سحابة غبار بين الكواكب

تتكون سحابة الغبار بين الكواكب، أو السحابة البروجية (باعتبارها مصدر ضوء البروج)، من غبار كوني ( جسيمات صغيرة تطفو في الفضاء الخارجي ) ينتشر في الفضاء بين الكواكب ضمن الأنظمة الكوكبية ، مثل النظام الشمسي . ^{[ 2 ]} وقد دُرست هذه الجسيمات لسنوات عديدة لفهم طبيعتها وأصلها وعلاقتها بالأجرام السماوية الأكبر. وهناك عدة طرق لقياس الغبار الفضائي .

في النظام الشمسي، تلعب جزيئات الغبار بين الكواكب دورًا في تشتيت ضوء الشمس وإصدار الإشعاع الحراري ، الذي يُعدّ أبرز سمات إشعاع السماء ليلًا ، بأطوال موجية تتراوح بين 5 و50 ميكرومترًا . ^{[ 3 ]} يتراوح حجم حبيبات الغبار التي تُميّز انبعاث الأشعة تحت الحمراء بالقرب من مدار الأرض عادةً بين 10 و100 ميكرومتر. ^{[ 4 ]} كشفت الفوهات النيزكية المجهرية على صخور القمر التي أعادها برنامج أبولو ^{[ 5 ]} عن توزيع أحجام جزيئات الغبار الكوني التي تقصف سطح القمر. يصف توزيع "غرون" للغبار بين الكواكب عند وحدة فلكية واحدة ^{[ 6 ]} تدفق الغبار الكوني من أحجام نانومترية إلى أحجام مليمتراتية عند وحدة فلكية واحدة.

تبلغ الكتلة الإجمالية لسحابة الغبار بين الكواكب ما يقارب3.5 × 10^ ¹⁶  كجم ، أو كتلة كويكب نصف قطره 15  كم (بكثافة تبلغ حوالي 2.5 جم/سم ^{^3} ). ^{[ 7 ]} تقع سحابة الغبار هذه على امتداد دائرة البروج على طول مسار الشمس ، ويمكن رؤيتها كضوء البروج في سماء مظلمة طبيعية خالية من القمر، ويُفضل رؤيتها باتجاه الشمس خلال الشفق الفلكي .

ربطت عمليات الرصد التي أجرتها المركبة الفضائية بايونير في سبعينيات القرن الماضي الضوء البروجي بسحابة الغبار بين الكواكب في النظام الشمسي. ^{[ 8 ]} كما صُمم جهاز VBSDC على متن مسبار نيو هورايزونز لرصد اصطدامات الغبار من السحابة البروجية في النظام الشمسي. ^{[ 9 ]}

تشمل مصادر جزيئات الغبار بين الكواكب (IDPs) على الأقل: اصطدامات الكويكبات، ونشاط المذنبات واصطداماتها في النظام الشمسي الداخلي، واصطدامات حزام كايبر ، وحبيبات الوسط بين النجوم (باكمان، د.، 1997). لطالما كانت أصول السحابة البروجية موضع جدل حاد في مجال علم الفلك.

كان يُعتقد أن الجسيمات بين الكواكب قد نشأت من المذنبات أو الكويكبات التي انتشرت جزيئاتها في جميع أنحاء السحابة. ومع ذلك، أشارت ملاحظات لاحقة إلى أن عواصف الغبار المريخية قد تكون مسؤولة عن تكوين السحابة البروجية. ^{[ 10 ] [ 2 ]}

العمليات الفيزيائية الرئيسية "التي تؤثر" (آليات التدمير أو الطرد) على جزيئات الغبار بين الكواكب هي: الطرد عن طريق ضغط الإشعاع ، وسحب الإشعاع الداخلي بوينتينغ-روبرتسون (PR) ، وضغط الرياح الشمسية (مع تأثيرات كهرومغناطيسية كبيرة)، والتسامي ، والتصادمات المتبادلة، والتأثيرات الديناميكية للكواكب (باكمان، د.، 1997).

عمر جزيئات الغبار هذه قصير جدًا مقارنةً بعمر النظام الشمسي. فإذا عُثر على حبيبات غبار حول نجم يزيد عمره عن عشرة ملايين سنة تقريبًا، فلا بد أن تكون هذه الحبيبات ناتجة عن شظايا حديثة الانطلاق من أجسام أكبر، أي أنها ليست حبيبات متبقية من القرص الكوكبي الأولي (باكمان، مراسلة شخصية). لذا، تُصنف هذه الحبيبات ضمن غبار "الأجيال اللاحقة". يتكون غبار البروج في النظام الشمسي من 99.9% من غبار الأجيال اللاحقة و0.1% من غبار الوسط بين النجوم المتداخل . وقد أُزيلت جميع الحبيبات البدائية التي تشكلت مع النظام الشمسي منذ زمن بعيد.

تُعرف الجسيمات التي تتأثر بشكل أساسي بضغط الإشعاع باسم "نيازك بيتا". وهي عموماً أقل من 1.4 × 10⁻¹² ^غرام  ، وتُدفع من الشمس إلى الفضاء بين النجوم. ^{[ 11 ]}

تتميز سحابة الغبار بين الكواكب ببنية معقدة (ريتش، دبليو، 1997). وبالإضافة إلى الكثافة الأساسية، تشمل هذه البنية ما يلي:

• ثمانية مسارات غبار على الأقل - يُعتقد أن مصدرها هو المذنبات قصيرة الدورة .
• توجد عدة نطاقات غبارية، يُعتقد أن مصادرها هي عائلات الكويكبات في حزام الكويكبات الرئيسي . تنشأ أقوى ثلاث نطاقات من عائلة ثيميس ، وعائلة كورونيس ، وعائلة إيوس . تشمل عائلات المصادر الأخرى ماريا ، وإيونوميا ، وربما فيستا و/أو هيجيا (ريتش وآخرون، 1996).
• من المعروف وجود حلقتين غباريتين رنينيتين على الأقل (على سبيل المثال، حلقة الغبار الرنانة للأرض، على الرغم من أنه يُعتقد أن كل كوكب في النظام الشمسي لديه حلقة رنانة مع "أثر") (جاكسون وزوك، 1988، 1992) (ديرموت، إس إف وآخرون، 1994، 1997).

حلقات من الغبار

وُجد أن الغبار بين الكواكب يُشكّل حلقات غبارية في مداري عطارد والزهرة. ^{[ 13 ]} ويُشتبه في أن حلقة الغبار المدارية حول الزهرة تنشأ إما من كويكبات لم تُكتشف بعد تتبع الزهرة، ^{[ 13 ]} أو من غبار بين الكواكب ينتقل على شكل موجات من مدار إلى آخر، أو من بقايا القرص المحيط بالنظام الشمسي ، الذي تشكّل منه قرصه الكوكبي الأولي ، ثم النظام الشمسي نفسه . ^{[ 14 ]}

في عام 1951، تنبأ فريد ويبل بأن النيازك الدقيقة التي يقل قطرها عن 100 ميكرومتر قد تتباطأ عند اصطدامها بالغلاف الجوي العلوي للأرض دون أن تنصهر. ^{[ 15 ]} بدأ العصر الحديث للدراسة المختبرية لهذه الجسيمات برحلات جمع العينات في طبقة الستراتوسفير التي قام بها دونالد إي. براونلي وزملاؤه في سبعينيات القرن الماضي باستخدام البالونات ثم طائرات يو-2 . ^{[ 16 ]}

على الرغم من أن بعض الجسيمات المكتشفة كانت مشابهة للمواد الموجودة في مجموعات النيازك الحالية، إلا أن الطبيعة النانوية المسامية والتركيب الكوني غير المتوازن لجسيمات أخرى تشير إلى أنها بدأت كتجمعات دقيقة الحبيبات من لبنات بناء غير متطايرة وجليد المذنبات. ^{[ 17 ] [ 18 ]} وقد تم التحقق لاحقًا من الطبيعة بين الكواكب لهذه الجسيمات من خلال رصد الغازات النبيلة ^{[ 19 ]} ومسارات التوهجات الشمسية ^{[ 20 ]} .

في هذا السياق، تم تطوير برنامج لجمع هذه الجسيمات من الغلاف الجوي وحفظها في مركز جونسون للفضاء في تكساس. ^{[ 21 ]} وتُعد هذه المجموعة من النيازك الدقيقة في طبقة الستراتوسفير، إلى جانب الحبيبات ما قبل الشمسية من النيازك، مصادر فريدة للمواد خارج الأرض (ناهيك عن كونها أجسامًا فلكية صغيرة بحد ذاتها) متاحة للدراسة في المختبرات اليوم.

تشمل المركبات الفضائية التي حملت أجهزة كشف الغبار هيليوس ، وبيونير 10 ، وبيونير 11 ، ويوليسيس (مدار مركزي شمسي يصل إلى مسافة كوكب المشتري)، وجاليليو (مدار كوكب المشتري)، وكاسيني (مدار زحل)، ونيو هورايزونز (انظر عداد الغبار الطلابي فينيشيا بيرني ).

تحجب سحابة الغبار بين الكواكب الشمسية ضوء الخلفية خارج المجرة ، مما يجعل عمليات الرصد من النظام الشمسي الداخلي محدودة للغاية. ^{[ 12 ]}

نُشرت مجموعات من المقالات الاستعراضية حول جوانب مختلفة من الغبار بين الكواكب والمجالات ذات الصلة في الكتب التالية:

في عام ١٩٧٨، قام توني ماكدونيل بتحرير كتاب "الغبار الكوني " ^{[ ٢٢ ]} الذي تضمن فصولًا ^{[ ٢٣ ]} حول المذنبات، بالإضافة إلى الضوء البروجي كمؤشر على الغبار بين الكواكب، والنيازك، والغبار بين النجوم، ودراسات الجسيمات الدقيقة باستخدام تقنيات أخذ العينات، ودراسات الجسيمات الدقيقة باستخدام الأجهزة الفضائية. كما يُولي الكتاب اهتمامًا لتآكل سطح القمر والكواكب الناتج عن الاصطدام، وجوانب ديناميكيات الجسيمات، وتقنيات التسارع وعمليات الاصطدام عالية السرعة المستخدمة في المحاكاة المختبرية للتأثيرات الناتجة عن النيازك الدقيقة.

في عام 2001، نشر إيبرهارد غرون ، وبو غوستافسون، وستان ديرموت، وهوغو فيشتيغ كتاب " الغبار بين الكواكب ". ^{[ 24 ]} تشمل المواضيع التي تم تناولها ^{[ 25 ]} ما يلي: المنظورات التاريخية؛ غبار المذنبات؛ البيئة القريبة من الأرض؛ النيازك والشهب؛ خصائص الغبار بين الكواكب، والمعلومات المستقاة من العينات المجمعة؛ القياسات الموضعية للغبار الكوني؛ النمذجة العددية لبنية سحابة البروج؛ توليف الملاحظات؛ الأجهزة؛ العمليات الفيزيائية؛ الخصائص البصرية للغبار بين الكواكب؛ التطور المداري للغبار بين الكواكب؛ الغبار المحيط بالكواكب، والملاحظات والفيزياء البسيطة؛ الغبار بين النجوم وأقراص الغبار المحيطة بالنجوم.

في عام ٢٠١٩، جمع كلٌّ من رافائيل رودريغو، ويورغن بلوم، وهسيانغ-وين هسو، وديتليف ف.  كوشني، وآني-شانتال ليفاسور-ريغورد ، وخيسوس مارتين-بينتادو، وفيرلي ج  . ستيركن، وأندرو ويستفال، مراجعاتٍ في كتاب " الغبار الكوني من المختبر إلى النجوم" . ^{[ ٢٦ ]} يتضمن الكتاب مناقشات ^{[ ٢٧ ]} حول الغبار في بيئاتٍ مختلفة: من الأغلفة الجوية للكواكب والأجرام السماوية الخالية من الهواء، مرورًا بالغبار بين الكواكب، والنيازك، وغبار المذنبات، والانبعاثات من الأقمار النشطة، وصولًا إلى الغبار بين النجوم والأقراص الكوكبية الأولية. كما يناقش الكتاب تقنيات ونتائج بحثية متنوعة، تشمل القياسات الموضعية، والمراقبة عن بُعد، والتجارب والنمذجة المختبرية، وتحليل العينات المُسترجعة.

• القرص المحيط بالنجم
• غبار كوني
• الوسط بين الكواكب
• تربة المريخ
• عواصف ترابية على سطح المريخ
• ميكروميتيورويد
• غبار إكسوزوديكال
• ضوء الأبراج

• جاكسون، أ.أ.؛ زوك، هـ.أ. (1988). "حلقة غبار في النظام الشمسي والأرض هي راعيتها" . مجلة نيتشر . 337 (6208): 629-631 . Bibcode : 1989Natur.337..629J . doi : 10.1038/337629a0 . S2CID 4351090 . 
• جاكسون، أ.أ.؛ زوك، هـ.أ. (1992). "التطور المداري لجزيئات الغبار من المذنبات والكويكبات" . إيكاروس . 97 (1): 70-84 . Bibcode : 1992Icar...97...70J . doi : 10.1016/0019-1035(92)90057-E .
• ماي، برايان هارولد (2008). دراسة استقصائية للسرعات الشعاعية في سحابة الغبار البروجي (أطروحة دكتوراه) . نيويورك: سبرينغر. hdl : 10044/1/1333 . ISBN 978-0-387-77705-4.
• باكمان، دانا (1997). "ورشة عمل إكسوزودي، ناسا-أيمز، 23-25 ​​أكتوبر 1997". انبعاثات البروج الخارجية - تقرير لجنة دراسة ناسا .
• تقرير لجنة ناسا حول الانبعاثات الفلكية خارج المجموعة الشمسية
• ديرموت، إس إف؛ جايرامان، إس؛ شو، واي إل؛ غوستافسون، إيه إيه إس؛ ليو، جيه سي (30 يونيو 1994). "حلقة غبار كويكب محيطة بالشمس في رنين متزامن مع الأرض". مجلة نيتشر . 369 (6483): 719-723 . رمز Bibcode : 1994Natur.369..719D . doi : 10.1038/369719a0 . S2CID 4345910 . 
• ديرموت، إس إف (1997). "بصمات الكواكب في ضوء البروج". انبعاثات البروج خارج المجموعة الشمسية - تقرير لجنة دراسة ناسا .
• ليفاسور-ريجورد، أ.س. (1996). "الخواص البصرية والحرارية للغبار البروجي". فيزياء وكيمياء وديناميات الغبار بين الكواكب، سلسلة مؤتمرات الجمعية الفلكية للمحيط الهادئ، المجلد 104 ، الصفحات  301 وما بعدها.
• ريتش، دبليو. (1997). "البنية العامة لسحابة الغبار البروجي". انبعاثات البروج الخارجية - تقرير لجنة دراسة ناسا .
• ريتش، دبليو تي؛ فرانز، بي إيه؛ ويلاند، جيه إل (1997). "البنية ثلاثية الأبعاد لأحزمة الغبار البروجية". إيكاروس . 127 (2): 461-484 . Bibcode : 1997Icar..127..461R . doi : 10.1006/icar.1997.5704 .