Qu'ont en commun les étoiles filantes et la sécurité des astronautes ?

Les deux proviennent des fragments de roche submicroscopiques trouvés dans tout le système solaire, parfois appelée poussière interplanétaire.

Lorsque ces particules entrent en collision avec l'atmosphère terrestre, ils créent des météores, mieux connu sous le nom d'étoiles filantes, à mesure que les fragments (généralement) microscopiques se vaporisent et laissent des traînées enflammées dans l'air. Quand ils entrent en collision avec des astronautes, ils peuvent percer des trous dans les combinaisons spatiales, ou pire. Comprendre les sources et les modèles de cette poussière interplanétaire est donc très important pour la NASA, car il prévoit des missions sur la lune, Mars et au-delà.

Lors de ses révolutions autour du soleil, le vaisseau spatial Parker Solar Probe, la mission se rapprochant plus du soleil que tout dans l'histoire de l'espace, est bombardé par ces particules de poussière. En s'écrasant sur le vaisseau spatial, les minuscules grains - certains aussi petits qu'un dix millième de millimètre de diamètre - se vaporisent et libèrent un nuage de particules chargées électriquement qui peuvent être détectées par FIELDS, une suite d'instruments conçus pour détecter les champs électriques et magnétiques.

Une paire d'articles publiés cette semaine dans Le Journal des sciences planétaires utilisez les données FIELDS pour observer de près le "nuage zodiacal, " le terme collectif pour ces minuscules particules.

"Chaque système solaire a un nuage zodiacal, et nous pouvons réellement explorer le nôtre et comprendre comment cela fonctionne, " a déclaré Jamey Szalay, un chercheur associé en sciences astrophysiques à Princeton qui est l'auteur principal de l'un des articles. « Comprendre l'évolution et la dynamique de notre nuage zodiacal nous permettra de mieux comprendre chaque observation zodiacale que nous avons vue autour de tout autre système solaire. »

Le nuage zodiacal diffuse la lumière du soleil d'une manière visible à l'œil nu, mais seulement sur très sombre, nuits claires, comme le clair de lune ou la lumière des villes l'éclipsent facilement. Le plus épais près du soleil et le plus fin près des bords du système solaire, le nuage zodiacal semble lisse à l'œil nu, mais les longueurs d'onde infrarouges révèlent des stries et des rubans brillants qui peuvent être retracés jusqu'à leurs sources :les comètes et les astéroïdes.

Avec les données des six premières orbites de Parker, ainsi que la modélisation informatique du mouvement des particules dans le système solaire interne, Szalay et ses collègues ont démêlé ces traînées et ces rubans pour révéler deux populations différentes de poussière dans le nuage zodiacal :connu sous le nom d'alpha-météoroïdes; puis, à mesure que le nuage tourbillonnant devient plus dense, les grains plus gros entrent en collision et créent des fragments de plus en plus petits appelés bêta-météoroïdes qui sont ensuite repoussés du soleil par la pression de la lumière du soleil.

Oui, lumière du soleil.

Et pas seulement un petit coup de coude, Soit. "Quand un fragment devient assez petit, la pression de rayonnement - la lumière solaire - est en fait assez forte pour la souffler hors du système solaire, " dit Szalay.

"L'existence de ces grains minuscules a été rapportée à plusieurs reprises à partir de mesures de poussières de vaisseaux spatiaux dédiées dans la région entre la Terre et Mars, mais jamais dans le système solaire intérieur où ces particules étaient censées provenir, " a déclaré Harald Krüger, un expert de la poussière zodiacale avec l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire et un co-auteur de l'article de Szalay. "Ainsi, l'instrument FIELDS offre une nouvelle fenêtre pour étudier ces particules de poussière entraînées par la lumière solaire à proximité de leur région source."

FIELDS a également détecté un flux étroit de particules qui semblaient provenir d'une source discrète, formant une structure délicate dans le nuage de poussière zodiacal. Pour comprendre cette troisième composante, Szalay remonte aux origines de la poussière zodiacale :les comètes et les astéroïdes.

Comètes, boules de neige remplies de poussière voyageant à travers notre système solaire en long, orbites elliptiques, éjectent de grandes quantités de poussière lorsqu'ils s'approchent suffisamment du soleil pour commencer à vaporiser leur glace et leur glace sèche. Astéroïdes, gros et petits rochers en orbite autour du soleil entre Mars et Jupiter, libèrent de la poussière lorsqu'ils entrent en collision les uns avec les autres. Certains de ces grains sont renversés dans n'importe quelle direction, mais la plupart sont piégés dans les orbites de leur corps parent, expliqua Szalay, ce qui signifie qu'au cours de milliers d'orbites, la piste d'une comète ressemble plus à une route de gravier qu'à un chemin vide avec un orbe brillant et une traînée lumineuse. (Sur des millions d'orbites, les grains se disperseront au-delà de leur trajectoire orbitale, fusionnant dans le nuage de fond zodiacal.)

Szalay appelle ces chemins parsemés de poussière des « tubes » de débris cométaires ou astéroïdes. "Si la Terre traverse ce tube en quelque endroit que ce soit, nous obtenons une pluie de météores, " il a dit.

Il a émis l'hypothèse que la sonde solaire Parker pourrait avoir traversé l'un d'entre eux. "Peut-être qu'il y a un tube dense que nous n'aurions tout simplement pas pu observer autrement que par Parker volant littéralement à travers et se faisant sablé par lui, " il a dit.

Mais les tubes les plus proches du chemin de Parker ne semblaient pas avoir assez de matériel pour provoquer le pic de données. Alors Szalay a proposé une autre théorie. Peut-être l'un de ces tubes météoroïdes - très probablement les Géminides, qui, chaque mois de décembre, provoque l'une des pluies de météores les plus intenses de la Terre – entre en collision à grande vitesse contre le nuage zodiacal intérieur lui-même. Les impacts entre le tube et la poussière zodiacale pourraient produire de grandes quantités de bêta-météoroïdes qui ne décollent pas dans des directions aléatoires, mais sont concentrés dans un ensemble étroit de chemins.

"Nous avons appelé cela un" flux bêta, ' qui est une nouvelle contribution au domaine, " a déclaré Szalay. " Ces flux bêta devraient être un processus physique fondamental sur tous les disques planétaires circumstellaires. "

"L'un des aspects importants de cet article est le fait que Parker Solar Probe est le premier vaisseau spatial qui atteint si près du Soleil qu'il pénètre les régions où les collisions mutuelles de particules sont les plus fréquentes, " a déclaré Petr Pokorný, un modélisateur de nuages ​​zodiacaux avec la NASA et l'Université catholique d'Amérique, qui était co-auteur de l'article de Szalay. "Les collisions mutuelles de particules sont importantes non seulement dans notre système solaire, mais dans tous les systèmes exosolaires. Cet article donne à la communauté des mannequins un aperçu unique de ce territoire jusque-là inexploré."

"Parker a essentiellement connu sa propre pluie de météores, " dit Szalay. " Soit il a volé à travers l'un de ces tubes de matière, ou il a volé à travers un flux bêta."

Le flux a également été repéré par Anna Pusack, puis un premier cycle à l'Université du Colorado-Boulder. "J'ai vu cette forme en forme de coin dans mes données, et mon conseiller, David Malaspina, m'a suggéré de présenter le travail à Jamey, " dit-elle. " La forme en coin semblait indiquer une forte pulvérisation, ou ce que Jamey a appelé un bêta-stream dans ses nouveaux modèles, de petites particules frappant le vaisseau spatial d'une manière très dirigée. C'était incroyable pour moi, relier les données que j'avais analysées aux travaux théoriques effectués à l'autre bout du pays. Pour un jeune scientifique, cela a vraiment suscité toute l'excitation et les possibilités qui peuvent découler du travail collaboratif."

Pusack est l'auteur principal de l'article publié conjointement avec celui de Szalay. "Ces papiers vont vraiment de pair, " dit-elle. " Les données supportent les modèles, et les modèles aident à expliquer les données."

"C'est une contribution formidable à notre compréhension du nuage zodiacal, l'environnement de poussière proche du soleil plus largement, et les risques de poussière pour la mission Parker Solar Probe de la NASA, " a déclaré David McComas, professeur de sciences astrophysiques à l'Université de Princeton et vice-président du Princeton Plasma Physics Laboratory, qui est le chercheur principal pour ISʘIS, un autre instrument à bord de Parker Solar Probe, et pour la prochaine mission Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP).