Veerle Sterken说，他进行了模拟并领导了数据的解释。“局部星际云内部的初始条件改变可能不是原因。

研究人员还仔细研究了颗粒的大小和性质。虽然大多数尘埃颗粒的直径在半到0.05微米之间，但也有一些非常大的几微米大小的标本。“借助地球的地面观测来表征太阳系外尘埃的努力并没有显示出如此大的尺寸，”Krüger说。作为回报，天文学家通常用望远镜发现的非常小的粒子在尤利西斯的测量中是找不到的。正如计算机模拟所显示的那样，与它们的质量相比，这些微小的粒子在太阳系内变得强烈带电，被偏转，从而过滤掉主要的星际尘埃流。

模拟还表明，奇异的粉尘密度低，因此是多孔的。“尤利西斯的粉尘探测器不能直接测量颗粒的内部结构，”Sterken说。“但是，在计算机上，我们可以尝试不同的密度。使用多孔颗粒，可以最好地重建观测数据“，比利时科学家补充道。

星际粒子的组成无法用尤利西斯号上的尘埃仪器确定。然而，这是在海德堡马克斯普朗克核物理研究所开发的卡西尼号航天器上的后继仪器。它的测量将允许对星际粒子的起源和演化有全新的见解。因此，使用尘埃探测器进行测量可以观察局部星际云，否则只能通过地球的观测来研究。未来，尘埃研究人员希望向欧洲航天局提出太空任务，以调查星际尘埃。

出版物：

哈拉尔德·克鲁格等人，“来尤利西斯在太阳系中的星际尘埃测量。I. 质量分布和气尘质量比，“ApJ， ， 812， 139;doi：10.1088/0004-637X/812/2/139彼得·斯特鲁布等人，“来尤利西斯在太阳系中的星际尘埃测量。II. 数据中尘埃流的波动，“ApJ，，812，140;doi：10.1088/0004-637X/812/2/140Veerle J. Sterken等人，“来尤利西斯在太阳系中测量的星际尘埃。III.模拟和数据揭示了对局部星际尘埃的新见解，“ApJ，，812，141;doi：10.1088/0004-637X/812/2/141