Bildnachweis: NASA
Das Raumschiff Voyager 1 der NASA hat fast die äußeren Grenzen des Sonnensystems in einer Region des Weltraums erreicht, die als Heliosheath bezeichnet wird und in der der Sonnenwind gegen interstellares Gas bläst. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler Daten über diese entfernten Bereiche des Sonnensystems sammeln. Die am 5. September 1977 gestartete Voyager 1 ist jetzt 13 Milliarden km von der Sonne entfernt.
Das Raumschiff Voyager 1 der NASA wird als erstes Raumschiff, das die letzte Grenze des Sonnensystems betritt, wieder Geschichte schreiben, eine weite Fläche, in der Wind von der Sonne heiß gegen dünnes Gas zwischen den Sternen weht: den interstellaren Raum. Bevor Voyager 1 diesen Bereich erreicht, muss es jedoch den Abschlussschock passieren, eine gewalttätige Zone, die die Quelle von Strahlen energiereicher Partikel ist.
Die Reise der Voyager durch diese turbulente Zone wird Wissenschaftlern ihre ersten direkten Messungen der unerforschten Endgrenze unseres Sonnensystems, der sogenannten Heliosheath, ermöglichen, und Wissenschaftler diskutieren, ob diese Passage bereits begonnen hat. Zwei Artikel über diese Forschung werden am 5. November 2003 in Nature veröffentlicht. Der erste Artikel von Dr. Stamatios M. Krimigis vom Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University, Laurel, Md., Und seinem Team stützt die Behauptung dass Voyager 1 über den Terminierungsschock hinausging. Das zweite Papier von Dr. Frank B. McDonald von der University of Maryland, College Park, und seinem Team spricht gegen diese Behauptung. Ein drittes Papier, das am 30. Oktober 2003 in Geophysical Research Letters von Dr. Leonard F. Burlaga vom Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md., Und Mitarbeitern veröffentlicht wurde, zeigt, dass die Voyager 1 den Terminierungsschock nicht überschritten hat. (Eine Abbildung des Abschlussschocks und der Heliosheath finden Sie in Bild 2a.)
„Die Beobachtungen von Voyager 1 zeigen, dass wir einen neuen Teil des Sonnensystems betreten haben. Unabhängig davon, ob wir den Terminierungsschock überschritten haben oder nicht, sind die Teams begeistert, denn dies wurde noch nie zuvor gesehen - die Beobachtungen sind hier anders als im inneren Sonnensystem “, sagte Dr. Eric Christian, Disziplinarwissenschaftler für die Sun Earth Connection-Forschung Programm am NASA-Hauptsitz in Washington, DC.
„Voyager 1 hat auffällige Zeichen der Region tief im Weltraum gesehen, in der sich eine riesige Schockwelle bildet, während der Wind von der Sonne plötzlich langsamer wird und gegen den interstellaren Wind nach außen drückt. Die Beobachtungen haben uns überrascht und verwirrt, daher gibt es viel zu entdecken, als die Voyager beginnt, diese neue Region am äußeren Rand des Sonnensystems zu erkunden “, sagte Dr. Edward Stone, Voyager-Projektwissenschaftler am California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien.
Voyager 1 ist mehr als 13 Milliarden km von der Sonne entfernt und das am weitesten entfernte Objekt, das von der Menschheit gebaut wurde. Es wurde am 5. September 1977 gestartet und erkundete die Riesenplaneten Jupiter und Saturn, bevor es durch die Schwerkraft des Saturn in den Weltraum geworfen wurde. Es nähert sich nun der Region jenseits des Beendigungsschocks und hat sie möglicherweise vorübergehend betreten.
Der Abbruchschock ist dort, wo der Sonnenwind, ein dünner Strom von elektrisch geladenem Gas, der ständig von der Sonne geblasen wird, durch den Druck des Gases zwischen den Sternen verlangsamt wird. Beim Abbruchschock verlangsamt sich der Sonnenwind abrupt von seiner Durchschnittsgeschwindigkeit von 300 bis 700 km / s (700.000 bis 1.500.000 mph). (Siehe Film 4, um zu sehen, wie dies den Sonnenwind in der Heliosheath erwärmt.)
Der genaue Ort des Abbruchschocks ist unbekannt, und es wurde ursprünglich angenommen, dass er näher an der Sonne liegt als Voyager 1 derzeit. Als die Voyager 1 immer weiter von der Sonne entfernt kreuzte, bestätigte sie, dass sich alle Planeten in einer riesigen Blase befanden, die vom Sonnenwind geblasen wurde, und dass der Abschlussschock viel weiter entfernt war (Animation 1).
Das Abschätzen des Ortes des Abbruchschocks ist schwierig, da wir die genauen Bedingungen im interstellaren Raum nicht kennen und selbst das, was wir wissen, die Geschwindigkeit und den Druck des Sonnenwinds, Änderungen, die dazu führen, dass sich der Abbruchschock ausdehnt, zusammenzieht und Welligkeit. Sie können einen ähnlichen Effekt jedes Mal sehen, wenn Sie Geschirr spülen (Film 3). Wenn Sie eine Platte unter einen Wasserstrahl stellen, bemerken Sie, dass sich das Wasser in einem relativ gleichmäßigen Fluss über die Platte verteilt. Der Wasserfluss hat eine raue Kante, an der sich das Wasser abrupt verlangsamt und aufhäuft. Die Kante ist wie der Abschlussschock, und wenn sich der Wasserfluss ändert, ändern sich Form und Größe der rauen Kante.
Vom 1. August 2002 bis zum 5. Februar 2003 bemerkten die Wissenschaftler ungewöhnliche Messwerte der beiden energetischen Teilcheninstrumente auf der Voyager 1, die darauf hinwiesen, dass sie in eine Region des Sonnensystems eingedrungen waren, wie sie noch nie zuvor angetroffen worden war. Dies führte einige zu der Behauptung, dass die Voyager möglicherweise ein vorübergehendes Merkmal des Beendigungsschocks eingegeben hat. So wie kleine Unebenheiten und „Finger“ in der rauen Kante des Wasserflusses über einer Platte erscheinen und verschwinden, hat Voyager möglicherweise einen vorübergehenden „Finger“ in die Kante des Abschlussschocks eingegeben.
Die Kontroverse wäre leicht zu lösen, wenn die Voyager noch die Geschwindigkeit des Sonnenwinds messen könnte, da der Sonnenwind beim Abschlussschock abrupt langsamer wird. Das Instrument, das die Sonnenwindgeschwindigkeit misst, funktioniert jedoch nicht mehr auf dem ehrwürdigen Raumschiff. Daher müssen Wissenschaftler Daten von Instrumenten verwenden, die noch arbeiten, um zu schließen, ob die Voyager den Abschlussschock durchbohrt hat.
Zu den Beweisen für die Überquerung des Schocks gehört die Beobachtung von Voyager, dass elektrisch geladene Hochgeschwindigkeitsteilchen (Elektronen und Ionen) im Zeitraum vom 1. August 2002 bis 5. Februar 2003 mehr als 100-mal zugenommen haben. Dies wäre zu erwarten, wenn die Voyager den Abschlussschock bestehen würde, da der Schock auf natürliche Weise elektrisch geladene Partikel beschleunigt, die wie Tischtennisbälle zwischen den schnellen und langsamen Winden auf den gegenüberliegenden Seiten des Schocks hin und her springen.
Zweitens flossen die Partikel nach außen, an der Voyager vorbei und von der Sonne weg. Dies wäre zu erwarten, wenn die Voyager den Terminierungsschock bereits überschritten hätte, da sich der Beschleunigungsbereich im Terminierungsschock nun hinter dem Raumschiff befinden würde. Drittens zeigte eine indirekte Messung der Sonnenwindgeschwindigkeit an, dass der Sonnenwind während dieser Zeit langsam war, wie es zu erwarten wäre, wenn die Voyager den Schock überwinden würde.
„Wir haben eine indirekte Technik verwendet, um zu zeigen, dass der Sonnenwind von etwa 700.000 Meilen pro Stunde auf viel weniger als 100.000 Meilen pro Stunde langsamer wurde. Dieselbe Technik wurde von uns zuvor angewendet, als das Instrument zur Messung der Sonnenwindgeschwindigkeit noch funktionierte und die Übereinstimmung zwischen den beiden Messungen in den meisten Fällen besser als 20% war “, sagte Krimigis.
Beweise gegen das Eintreten in den Schock schließen die Beobachtung ein, dass es zwar einen dramatischen Anstieg von Partikeln mit niedriger Geschwindigkeit gab, diese jedoch nicht bei den etwas höheren Geschwindigkeiten gesehen wurden, von denen Wissenschaftler glauben, dass der Abbruchschock erzeugt.
Der stärkste Beweis gegen den Eintritt ist jedoch die Beobachtung der Voyager, dass das Magnetfeld in diesem Zeitraum nicht angestiegen ist. Nach theoretischen Modellen muss dies immer dann geschehen, wenn der Sonnenwind langsamer wird. Stellen Sie sich eine Autobahn mit mäßigem Verkehr vor. Wenn die Fahrer durch etwas langsamer werden, beispielsweise durch eine Wasserpfütze, stapeln sich die Autos - ihre Dichte nimmt zu. In gleicher Weise nimmt die Dichte (Intensität) des vom Sonnenwind getragenen Magnetfelds zu, wenn der Sonnenwind langsamer wird.
„Die Analyse der Magnetfeldbeobachtungen von Voyager 1 Ende 2002 ergab, dass sie durch Überqueren des Abbruchschocks nicht in eine neue Region der fernen Heliosphäre eingedrungen sind. Vielmehr hatten die Magnetfelddaten die Eigenschaften, die aufgrund langjähriger früherer Beobachtungen zu erwarten waren, obwohl die Intensität der beobachteten energetischen Partikel ungewöhnlich hoch ist “, sagte Burlaga.
Die Teams sind sich einig, dass Voyager 1 ein neues Phänomen gesehen hat: einen Zeitraum von sechs Monaten, in dem energiearme Partikel sehr häufig vorkamen und von der Sonne wegflossen. Als die ungewöhnliche Zeit endete, waren sich beide einig, dass Voyager 1 wieder im Sonnenwind war. Wenn dies also eine vorübergehende Passage über den Terminierungsschock hinaus war, wird der Schock wahrscheinlich in den nächsten paar Jahren wieder zu sehen sein. Schließlich zeigen die Beobachtungen, dass der Terminierungsschock viel komplizierter ist als gedacht.
Für ihre ursprünglichen Missionen zu Jupiter und Saturn waren Voyager 1 und das Schwesterraumschiff Voyager 2 für Regionen im Weltraum bestimmt, in denen Sonnenkollektoren nicht realisierbar wären. Daher war jeder mit drei thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren ausgestattet, um elektrischen Strom für die Systeme und Instrumente des Raumfahrzeugs zu erzeugen. Die Voyager, die 26 Jahre später immer noch in abgelegenen, kalten und dunklen Bedingungen betrieben werden, verdanken ihre Langlebigkeit diesen vom Energieministerium bereitgestellten Generatoren, die aus der durch den natürlichen Zerfall von Plutoniumdioxid erzeugten Wärme Strom erzeugen.
Die Voyager wurden vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien, gebaut, das beide Raumschiffe 26 Jahre nach ihrem Start weiter betreibt. Die Raumfahrzeuge werden kontrolliert und ihre Daten über das Deep Space Network (DSN) der NASA zurückgegeben, ein globales Raumfahrzeug-Tracking-System, das ebenfalls von JPL betrieben wird. Der Voyager-Projektmanager ist Ed Massey von JPL. Der Voyager-Projektwissenschaftler ist Dr. Edward Stone vom California Institute of Technology.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
