Ondanks het feit dat de mensheid, dankzij de krachtigste telescopen en talloze ruimtemissies, veel interessante dingen over ons zonnestelsel heeft geleerd, zijn er nog steeds veel vragen en mysteries die zelfs de meest vooraanstaande wetenschappers van onze tijd in de war brengen. En hoe meer we de ruimte bestuderen, hoe meer raadsels het ons oplevert. We bieden je aan om jezelf vertrouwd te maken met tien meest interessante mysteries van ons zonnestelsel, die zelfs de beste geesten van onze planeet nog niet hebben kunnen oplossen.
Onzichtbaar schild rond de aarde
In 1958 ontdekte James Van Allen van de Universiteit van Iowa een paar stralingsringen die onze planeet omcirkelen op een hoogte van 40.000 kilometer en bestaande uit hoogenergetische elektronen en protonen. Het magnetische veld van de aarde houdt deze ringen rond onze planeet. Waarneming van de ringen heeft aangetoond dat ze ofwel samentrekken ofwel uitzetten onder invloed van de energie die wordt uitgezonden door zonnevlammen.
In 2013 ontdekte Daniel Baker van de Universiteit van Colorado een derde structuur tussen de binnenste en buitenste stralingsringen van Van Allen. Baker noemde deze structuur een "opslagring" die fungeert als een uitdijend en samentrekkend onzichtbaar schild dat de effecten van "dodelijke elektronen" blokkeert. Deze elektronen, gelegen op een hoogte van 16.000 kilometer, kunnen niet alleen fataal zijn voor mensen in de ruimte, maar ook voor verschillende apparatuur van ruimtesatellieten.
Op een hoogte van iets meer dan 11.000 kilometer boven het oppervlak van de planeet wordt de grens van de binnenring gevormd, waarvan de buitenste contour elektronen blokkeert en voorkomt dat ze dieper in onze atmosfeer doordringen.
“Deze elektronen lijken in botsing te komen met een glazen wand. Iets creëert een soort krachtveld rond onze planeet, dat we in verschillende sciencefictionfilms konden zien. Het is een ongelooflijk mysterieus fenomeen”, zegt Baker.
Promotie video:
Wetenschappers hebben verschillende theorieën ontwikkeld die op de een of andere manier de essentie van dit onzichtbare schild gedeeltelijk kunnen verklaren. Geen van deze theorieën is echter definitief en bevestigd.
Afwijkingen in de versnelling
Om ruimtevaartuigen naar de verre uithoeken van ons zonnestelsel te sturen, gebruiken wetenschappers speciale zwaartekrachtmanoeuvres, waarbij ze de zwaartekrachtenergie van onze planeet of de maan gebruiken om te versnellen. Wetenschappers blijken echter niet altijd in staat om de versnelling van ruimtevaartuigen tijdens dergelijke manoeuvres nauwkeurig te berekenen. Soms komt het voor dat de berekende snelheid niet overeenkomt met de eerder aangekondigde snelheid. Dergelijke inconsistenties worden "abnormale versnelling" genoemd.
Nu kunnen wetenschappers alleen het exacte snelheidsverschil berekenen bij het versnellen vanwege de zwaartekrachtenergie van de aarde. Maar zelfs in dit geval doen zich onvoorziene gebeurtenissen voor, zoals bijvoorbeeld gebeurde met de NASA-sonde "Cassini" in 1999, waarvan de vliegsnelheid door onbekende omstandigheden met 2 millimeter per seconde werd vertraagd. Een ander geval deed zich voor in 1998, toen het NEAR-ruimtevaartuig van dezelfde NASA een onverklaarbare versnelling kreeg van 13 millimeter per seconde hoger dan eerder aangekondigde berekeningen.
"Deze onverklaarde verschillen in berekende en werkelijke snelheid spelen geen belangrijke rol bij het veranderen van de vliegbaan van ruimtevaartuigen", zegt Louis Acedo Rodriguez, een natuurkundige aan de Polytechnische Universiteit van Valencia.
"Hoewel deze afwijkende verschillen niet zo vaak voorkomen, is het gezien alle risico's erg belangrijk om te weten waardoor ze worden veroorzaakt."
Wetenschappers boden ooit verschillende theorieën aan over wat deze anomalieën zou kunnen veroorzaken. Zowel zonnestraling als donkere materie die door de zwaartekracht van onze planeet werd opgevangen, werden als boosdoeners beschouwd, maar niemand weet de exacte oorzaak van dit fenomeen. Nog steeds.
De grote rode vlek van Jupiter
De grote rode vlek op Jupiter, de vijfde planeet vanaf de zon, heeft twee onopgeloste mysteries. Het eerste mysterie heeft te maken met waarom deze gigantische orkaan nooit stopt? Het is zo groot dat er minstens twee planeten ter grootte van onze aarde in passen.
“Volgens de huidige theorieën zou de grote rode vlek op Jupiter na enkele decennia verdwenen moeten zijn. Deze orkaan is echter al eeuwen aan de gang”, zegt Pedram Hasanzade van Harvard University.
Er zijn verschillende theorieën die proberen de lange duur ervan te verklaren. Volgens een van deze theorieën absorbeert een langlevende gigantische orkaan kleinere nabijgelegen tornado's en absorbeert hun energie. Hasanzade heeft in 2013 zelf een andere theorie voorgesteld. Volgens haar maakt de beweging van vortexstromen van koude gassen van beneden naar boven en hete gassen van boven naar beneden in deze gigantische orkaan het mogelijk om een deel van de energie in het midden te herstellen. En toch lost geen van de voorgestelde theorieën definitief de kwestie van dit raadsel op.
Het tweede mysterie van de grote rode vlek houdt verband met de bron van zijn kleur. Eén theorie suggereert dat de rode kleur wordt veroorzaakt door chemische elementen die verborgen zijn door de zichtbare wolken van de gasreus. Sommige wetenschappers beweren echter dat de opwaartse beweging van chemische elementen het resultaat zou zijn van een meer verzadigde rode tint van de vortex op alle hoogten.
Een van de laatste hypothesen is dat de grote rode vlek van Jupiter een soort "zonnebrand" is van de bovenste wolkenlaag, terwijl de onderste lagen wit of eerder grijsachtig van kleur zijn. Wetenschappers die deze theorie ondersteunen, geloven dat de rode kleur van de vortex wordt gevormd door blootstelling aan ultraviolet licht van de zon, dat door de ammoniaksamenstelling van het gas in de bovenste atmosfeer van Jupiter heen breekt.
Titan weer
Net als de aarde heeft Titan zijn eigen seizoenen. Titan is de enige satelliet in ons zonnestelsel met een dichte atmosfeer. Elk seizoen op Titan is gelijk aan ongeveer zeven jaar op aarde (Titan, herinner me, is een satelliet van Saturnus, die 29 aardse jaren nodig heeft om in een baan om de zon te draaien).
De laatste seizoenswisseling op Titan vond plaats in 2009. Op het noordelijk halfrond maakte de winter plaats voor de lente, terwijl in het zuidelijke deel van de satelliet de zomer plaats maakte voor de herfst. In mei 2012, tijdens het herfstseizoen op het zuidelijk halfrond, maakte het Cassini-ruimtevaartuig echter foto's van een gigantische polaire vortex die zich vormde op de zuidpool van de satelliet. Na het zien van deze foto's waren wetenschappers perplex door het feit dat de vortex 300 kilometer boven het oppervlak van Titan werd gevormd. De reden voor de verwarring was de hoogte en temperatuur van het gebied waar deze vortex zich vormde - ze waren te hoog.
Door de spectrale gegevens van de kleuren van het zonlicht weerkaatst door de atmosfeer van Titan te analyseren, konden wetenschappers tekenen van de aanwezigheid van waterstofcyanidedeeltjes detecteren. En zijn aanwezigheid zou op zijn beurt kunnen betekenen dat ons hele idee van Titan fundamenteel verkeerd is. De aanwezigheid van waterstofcyanide zou erop moeten wijzen dat de bovenste atmosfeer van de satelliet 100 graden Celsius kouder zou moeten zijn dan eerder werd gedacht. Naarmate het seizoen veranderde, begon de atmosfeer op het zuidelijk halfrond van Titan sneller af te koelen dan verwacht.
Omdat de circulatie van de atmosfeer tijdens de seizoenswisseling een enorm gasvolume naar het zuiden drijft, neemt de concentratie waterstofcyanide toe en wordt de omringende lucht afgekoeld. Door de blootstelling aan zonlicht tijdens het winterseizoen te verminderen, koelt het zuidelijk halfrond ook meer af. Wetenschappers gaan deze aanname testen, evenals vele andere mysteries van Titan op de dag van de zomerzonnewende, die in 2017 op Saturnus zal plaatsvinden.
Ultra-energie kosmische stralingsbron
Kosmische straling is een hoogenergetische straling die niet volledig door de wetenschap is bestudeerd. Een van de belangrijkste mysteries van de astrofysica is waar ultra-energetische kosmische straling vandaan komt en hoe het zo'n ongelooflijke hoeveelheid energie kan bevatten. Dit zijn de hoogst geladen deeltjes die in ons universum bekend zijn. Wetenschappers kunnen hun beweging alleen waarnemen wanneer ze de bovenste lagen van onze planeet raken, uitbarsten in nog kleinere deeltjes en een scherpe puls van radiogolven veroorzaken die niet langer duurt dan een paar nanoseconden.
Op aarde is het echter onmogelijk te achterhalen waar deze deeltjes vandaan komen. Het gebied van de grootste detector voor het detecteren van deze deeltjes op aarde is slechts ongeveer 3.000 vierkante kilometer, wat ongeveer gelijk is aan het gebied van de dwergstaat Luxemburg. Wetenschappers zijn van plan dit probleem op te lossen door de bouw van het "vierkante kilometerraster" (SKA) - een supergevoelige radio-interferometer, waardoor de maan (ja, onze natuurlijke satelliet) zal veranderen in een echte gigantische detector voor kosmische straling.
Het vierkante kilometerrooster zal het volledige zichtbare deel van het maanoppervlak gebruiken om radiosignalen van deze ultrahoge energiedeeltjes te detecteren. Dankzij SKA zijn wetenschappers van plan om tot 165 gebeurtenissen vast te leggen die verband houden met ultrahoge energiedeeltjes, wat natuurlijk vele malen meer is dan ze nu kunnen.
"Kosmische straling van dit soort energie is zo zeldzaam dat je een ongelooflijk grote detector bij je moet hebben die de nodige hoeveelheid informatie kan verzamelen waarmee je daadwerkelijk kunt werken", legt Dr. Justin Bray van de Universiteit van Southampton uit.
'Maar de grootte van de maan valt in het niet bij elke andere deeltjesdetector die ooit is gebouwd. Als het ons lukt, is er een betere gelegenheid om erachter te komen waar deze deeltjes vandaan komen."
Venus radiostilte
Venus heeft een hete, dichte, bewolkte atmosfeer die het oppervlak aan het zicht onttrekt. Tot nu toe was de enige manier om het oppervlak van deze planeet in kaart te brengen via een radar. Toen het Magellan-ruimtevaartuig Venus 20 jaar geleden bezocht, raakten wetenschappers geïnteresseerd in twee mysteries van de planeet die tot nu toe onopgelost bleven.
Het eerste mysterie is dat hoe hoger het terrein van het planeetoppervlak, hoe beter ("helderder") de radiogolven die naar het oppervlak zijn gericht, worden gereflecteerd. Iets soortgelijks gebeurt hier op aarde, maar rekening houdend met zichtbaar licht. Hoe hoger we komen, hoe lager de temperatuur wordt. Hoe hoger in de bergen, hoe groter en dikker de sneeuwkappen. Een soortgelijk effect doet zich voor op Venus, waarvan we het oppervlak niet kunnen waarnemen in zichtbaar licht. Wetenschappers denken dat dit effect wordt veroorzaakt door een proces van chemische verwering, dat afhangt van de temperatuur of het soort neerslag van zware metalen, die fungeren als metalen kappen die radiosignalen reflecteren.
Het tweede mysterie van Venus ligt in de aanwezigheid van radarspleten in de hoogtes van het planeetoppervlak. Wetenschappers zien zwakke reflecties op een hoogte van 2.400 meter en vervolgens een scherpe sprong in signaalreflecties naarmate ze stijgen tot 4.500 meter. Vanaf 4700 meter is er echter een sterke toename van hiaten in signaalreflectie. Soms zijn er honderden van deze hiaten. De signalen lijken naar leegte te gaan.
Lichtvlekken op de F-ring van Saturnus
Door gegevens te vergelijken die onlangs door het Cassini-ruimtevaartuig zijn verkregen met informatie die 30 jaar geleden door Voyager is verkregen, hebben wetenschappers een afname gevonden in de manifestaties van heldere klonten op de F-ring van Saturnus (hoewel het totale aantal klonten ongewijzigd blijft). Wetenschappers hebben ontdekt dat de F-ring kan veranderen. Doe het tegelijkertijd heel snel. Werkelijk voor meerdere dagen.
"Deze waarneming opent een ander mysterie voor ons zonnestelsel dat zeker de moeite waard is om op te lossen", zegt Robert French van het SETI Institute in Californië.
Sommige ringen van Saturnus zijn gemaakt van brokken ijs die qua grootte vergelijkbaar zijn met grote rotsblokken. De F-ring van de planeet bestaat echter uit ijsdeeltjes die niet groter zijn dan stofdeeltjes. Om deze reden noemen wetenschappers de F-ring vaak een "stofring". Als je naar deze ring kijkt, zie je een vage gloed.
Af en toe zullen ijsdeeltjes dicht bij de ring zich verenigen om grote ijsballen te vormen - de kleine manen van Saturnus. Wanneer deze kleine satellieten in botsing komen met het grootste deel van de F-ring, duwen ze de deeltjes waaruit de ring bestaat naar buiten. Als gevolg hiervan treden heldere fakkels op. Het aantal van deze fakkels is direct gerelateerd aan het aantal van deze kleine satellieten. Dat is tenminste wat een van de theorieën zegt.
Volgens een andere theorie is de F-ring van Saturnus relatief recent gevormd. En het werd gevormd als gevolg van de vernietiging van de grotere ijssatellieten van de planeet. In dit geval zijn veranderingen in de F-ring te wijten aan de ontwikkeling ervan. Wetenschappers hebben nog niet besloten welke theorie meer op de waarheid lijkt. Meer waarnemingen van de F-ring van de planeet zijn vereist.
Denkbeeldige geisers van Europa
Eind 2013 maakten wetenschappers bekend dat de Hubble-ruimtetelescoop geisers had ontdekt die 200 kilometer boven het oppervlak van de zuidpool van Europa, de ijzige maan van Jupiter, uitbarsten. Onverwacht voor de wetenschap is de zoektocht naar buitenaards leven potentieel gemakkelijker. Een orbitale sonde zou tenslotte door deze geisers kunnen vliegen en monsters van Europa's oceanische samenstelling kunnen verzamelen om naar tekenen van leven te zoeken zonder op een ijskoud oppervlak te hoeven landen.
Verdere waarnemingen van Europa toonden echter geen aanwijzingen voor waterdamp. Bij een heranalyse van eerder verzamelde gegevens werd over het algemeen de vraag gesteld of er überhaupt geisers waren. Sommige wetenschappers wijzen er ook op dat Hubble geen geisers heeft gevonden tijdens het verkennen van Europa in oktober 1999 en november 2012.
De "ontdekking" van geisers in Europa bleek een echt mysterie. Het lucht- en ruimtevaartagentschap van NASA is van plan een robotsonde naar de satelliet van Jupiter te sturen, wiens taak het zal zijn om de realiteit of onwerkelijkheid van observatie te begrijpen.
Methaan op Mars
Sinds zijn verblijf op de Rode Planeet heeft de Curiosity-rover geen tekenen van methaan opgemerkt op Mars, maar 8 maanden nadat hij was geland, waren wetenschappers verrast door wat de rover vastlegde met zijn gevoelige sensoren. Op aarde wordt meer dan 90 procent van het methaan in de atmosfeer geproduceerd door levende wezens. Om deze reden hebben wetenschappers beslist om uit te zoeken waar methaan op Mars vandaan zou kunnen komen en waardoor het onverwacht in de atmosfeer van de Rode Planeet terecht zou komen.
Volgens dezelfde onderzoekers zijn hier verschillende redenen voor. Een daarvan kan bijvoorbeeld de aanwezigheid zijn van methaanproducerende bacteriën of methanogenen op de planeet. Een andere waarschijnlijke oorzaak zijn waterstofrijke meteorieten, die af en toe de atmosfeer van Mars binnendringen en in feite een soort organische bommen zijn die methaan afgeven bij verhitting tot extreme temperaturen door ultraviolette straling van de zon. Er zijn veel theorieën over deze kwestie, en de ene is mooier dan de andere.
Het tweede mysterie van Mars is dat methaan niet alleen verschijnt, maar ook verdwijnt. Toen de Mars-ruimtesonde geen tekenen van methaan kon detecteren nadat het daar aanvankelijk was gevonden, waren wetenschappers verbijsterd. Volgens de wetenschap kan methaan niet binnen een paar jaar van de planeet verdwijnen. De afbraak van deze chemische stof uit de atmosfeer zou ongeveer 300 jaar duren. Daarom rees de vraag voor wetenschappers: is methaan daadwerkelijk op Mars ontdekt?
Een deel van de methaanemissies is echter wel bevestigd. Wat betreft waar hij heen ging: misschien drijven de Marswinden constant methaanmoleculen weg van de gevoelige sensoren van de Curiosity? Toch verklaart dit op geen enkele manier bepaalde waarnemingen van een ruimtesonde in een baan om de aarde.
Leven op Ceres
NASA's Dawn-ruimtevaartuig heeft haast om Ceres te ontmoeten, een dwergplaneet in ons zonnestelsel. De ruimtesonde zal in maart 2015 arriveren. Bijna alles wat we weten over Ceres blijft een mysterie voor wetenschappers. In tegenstelling tot de protoplaneet Vesta, die Dawn bezocht op weg naar Ceres, zijn er geen verhalen over meteorieten of kometen die geassocieerd worden met Ceres die de structuur zouden kunnen bepalen.
En hoewel Vesta een zeer droge asteroïde blijft, wordt aangenomen dat Ceres bestaat uit rotsen en ijs en mogelijk een vloeibare oceaan van water onder zijn ijskap bevat. Wetenschappers suggereren dat water in een of andere vorm 40 procent van de samenstelling uitmaakt. Volgens de wetenschap is Ceres de tweede planeet (na de aarde) of enig ander kosmisch lichaam dat zulke enorme waterreserves in ons zonnestelsel bevat. Toegegeven, wetenschappers hebben het exacte volume water nog niet kunnen achterhalen. Misschien helpt het Dawn-ruimtevaartuig deze vraag op te lossen, en beantwoordt het ook de vraag waarom Ceres zo anders is dan Vesta.
Beide dwergplaneten bevatten mogelijk essentiële informatie over het leven op aarde. En Ceres is in dit opzicht het meest mysterieus. Kan deze protoplaneet leven ondersteunen? Voor zover wetenschappers weten, zijn er drie componenten nodig voor leven: een energiebron, vloeibaar water en chemische bouwstenen zoals koolstof. Naast het feit dat water op Ceres in een groot volume aanwezig kan zijn, ook in vloeibare vorm, staat Ceres zelf dicht genoeg bij de zon om voldoende zonnewarmte te ontvangen. Het is de wetenschap nog niet bekend of de dwergplaneet zijn eigen interne warmtebron heeft. Ook is er niets bekend over de noodzakelijke bouwstenen van het leven. Laten we hopen dat de Dawn-ruimtemissie al deze vragen kan beantwoorden.
NIKOLAY KHIZHNYAK
