10 Sonnensystem-Mysterien, die unsere besten Wissenschaftler immer noch verwirren

Trotz aller Informationen, die wir aus unseren Teleskopen und Weltraummissionen erfahren haben, gibt es in unserem Sonnensystem noch viele Rätsel zu lösen. Manchmal scheint es, je mehr wir lernen, desto mehr Geheimnisse entdecken wir.

10Der unsichtbare Schild, der die Erde umgibt

Im Jahr 1958 entdeckte James Van Allen von der University of Iowa ein Paar von Strahlungsgürteln, einen inneren und einen äußeren ringförmigen Ring, der bis zu 40.000 Kilometer über der Erde liegt und hochenergetische Elektronen und Protonen enthält. Das Magnetfeld der Erde hält diese Strahlungsgürtel in Position, aber sie schrumpfen und schwellen nach Bedarf, um auf die Energieauswürfe der Sonne in unsere Richtung zu reagieren.

Im Jahr 2013 entdeckte Daniel Baker von der University of Colorado eine dritte Struktur zwischen den inneren und äußeren Van-Allen-Strahlungsgürteln. Baker charakterisierte diese Struktur als „Speicherring“, der wie ein „unsichtbarer Schild“ hebt oder senkt, um die Wirkung von „Killerelektronen“ zu blockieren. Diese Elektronen, die sowohl für Astronauten als auch für Satellitenausrüstung gefährlich sein können, schießen um die Erde bei über 16.000 Kilometern pro Sekunde, wenn wir starke Sonnenstürme haben.

In einer Höhe von etwas mehr als 11.000 Kilometern bildet eine scharfe Grenze eine Art innerer Rand am äußeren Strahlungsgürtel, der diese Elektronen daran hindert, tiefer in unsere Atmosphäre einzudringen.

"Es ist fast so, als würden diese Elektronen im Weltraum gegen eine Glaswand laufen", sagte Baker. „Etwas wie die Schilde, die durch Kraftfelder erzeugt werden Star Trek die zur Abwehr von Alienwaffen verwendet wurden, sehen wir ein unsichtbares Schild, das diese Elektronen blockiert. Es ist ein äußerst rätselhaftes Phänomen. “

Wissenschaftler haben mehrere Theorien entwickelt, um dieses Schild zu erklären. Aber bisher funktioniert keiner von ihnen vollständig.

9Die Flyby-Anomalie

Seit wir mit der Erkundung des Weltraums begonnen haben, haben unsere Raumsonden Flyby-Manöver ausgeführt, um die Gravitationsenergie eines Planeten oder Mondes zu nutzen, um ihnen einen Geschwindigkeitsschub zu geben, wenn sie ins Weltall reisen. Diese Vorbeiflüge werden regelmäßig verwendet, um Satelliten tiefer in das Sonnensystem zu schleudern. Wissenschaftler können diese Geschwindigkeiten jedoch nicht auf einer konstanten Basis richtig einschätzen. Es gibt oft eine winzige, unerklärliche Geschwindigkeitsänderung, die als "Vorbeifluganomalie" bezeichnet wird.

Wir verfügen nur über Überwachungsgeräte, um die genauen Geschwindigkeitsunterschiede an den Vorflügen der Erde zu erkennen. Die Anomalie reichte von einer Geschwindigkeitsabnahme um 2 Millimeter pro Sekunde mit Cassini der NASA im Jahr 1999 bis zu einem Geschwindigkeitsschub von 13 Millimetern pro Sekunde mit der NEAR-Asteroiden-Sonde der NASA im Jahr 1998.

"Diese Abweichungen beeinflussen die Flugbahnen der Raumsonden nicht ernsthaft", sagte Luis Acedo Rodriguez, Physiker an der Polytechnischen Universität von Valencia. "Obwohl es sich um scheinbar kleine Mengen handelt, ist es sehr wichtig zu klären, woran sie liegen, insbesondere in der aktuellen Ära der präzisen Weltraumforschung."

Wissenschaftler haben verschiedene Ursachen vorgeschlagen, von der Sonnenstrahlung bis zur dunklen Materie, die von der Schwerkraft unseres Planeten eingefangen wird. Aber es bleibt ein Rätsel.

8Jupiters großer roter Fleck

Jupiters Great Red Spot hat mindestens zwei laufende Geheimnisse hervorgebracht. Die erste ist, wie dieses Energizer-Häschen eines Zyklons weiterläuft. Es ist ein massiver Sturm, der so groß ist, dass er mindestens zwei Erden enthalten kann. "Basierend auf aktuellen Theorien sollte der Große Rote Fleck nach mehreren Jahrzehnten verschwunden sein", sagte Pedram Hassanzadeh von der Harvard University. "Stattdessen ist es schon seit Hunderten von Jahren da."

Es gibt mehrere Theorien, um seine Langlebigkeit zu erklären. Einer ist, dass der Wirbel des roten Flecks im Laufe der Zeit kleinere Wirbel absorbiert, um Energie zu gewinnen. Hassanzadeh schlug Ende 2013 eine weitere vor. Die vertikale Strömung im Wirbel bewegt sowohl kalte Gase von unten nach unten als auch heiße Gase von oben nach oben, um einen Teil der Energie im Zentrum des Wirbels zu erneuern. Aber keine Theorie löst dieses Rätsel vollständig.

Das zweite Geheimnis des Großen Roten Flecks ist die Quelle seiner auffallenden Farbgebung. Eine Theorie besagt, dass die rote Färbung durch Chemikalien hervorgerufen wird, die sich unterhalb der sichtbaren Wolken von Jupiter bilden. Einige Wissenschaftler argumentieren jedoch, dass eine Bewegung von Chemikalien von unten einen noch rötlicheren Fleck und auch in anderen Höhen Rötungen verursachen würde.

Die neueste Hypothese besagt, dass der Große Rote Fleck wie ein Sonnenbrand auf der obersten Wolkenschicht mit weißen oder gräulichen Wolken darunter liegt. Die Wissenschaftler, die diese Theorie vertreten, glauben, dass die rote Farbe aus dem Spiel von ultraviolettem Licht der Sonne stammt, das Chemikalien wie Ammoniak und Acetylengase in der oberen Atmosphäre von Jupiter auseinanderbricht. Sie haben diesen Effekt an verschiedenen Molekülen getestet. In einem Test war die Farbe hellgrün. Daher hängt ein großer Teil ihres Ergebnisses davon ab, ob ihre Annahme der chemischen Zusammensetzung der Wolken richtig ist.

7Wettervorhersagen für Titan

Wie die Erde hat Titan Jahreszeiten. Das liegt daran, dass Titan eine dichte Atmosphäre hat, der einzige Mond in unserem Sonnensystem, der das behaupten kann. Jede Jahreszeit ist etwa sieben Erdjahre lang, da Saturn 29 Erdjahre braucht, um die Sonne zu umkreisen.

Die Jahreszeiten wechselten zuletzt im Jahr 2009. In der nördlichen Hemisphäre wurde der Winter zum Frühling, in der südlichen Hemisphäre fiel der Sommer. Im Mai 2012, während der Herbstsaison in der südlichen Hemisphäre, erhielten wir Bilder von der NASA-Sonde Cassini, die einen riesigen Polarwirbel (oder eine wirbelnde Wolke) über dem Südpol von Titan zeigte. Die Wissenschaftler waren verblüfft, weil der Wirbel sich etwa 300 Kilometer über der Mondoberfläche befand, ein Bereich, der zu hoch und zu warm sein sollte, damit ein solches Phänomen auftritt.

Durch die Analyse der Spektralfarben des Sonnenlichts, die in der Atmosphäre von Titan reflektiert werden, konnten sie die Signatur gefrorener Cyanwasserstoffpartikel (HCN), einer giftigen Verbindung, erkennen. Das bedeutet, dass die aktuellen Modelle von Titan falsch sein müssen. Die obere Atmosphäre muss um etwa 100 ° C (oder 200 ° F) kälter sein als vorhergesagt, um diese Partikel zu bilden. Mit den Jahreszeiten kühlte sich die Atmosphäre in der südlichen Hemisphäre schneller ab als wir erwartet hatten.

Da die Zirkulation der Atmosphäre während des Jahreswechsels große Mengen Gas nach Süden zieht, konzentriert sich HCN dort und kühlt die Luft um sich herum ab. Auch das abnehmende Sonnenlicht in der Wintersaison würde die südliche Hemisphäre weiter kühlen.

Dies legt den Forschern nahe, dass sie noch mehr Rätsel aufdecken werden, wenn die Sommersonnenwende 2017 für Saturn läuft.

6Der Ursprung der kosmischen Strahlen mit ultrahoher Energie

Kosmische Strahlung ist energiereiche Strahlung, die wir nicht vollständig verstehen. Eines der größten Mysterien in der Astrophysik ist, wo die kosmischen Strahlen der ultrahohen Energie (UHE) entstehen und wie sie diese enorme Energie nutzen.

Sie sind die energetischsten Teilchen, die in unserem Universum bekannt sind. Wissenschaftler können das kurze Auftreten hochenergetischer Teilchen aus diesen kosmischen Strahlen verfolgen, wenn sie auf die obere Atmosphäre der Erde treffen und Sekundärteilchen in einer schnellen Explosion von Radiowellen kaskadieren, die nicht länger als einige Nanosekunden dauert. Aber auf der Erde bekommen wir einfach nicht genug von diesen seltenen, hochenergetischen Teilchen, um herauszufinden, woher sie kommen.

Auf der Erde hat unser größter Detektor nur etwa 3.000 Quadratkilometer (1.000 Meilen), was ungefähr so ​​groß ist wie Luxemburg oder Rhode Island. Mit dem hochempfindlichen Square Kilometer Array (SKA), das voraussichtlich das größte Radioteleskop der Welt wird, beabsichtigen Wissenschaftler, den Mond in einen riesigen Detektor für kosmische Strahlung zu verwandeln. Die SKA wird die gesamte sichtbare Oberfläche des Mondes nutzen, um Funkwellensignale von diesen Partikeln zu erfassen. Wissenschaftler sollten in der Lage sein, jedes Jahr etwa 165 UHE kosmische Strahlen zu verfolgen, anstatt die 15, die sie derzeit jährlich sehen.

"Kosmische Strahlung bei diesen Energien ist so selten, dass Sie einen riesigen Detektor benötigen, um eine beträchtliche Anzahl von ihnen zu sammeln", sagte Dr. Justin Bray von der University of Southampton. „Aber der Mond stellt jeden bisher gebauten Teilchendetektor in den Schatten. Wenn wir dies schaffen können, sollten wir damit unsere beste Chance haben, um herauszufinden, woher sie kommen. “

5Radio Dark Spots auf der Venus

Venus hat eine heiße, wolkige, dichte Atmosphäre, die seine Oberfläche vor dem Blickfeld der Raumsonden im sichtbaren Licht abschirmt. Bis heute bestand die einzige Möglichkeit, die Oberfläche zu kartieren, darin, Radar durch die Wolken zu leiten und von der Planetenoberfläche zu reflektieren, um Höhen zu messen. Wir haben auch Funkemissionen von der heißen Oberfläche des Planeten beobachtet.

Als die Magellan-Sonde der NASA vor 20 Jahren Venus zum letzten Mal besuchte, entdeckten wir zwei Rätsel, die noch gelöst werden müssen. Je höher die Höhe der Venus, desto besser (oder „heller“) reflektieren die Radiowellen von der Oberfläche. Ähnliches passiert auf der Erde, aber mit sichtbarem Licht. Das bedeutet, dass wir in höheren Lagen kühlere Temperaturen sehen. Denken Sie daran, wie die warme Erdoberfläche auf einem Berggipfel zu Eis und Schnee übergehen kann. Das ist unser Aufhellungsmuster im sichtbaren Licht.

Für die gleiche Wirkung, die auf der Venus auftritt, wenn wir die Oberfläche nicht im sichtbaren Licht sehen können, glauben Wissenschaftler, dass es einen chemischen Verwitterungsprozess geben kann, der von der Temperatur abhängt, oder eine Art von Schwermetallniederschlag, der wie ein Schwermetallfrost wirkt.

Das zweite Rätsel ist, dass wir dunkle Flecken im Radio in den höchsten Höhen der Planetenoberfläche bekommen. Wissenschaftler sahen zum Beispiel niedrigere Radarreflexionen in 2.400 Metern Höhe, dann eine schnelle Aufhellung (oder Zunahme der Funkreflexionen), als die Erhebungen auf 4.500 Meter anstiegen. Bei einer Höhe von 4.700 Metern bekamen sie jedoch viele weitere schwarze Flecken, manchmal sogar Hunderte. Diese Orte werden schwarz.

4Helle Klumpen im Saturn-F-Ring

Beim Vergleich der jüngsten Daten der NASA-Raumsonde Cassini mit den Daten der NASA-Voyager vor 30 Jahren fanden die Wissenschaftler einen starken Rückgang der hellen Klumpen im Saturn-F-Ring (obwohl die Gesamtzahl der Klumpen gleich geblieben ist). Der F-Ring scheint sich ständig zu verändern, manchmal innerhalb weniger Tage. "Es ist ein unwiderstehliches Rätsel, das wir untersuchen können", sagte Robert French vom SETI Institute in Kalifornien.

Einige Ringe von Saturn bestehen aus Eisstücken, die so groß wie Felsbrocken sein können. Der F-Ring besteht jedoch aus Eispartikeln, die so klein wie Staubkorn sind (Wissenschaftler nennen es einen "staubigen Ring"). Es würde einem leichten Nebel ähneln, wenn Sie es betrachten würden.

Manchmal verklumpen Eispartikel in der Nähe des Rings zu berggroßen Schneebällen, den sogenannten Moonlets. Wenn diese Moonlets mit dem F-Ring kollidieren, der auf jeder Umlaufbahn auftreten kann, wirken sie wie Autoscooter, die die bereits aus dem Ring bestehenden Eisspäne pulverisieren. Das erzeugt helle Klumpen.

Das Leben und der Tod dieser Moonlets kann jedoch dadurch bestimmt werden, wie die Umlaufbahn von Prometheus, einem der Saturnmonde, mit dem F-Ring übereinstimmt. Manchmal spornt diese Ausrichtung die Erzeugung von Moonlets an, und manchmal zerstört sie die bereits erstellten. Die Anzahl der Moonlets kann sich direkt auf die Anzahl der hellen Klumpen auswirken. Zumindest ist das eine Theorie.

Eine andere Theorie besagt, dass der F-Ring neuer ist als wir dachten und erstellt wurde, als ein größerer Eismond auseinander gerissen wurde. In diesem Fall ändert sich der F-Ring gerade, während er sich entwickelt. Unsere Wissenschaftler wissen nicht, welche Theorie richtig ist, bis wir durch die Beobachtung des F-Rings mehr Daten erhalten.

3Europas vermisste Geysire

Dies ist eine weitere fremde verschwindende Tat. Die Wissenschaftler erklärten Ende 2013, das Hubble-Weltraumteleskop der NASA habe 200 Kilometer hohe Geysire entdeckt, die vom Südpol von Europa, dem eisigen Mond von Jupiter, in die Luft schießen. Plötzlich schien die Suche nach außerirdischem Leben potenziell einfacher zu sein. Möglicherweise war es einer Orbitalsonde möglich, durch die Geysire zu fliegen und den unterirdischen Ozean Europas auf Lebenszeichen zu untersuchen, ohne auf der vereisten Oberfläche zu landen.

Nachfolgende Beobachtungen finden jedoch keinen Wasserdampf, und eine Reanalyse älterer Daten hat die Frage aufgeworfen, ob die Geysire überhaupt dort waren. Einige Wissenschaftler argumentieren, dass Hubble im Oktober 1999 und November 2012 keine Geysire entdeckte. Daher haben wir immer gewusst, dass Geysire auf Europa flüchtig sind.

Für jetzt ist die Entdeckung der Geysire zu einem Rätsel geworden. Da die NASA voraussichtlich eine Robotersonde nach Europa schicken wird, ist es wichtig herauszufinden, ob die Geysire echt sind, damit sie ihre Instrumente entsprechend entwerfen können.

2Mars Methan rülpt sich

Der Curiosity-Rover der NASA hat auf dem Mars nicht ständig Methan geschnüffelt, aber das gelegentliche Aufstoßen nach acht Monaten macht die Wissenschaftler wieder aufgeregt. Auf der Erde werden über 90 Prozent des Methans in unserer Atmosphäre von Lebewesen produziert. Deshalb wollen Wissenschaftler wissen, woher das Methan stammt und was gelegentlich in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten. Eines ist das Vorhandensein von Methanogenen, die Mikroben sind, die Methan produzieren. Es ist auch möglich, dass kohlenstoffreiche Meteoriten die Atmosphäre des Mars wie eine organische Bombe treffen und Methan freisetzen, wenn die ultraviolette Strahlung der Sonne den Kohlenstoff auf extreme Temperaturen erwärmt. Es gibt auch viele weitere Theorien.

Das zweite Rätsel ist, warum das Methan von Mars ständig verschwindet. Wenn unser umlaufendes Raumfahrzeug nach seiner ersten Entdeckung kein Methan finden konnte, ergab es keinen Sinn. Nach der Wissenschaft, so wie wir es verstehen, kann Methan nicht in nur wenigen Jahren verschwinden. Es wird angenommen, dass es etwa 300 Jahre in der Atmosphäre stabil ist.

Das wirft also die Frage auf, ob wir das Gas überhaupt entdeckt haben. Aber einige der gelegentlichen Spitzen waren nicht zu leugnen. Vielleicht blasen Winde das Methan über den Erfassungsbereich von Curiosity hinaus, obwohl dies bestimmte Ergebnisse nicht durch die Umlaufbahn von Raumfahrzeugen erklärt.

1Life On Ceres

Die NASA-Raumsonde Dawn ist im März 2015 auf Besuch, um Ceres, einen texanischen Zwergplaneten in unserem Sonnensystem, zu besuchen. Fast alles über Ceres ist ein Rätsel, es ist also sicher, dass wir überrascht sein werden. Anders als der Protoplanet Vesta, den Dawn gerade erforscht hat, gibt es keine mit Ceres verbundenen Meteoriten, die uns helfen, seine Geheimnisse vorher zu öffnen.

Während Vesta meist trocken ist, wird angenommen, dass Ceres aus Gestein und Eis besteht und möglicherweise ein Meer unter seiner eisigen Oberfläche enthält. Man nimmt an, dass Wasser ungefähr 40 Prozent seines Volumens ausmacht. Mit Ausnahme der Erde hat Ceres das meiste Wasser eines Planetenkörpers in unserem inneren Sonnensystem. Wir wissen nur nicht, wie viel davon flüssig ist. Vielleicht sagt uns Dawn, warum Ceres so viel Wasser hat, wenn ja, und warum es so anders ist als Vesta.

Sowohl Ceres als auch Vesta können wichtige Informationen über das Leben auf unserem Planeten liefern. In der Tat ist dies eines der faszinierendsten Geheimnisse von Ceres. Kann oder kann es das Leben unterstützen?

Soweit unserer Wissenschaft bekannt, gibt es drei Hauptkomponenten, die für das Leben erforderlich sind: eine Energiequelle, flüssiges Wasser und chemische Bausteine ​​wie Kohlenstoff. Ceres ist nicht nur mit Wasser, sondern auch nahe genug an der Sonne, um eine beträchtliche Menge Solarwärme zu erhalten. Wir wissen nicht, ob es eine interne Wärmequelle gibt. Wir können auch nicht sicher sein, ob es über die Chemikalien verfügt, um Leben so zu erzeugen, wie wir es kennen.

Es gibt sogar eine Theorie, dass das Leben auf der Erde auf Ceres entstanden sein könnte. Wenn die Erde durch Einschläge von anderen Körpern sterilisiert wurde und Ceres das Leben überlebte, könnte Ceres unseren Planeten mit seinem Leben neu besät haben, als Brocken von Ceres abbrachen und mit der Erde kollidierten.