Dansk opdagelse skaber stor debat om støv i Solsystemet

Ved et rent tilfælde har et dansk kamera ombord på rumsonden Juno gjort en opdagelse, der skaber stort postyr blandt forskere, som beskæftiger sig med støv i vores solsystem.

Den danskledede forskning er netop blevet offentliggjort i en video og pressemeddelelse af det amerikanske rumfartsagentur NASA, der fremhæver, at »opdagelsen har stor betydning.«

»Opdagelsen går stik imod den gængse viden om støv i vores solsystem. Derfor træder vi masser af forskere over tæerne. Vores målinger viser, at de sidste 40 års modeller og teorier om støv ikke holder vand,« siger John Leif Jørgensen, som er professor og forskningsleder ved DTU Space på Danmarks Tekniske Universitet.

Han er førsteforfatter på det nye studie, som netop er blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift Journal of Geophysical Research: Planets.

Mars støver

Forskere har længe været klar over, at der flyver små støvpartikler rundt i vores solsystem, og der findes et helt forskningsfelt, som beskæftiger sig med støvet, hvor det kommer fra, og hvad det kan røbe om vores solsystem.

Siden 1980’erne har mere og mere forskning peget på, at støvet i det indre solsystem stammer fra kometer og asteroider (se faktaboks). Men i det nye studie foreslår forskerne som noget helt nyt og kontroversielt, at støvet i stedet stammer fra Mars.

»Vi kan konstatere, at hver gang Juno flyver igennem Mars’ bane er der ekstra meget støv. Og det eneste, som befinder sig i Mars’ bane er Mars. Derfor kan vi ikke rigtig se andre forklaringer, end at det må være Mars, som støver,« siger Anja C. Andersen, som er professor i astrofysik på Københavns Universitet og medforfatter på det nye studie.

Forskerne foreslår, at det netop er støvet fra Mars, som giver anledning til det såkaldte zodiakallys. Det er et en lysende glød, som du kan se på himlen lige før solopgang eller lige efter solnedgang. Gløden bliver skabt, fordi støv i rummet reflekterer Solens lys.

»Vores studie bygger på unikke målinger, for det er første gang, man har målinger af støv, som strækker sig hele vejen fra Jorden ud til Jupiter. Hidtil har forskningen primært bygget på teori og modeller, som har været rigtig fine. Men de stemmer bare ikke overens med Junos målinger,« siger Anja C. Andersen.

Stor skepsis

Andre forskere er imidlertid skeptiske over for det nye studies konklusioner.

Blandt andet fordi de danske forskere og deres samarbejdspartnere hos NASA ikke kan forklare, hvordan i alverden store mængder af støv, skulle være i stand til at undslippe Mars’ tyngdekraft og slippe ud i rummet.

»Ud fra hvad de har publiceret, kan jeg ikke tage ideen om, at zodiakal-støvet stammer fra Mars særlig seriøst,« siger Michael Rowan-Robinson, som er professor emeritus ved Imperial College London og har forsket i støv og zodiakallys igennem en årrække.

Lektor og støvforsker Ralf Srama fra Universitetet i Stuttgart, som har stået i spidsen for flere internationale rummissioner med støvmålere ombord, er heller ikke blevet overbevist af teorien om, at Mars giver anledning til støv og zodiakallys.

»Det er en mulighed, at de har ret, men deres målinger og forklaringer kan indtil videre ikke overbevise mig om, at Mars spiller nogen særlig stor rolle i forhold til at generere støv i vores solsystem. Der kan også være andre forklaringer på deres målinger,« siger Ralf Srama, som blandt andet stod i spidsen for et instrument på Cassini-missionen, som målte støv omkring Saturn.

De kritiske forskere understreger dog, at de nye målinger i sig selv er interessante og vigtige, selvom de ikke nødvendigvis er enige med de danske forskere i fortolkningen af dem.

»Studiet er det første, som viser, hvordan større støvkorn (størrelsesordenen 8-80 mikrometer) er fordelt i området mellem Jorden og Jupiter. Hidtil har man ikke haft den slags data, og de vil komme et bredt videnskabeligt samfund til gode,« fortæller Petr Pokorny, som forsker i støv ved NASA’s Goddard Space Flight Center, men ikke har været en del af det nye studie.

Tilfældige målinger

Da rumsonden Juno begyndte sin fem år lange rejse til Jupiter i 2011, var det slet ikke meningen, at missionen skulle lave målinger af støv på rejsen.

Men ombord på Juno var i alt fire kameraer bygget af forskere på DTU Space i Lyngby. Professor John Leif Jørgensen fik overtalt NASA til, at det ene kamera kunne udnyttes til at søge efter ukendte asteroider og småsten i rummet.

Kameraet fandt imidlertid ingen asteroider, men i stedet dukkede en byge af ukendte objekter pludselig op i kameraets billedfelt.

I første omgang blev forskerne forvirrede, men efter at have undersøgt sagen gik det op for dem, at Juno fløj igennem et område med en større mængde støv. Støvet ramte Junos kæmpestore solpaneler, og de små støvpartikler havde så meget fart på, at de slog skår løs fra panelerne. Og det var netop disse skår fra solpanelerne, som blev opfanget af det danskbyggede kamera.

»Vi opdagede, at solpanelerne nærmest opførte sig som et kæmpestort sommerfuglenet, der fanger støvpartikler. Kameraet ser ikke selve støvpartiklerne, men det registrerer, når en støvpartikel slår en flig løs fra solpanelet, som flyver ind i kamerafeltet,« forklarer Anja C. Andersen.

Indirekte målinger er tricky

Ifølge flere forskere opsamler Juno støv i et område, som er flere hundrede gange større end opsamlingsområdet på tidligere missioner, som har haft instrumenter ombord, dedikeret til at måle støv. Eller som NASA formulerer det, har Juno »utilsigtet fået den største og mest sensitive støvdetekter, som nogensinde er bygget.«

»Det er helt klart den store fordel ved studiet, at de detekterer støv over et område, som er langt større, end hvad man har set på andre missioner,« bekræfter Ralf Srama, som ikke har været en del af studiet.

Han mener, at metoden har »et stort potentiale« til at blive vigtig for fremtidige missioner og støvmålinger. Men han påpeger, at metoden på nuværende tidspunkt har visse svagheder. For det første fordi kameraet ikke kan se støvet direkte, hvilket betyder, at forskerne er afhængige af at beregne sig frem til information om støvpartiklerne.

»Det er lidt ligesom, hvis nogen smider en sten på stranden, og du kun observerer sandet, som bliver hvirvlet op i luften af stenen. Ud fra sandet skal du sige noget om stenen, som blev smidt,« forklarer Ralf Srama.

»De er nødt til at beregne, hvor store støvpartiklerne har været, hvor de kom fra, og hvilken fart de ramte med.«

Den slags beregninger er ifølge Ralf Srama en »tricky affære« under de skiftende omstændigheder ude i rummet. Og selvom forskerne udnytter tidligere eksperimenter til deres beregninger, påpeger Ralf Srama, at metoden kan forbedres på kommende missioner, hvor man på forhånd har mulighed for at kalibrere – finjustere –metoden og sammenligne beregningerne med virkeligheden.

Udfylder hul i data om støv

På den positive side hæfter forskerne sig imidlertid ved, at hvis beregningerne holder stik, har Juno opfanget en unik størrelse af støvpartikler, som ikke er blevet målt på tidligere missioner.

»De påstår, at de primært detekterer nedslag (i solpanelerne, red), som stammer fra støvkorn i størrelsen 8-80 mikrometer i diameter. Det er den slags partikler, som er ansvarlige for størstedelen af det lys, som vi observerer som zodiakallyset,« skriver Petr Pokorny og tilføjer, at Juno dermed udfylder et vigtigt hul i vores data over støv i Solsystemet.

Det danskbyggede kamera, som har opfanget støvet, blev tændt, da Juno for første gang befandt sig ude omkring Mars. Her vendte rumsonden om på sin rejse og fløj tilbage mod Jorden for at få et skub op i fart af Jordens tyngdekraft – en manøvre kendt som ’gravity assist’ (tyngdekrafts-assistance).

Herefter fortsatte Juno sin rejse, som endnu engang gik forbi Mars og videre ud til Jupiter.

»Det betyder, at vi har målt området mellem Mars og Jorden to gange, og vores målinger fortsætter hele vejen ud til Jupiter. Der har tidligere været nogle få andre rummissioner dedikeret til at måle støv i solsystemet. Men de er fløjet ud til bestemte destinationer og har taget målinger. Det er første gang, man har målinger hele vejen fra Jorden ud til Jupiter,« forklarer John Leif Jørgensen.

Her støver det

Forskerne fandt stort set ikke noget støv i området omkring Jordens bane – ifølge det nye studies forklaring, fordi Jordens tyngdekraft sørger for at ’støvsuge’ området for støv. Men på den anden side af Mars ramlede Juno pludselig ind i en større byge af støv.

»Det var nærmest, som om der blev rystet en støvklud ude foran Juno,« konstaterer John Leif Jørgensen.

Efter et stykke tid forsvandt støvet imidlertid igen; ifølge studiet, fordi Juno var nået ud til et område, hvor støvet var under indflydelse af Jupiters tyngdekraft.

Med andre ord fandt forskerne altså primært kun støv i et bælte nær Mars. Og de mener, at dette bælte af støv netop er kilden til zodiakallyset, som vi kan se fra Jorden.

»I begyndelsen var vi selv skeptiske over for vores egne data, men uanset hvordan vi vender og drejer det, kan vi ikke se andre muligheder, end at støvet må komme fra Mars eller måske fra en af Mars’ to måner,« siger John Leif Jørgensen.

Hvad siger modellerne?

Forskerne har også udviklet en computermodel, som beregner støvets bevægelser i vores solsystem. Og modellen kan netop forudsige karakteristiske variationer i zodiakallyset, når den bliver fodret med data fra Juno, forklarer de.

»Det er i mine øjne en bekræftelse af, at vi ved, præcis hvordan disse partikler er i kredsløb i vores solsystem, og hvorfra de stammer,« lyder det fra studiets medforfatter, Jack Connerney, som er forskningsleder på Juno’s magnetometer i en pressemeddelelse fra NASA.

Andre forskere påpeger imidlertid, at der findes andre mere gængse modeller over støv og zodiakallys, som forskerne kunne have udnyttet til at teste deres resultater.

»De holder ikke deres resultater op mod eksisterende modeller for at styrke påstandene i deres teori,« siger Petr Pokorny, der ser den manglende sammenligning med andre modeller som en svaghed ved studiet.

Juno fandt kometstøv

De eksisterende modeller siger generelt, at størstedelen af støvet i det indre solsystem kommer fra kometer – mindre himmellegemer, som består af støv, is og klippestykker. En mindre del af støvet kommer ifølge modellerne fra asteroider – større klippestykker - som giver anledning til støv, når de støder sammen.

Endelig er der også et lille bidrag af støv, som kommer rejsende ind i solsystemet fra det interstellare rum – rummet mellem stjernerne.

I en model fra 2013 beregner Michael Rowan-Robinson eksempelvis, at 70 procent af støvet mellem Solen og Mars kommer fra kometer, 22 procent fra asteroider og syv procent fra det interstellare rum.

Det nye studie kan i princippet bekræfte, at kometer giver anledning til støv i Solsystemet, for det sker faktisk to gange på rejsen ud mod Jupiter, at Juno flyver igennem halen på en komet. Og her kommer der store udsving i Juno’s støvmålinger.

»Vi afviser ikke, at kometer giver anledning til støv i det indre solsystem, men vi mener ikke, at det er støv fra kometer, som giver anledning til zodiakallyset,« forklarer Anja C. Andersen.

Zodiakale støvbånd

Når man ser på zodiakallyset, kan man observere nogle særlige bånd eller strukturer i lyset. Disse strukturer bliver også kaldt for asteroide-støvbånd eller zodiakale støvbånd, og generelt er der enighed blandt støvforskere om, at de skyldes støv fra asteroider.

»Vi regner med, at de stammer 100 procent fra asteroider,« fortæller Michael Rowan-Robinson.

Modsat mange andre studier foreslår det nye studie derimod, at zodiakale støvbånd kommer fra Mars.

John Leif Jørgensen forklarer, at hvis det var korrekt, at støvet kom fra asteroider ville forskerne forvente, at Juno havde detekteret en masse støv ude omkring asteroidebæltet – et område mellem Mars og Jupiter, hvor asteroiderne findes.

»Men det eneste sted, hvor vi faktisk slet ikke finder noget støv, er ude omkring asteroidebæltet,« siger John Leif Jørgensen, som suppleres af Anja C. Andersen:

»I de sidste 30 år har der været konsensus om, at støvet kommer fra asteroidebæltet. Men man skal huske på, at ideen stammer fra observationer gjort med teleskoper fra Jorden eller målinger fra satellitter i kredsløb om Jorden. Vi er de første, som rent faktisk har været ude at teste, om støvet nu også ligger ude ved asteroidebæltet, og det gør det ikke,« siger hun.

Snævert fokus på egne data

Hun påpeger, at når man kigger ud i rummet fra Jorden, kan man bestemme retningen på fjerne objekter, men så snart man skal bestemme om et objekt ligger foran eller bagved et andet, skal man til at fortolke.

»Hvis man som forsker ved, at man skal kigge efter støv ude ved asteroidebæltet, får man ofte sine observationer til at passe med det. Det er helt naturligt,« siger Anja C. Andersen.

Støvforsker Petr Pokorny påpeger imidlertid, at det ville have styrket forskernes helt nye teori om, at Mars er kilden til støvet i zodiakalbåndene, hvis de havde holdt deres målinger op mod flere andre data og modeller.

»Der er ikke noget galt i at præsentere din egen teori, som bryder med det nuværende paradigme. Men artiklen mangler en mere grundig analyse af andre tilgængelige datasæt og fokuserer kun på Junos datasæt og delvist på IRAS detektion af zodiakalbåndene,« siger Petr Pokorny med henvisning til Den Infrarøde Astronomiske Sattelit (IRAS), som har været i kredsløb om Jorden og lavet målinger af zodiakalbånd.

'På herrens mark'

Ligesom andre forskere hæfter han sig også ved, at det nye studie ikke kan levere nogen forklaring på, hvordan store mængder af støv skulle kunne undslippe Mars. Det indrømmer forskerne også ærligt i deres studie.

»Vi er blanke i forhold til en forklaring på, hvordan støvet bliver løftet af Mars. Vi er på herrens mark, og vi har diskuteret det rigtig meget. Vi ved, at Mars er præget af voldsomme støvstorme, men vi kan ikke forklare, hvordan støvet skulle blive løftet helt væk fra planeten,« siger Anja C. Andersen.

»Men spørgsmålet er, om vi så skulle have ventet med at publicere? Vores holdning har været, at vi lægger vores data på bordet og så håber vi på, at der kan komme en anden dygtig forsker på banen med en forklaring. Nu har vi fremlagt, hvordan vi tror, det hænger sammen,« slutter hun.

I de kommende dage kan du læse meget mere om det nye støvstudie – blandt andet hvordan opdagelsen kan bringe fremtidige rummissioner i fare, og hvordan tilfældigheder og charme banede vejen for opdagelsen.