惑星間塵雲

惑星間塵雲、または黄道雲（黄道光の源）は、太陽系などの惑星系内の惑星間の空間に広がる宇宙塵（宇宙空間に浮遊する小さな粒子）で構成されています。^[2]この粒子系は、その性質、起源、およびより大きな天体との関係を理解するために長年研究されてきました。宇宙塵の測定値を取得するにはいくつかの方法があります。

太陽系では、惑星間塵粒子が太陽光を散乱させ 、夜空の放射の最も顕著な特徴である波長5～ 50μmの熱放射を放射する役割を果たしている。^[3]地球の軌道付近の赤外線放射を特徴付ける粒子の粒径は、通常10～100μmの範囲である。^[4]アポロ計画によって持ち帰られた月の岩石の微細な衝突クレーター^[5]は、月面に降り注ぐ宇宙塵粒子のサイズ分布を明らかにした。1AUにおける惑星間塵の「グリュン」分布^[6]は、 1AUにおけるnmサイズからmmサイズの 宇宙塵のフラックスを表している。

惑星間塵雲の総質量はおよそ3.5 × 10 ¹⁶  kg 、または半径15 kmの小惑星（密度約2.5 g/cm ³ ）の質量です。^{[7]黄道に沿って}黄道帯にまたがるこの塵の雲は、月のない自然に暗い空では黄道光として見え、天文薄明時に太陽に向かって最もよく見えます。

1970年代のパイオニア宇宙船の観測により、黄道光と太陽系の惑星間塵雲との関連が明らかになった。[ 8 ^]また、ニューホライズンズ探査機のVBSDC装置は、太陽系の黄道雲からの塵の影響を検出するように設計された。^[9]

惑星間塵粒子 (IDP) の発生源には、少なくとも、小惑星の衝突、彗星の活動と太陽系内部での衝突、カイパーベルトの衝突、星間物質の粒子などがあります (Backman, D., 1997)。黄道雲の起源は、天文学の分野で長い間最も白熱した論争の的となってきました。

IDPは彗星や小惑星から発生した粒子が雲全体に拡散したものと考えられていた。しかし、その後の観測により、火星の砂嵐が黄道雲の形成に関与している可能性が示唆されている。^{[10] [2]}

惑星間塵粒子に「影響を与える」（破壊または排出メカニズム）主な物理プロセスは、放射圧による排出、内向きのポインティング・ロバートソン（PR）放射抵抗、太陽風圧（大きな電磁気効果を伴う）、昇華、相互衝突、および惑星の動的効果です（Backman, D.、1997）。

これらの塵粒子の寿命は、太陽系の寿命に比べると非常に短い。10,000,000年以上古い恒星の周囲に粒子が見つかった場合、その粒子は最近放出された大きな物体の破片から生じたものでなければならない。つまり、原始惑星系円盤から残った粒子ではないということだ（バックマン、私信）。^[要出典]したがって、その粒子は「後世代」の塵である。太陽系の黄道塵は、99.9%が後世代の塵で、0.1%が侵入した星間物質の塵である。太陽系の形成からのすべての原始粒子は、はるか昔に除去されている。

^{主に放射圧の影響を受ける粒子は「ベータ流星体」として知られています。ベータ流星体は通常1.4× 10−12g}未満で 、太陽から星間空間へと押し出されます。^[11]

惑星間塵雲は複雑な構造をしています (Reach, W., 1997)。背景密度の他に、次のような要素が含まれます。

• 少なくとも 8 つのダストトレイル。その発生源は短周期彗星であると考えられています。
• 多数の塵の帯。その発生源は主小惑星帯の小惑星族であると考えられています。最も強い 3 つの帯は、テミス族、コロニス族、エオス族から発生しています。その他の発生源族には、マリア族、エウノミア族、そしておそらくベスタ族やヒュギエア族が含まれます (Reach 他、1996 年)。
• 少なくとも 2 つの共鳴ダストリングが知られています (たとえば、地球の共鳴ダストリングですが、太陽系のすべての惑星には「航跡」のある共鳴リングがあると考えられています) (Jackson と Zook、1988、1992) (Dermott、SF 他、1994、1997)

惑星間塵は、水星と金星の軌道空間で塵のリングを形成していることがわかっています。^[13]金星の軌道塵リングは、まだ検出されていない金星の後続小惑星、^[13]軌道空間から軌道空間へと波のように移動する惑星間塵、または太陽系の原始惑星円盤、そして太陽系自体が形成された太陽系の恒星周円盤の残骸から発生したと考えられています。^[14]

1951年、フレッド・ウィップルは、直径100マイクロメートル未満の微小隕石は、地球の上層大気に衝突しても溶融することなく減速する可能性があると予測しました。^[15]これらの粒子の実験室研究の近代化は、1970年代にドナルド・E・ブラウンリーと協力者が気球、その後U-2航空機を使用して成層圏収集飛行を開始したことから始まりました。^[16]

発見された粒子の中には、現代の隕石コレクションに含まれる物質に類似したものもあったが、他の粒子のナノ多孔質性と非平衡な宇宙平均組成は、それらが不揮発性の構成要素と彗星の氷の細粒集合体として始まったことを示唆している。^{[17] [18]}これらの粒子の惑星間性質は、後に希ガス^[19]と太陽フレアの軌跡^[20]の観測によって検証された。

こうした状況の中で、テキサス州ジョンソン宇宙センターでは、大気中の粒子を収集し管理するプログラムが開発されました。 ^{[21]この成層圏の微小隕石コレクションは、隕石からの}プレソーラー粒子とともに、今日、研究室で研究できる地球外物質のユニークな供給源です（それ自体が小さな天体であることは言うまでもありません）。

ダスト検出器を搭載した宇宙船には、ヘリオス、パイオニア10号、パイオニア11号、ユリシーズ（木星まで太陽中心軌道を周回）、ガリレオ（木星探査機）、カッシーニ（土星探査機）、ニューホライズンズ（ベネティア・バーニー学生ダストカウンターを参照）などがあります。

太陽系外塵雲は銀河系外背景光を遮るため、太陽系内部からの観測は非常に限られている。^[12]

惑星間塵および関連分野のさまざまな側面に関するレビュー記事のコレクションが、次の書籍に掲載されました。

1978年にトニー・マクドネルは「宇宙塵」^{[22]という本}を編集したが、その中には彗星と惑星間塵の指標としての黄道光、流星、星間塵、サンプリング技術による微粒子研究、宇宙機器による微粒子研究に関する章[23]が含まれていた。また、月や惑星の衝突による浸食、粒子力学の側面、微小流星体によって生じる影響を実験室でシミュレーションするために用いられる加速技術と高速衝突プロセスにも注目が集まっている。

2001年、エバーハルト・グリュン、ボー・グスタフソン、スタン・ダーモット、ヒューゴ・フェヒティグが『惑星間塵』を出版した。^[24]扱われるトピック^[25]は、歴史的観点、彗星塵、地球近傍環境、流星体と流星群、惑星間塵の特性、収集されたサンプルからの情報、宇宙塵の現場測定、黄道雲構造の数値モデル化、観測の統合、計測、物理的プロセス、惑星間塵の光学特性、惑星間塵の軌道進化、惑星周塵、観測と簡単な物理学、星間塵と星周塵円盤である。

2019年、ラファエル・ロドリゴ、ユルゲン・ブルム、シアン・ウェン・スー、デトレフ・V・コシュニー、アニー・シャンタル・ルヴァッサー・レゴー、ヘスス・マルティン・ピンタド、ヴェール・J・スターケン、アンドリュー・ウェストファルは、 Cosmic Dust from the Laboratory to the Starsという書籍にレビューをまとめました。[ ^{26]惑星の大気や無気体から惑星間塵、流星体、彗星塵、活動衛星からの放出物、星間塵、原始惑星系円盤まで、さまざまな環境の塵に関する議論[27]}が含まれています。その場測定、遠隔観測、実験室実験とモデリング、持ち帰ったサンプルの分析など、多様な研究手法と結果が議論されています。

• 恒星周円盤
• 宇宙塵
• 惑星間媒体
• 火星の土壌
• 火星の砂嵐
• 微小隕石
• 外生塵
• 黄道光

• Jackson AA ; Zook , HA (1988)。「地球がその羊飼いとなる太陽系のダストリング」。Nature。337 ( 6208 ) : 629–631。Bibcode :1989Natur.337..629J。doi :10.1038/337629a0。S2CID  4351090。
• Jackson AA; Zook, HA (1992). 「彗星と小惑星からの塵粒子の軌道進化」Icarus . 97 (1): 70–84. Bibcode :1992Icar...97...70J. doi :10.1016/0019-1035(92)90057-E.
• メイ、ブライアン・ハロルド（2008年）。黄道塵雲の視線速度の調査（博士論文）。ニューヨーク：シュプリンガー。hdl：10044/1/ 1333。ISBN 978-0-387-77705-4。
• バックマン、ダナ (1997)。「太陽系外惑星ワークショップ、NASA-エイムズ、1997 年 10 月 23 ～ 25 日」。太陽系外黄道放射 - NASA 研究パネル報告書。
• NASA 太陽系外黄道放射に関するパネル報告書
• Dermott, SF; Jayaraman, S.; Xu, YL; Gustafson, AAS; Liou, JC (1994 年 6 月 30 日)。「地球と共鳴ロックしている小惑星ダストの太陽周リング」。Nature。369 ( 6483 ) : 719–23。Bibcode : 1994Natur.369..719D。doi :10.1038/369719a0。S2CID  4345910。
• Dermott, SF (1997)。「黄道光における惑星のシグネチャー」。太陽系外黄道放射 - NASA 研究パネル報告書。
• Levasseur-Regourd, AC (1996)。「黄道塵の光学的および熱的特性」。惑星間塵の物理、化学、およびダイナミクス、ASP カンファレンス シリーズ、第 104 巻。301 ページ～。
• Reach, W. (1997)。「黄道塵雲の一般構造」。太陽系外黄道放射 - NASA 研究パネル報告書。
• Reach, WT; Franz, BA; Weiland, JL (1997). 「黄道帯のダストバンドの3次元構造」. Icarus . 127 (2): 461–484. Bibcode :1997Icar..127..461R. doi :10.1006/icar.1997.5704.