Diagramm der Heliosphäre. (NASA/IBEX/Adler Planetarium) Wir haben jetzt eine dreidimensionale Karte einer der Grenzen des Sonnensystems.
Zum ersten Mal konnten Astronomen die Form der Heliosphäre bestimmen, der Grenze, die das Ende des Einflusses des Sonnenwinds unseres Sterns markiert. Diese Entdeckung könnte uns helfen, die Umgebung des Sonnensystems und ihre Wechselwirkungen mit dem interstellaren Raum besser zu verstehen.
„Physikalische Modelle theoretisieren diese Grenze seit Jahren“, sagte der Astronom Dan Reisenfeld des Los Alamos National Laboratory. „Aber dies ist das erste Mal, dass wir es tatsächlich messen und eine dreidimensionale Karte davon erstellen konnten.“
Tatsächlich hatten wir Begegnungen mit dem Rand der Heliosphäre, einer Grenze, die als Heliopause bekannt ist. Beide Voyager-Sonden, die vor über 40 Jahren gestartet wurden, sind darauf gestoßen und reiste vorbei in den interstellaren Raum .
Die Heliopause ist ein faszinierender Ort. Die Sonne schleudert ständig einen Strom geladener Teilchen – einen Überschallwind aus ionisiertem Plasma – in den Weltraum. Mit zunehmender Entfernung verliert der Sonnenwind schließlich an Stärke, so dass er nicht mehr ausreicht, um dem Druck des interstellaren Raums entgegenzuwirken. Der Punkt, an dem das geschieht, ist die Heliopause.
Im interstellaren Raum gibt es nicht viel Material, aber es gibt genug, sodass die Atomdichte gering ist und zwischen den Sternen ein kosmischer Wind weht.
Die Form der Grenze zwischen den beiden war Gegenstand einiger Debatten. Handelt es sich um eine runde Blase? Eine kometenförmige Struktur mit einem Schweif, der hinter dem Sonnensystem herzieht, während es sich um die Milchstraße bewegt? Oder so etwas wie ein seltsamer Halbmond ?
Wir können nicht einfach vorbeischauen und eine Vermessung durchführen – die Voyager 1 und 2 waren 121 bzw. 119 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt, als sie die Heliopause erreichten, und hatten Jahrzehnte gebraucht, um dorthin zu gelangen.
Das heißt aber nicht, dass wir nicht einen Blick darauf werfen können. Reisenfeld und sein Team verwendeten Daten des NASA-Satelliten Interstellar Boundary Explorer (IBEX), der die Erde umkreist, einem Observatorium, das Partikel misst, die aus der Heliohülle, dem äußersten Bereich der Heliosphäre, geschleudert werden.
Einige dieser Teilchen sind das, was Wissenschaftler als energiereiche neutrale Atome oder ENAs bezeichnen. Diese entstehen durch Kollisionen zwischen Teilchen des Sonnenwinds und Teilchen des interstellaren Windes und die Stärke ihres Signals hängt von der Stärke des Sonnenwinds zum Zeitpunkt der Kollision ab – genau wie der Wind auf der Erde auch der Sonnenwind Es bläst nicht immer mit der gleichen Intensität.
Die Dekodierung dieses Signals zur Kartierung der Heliopause ähnelt in etwa der Art und Weise, wie eine Fledermaus Sonar verwendet, um ihre physische Umgebung zu kartieren. Die Stärke des Signals und die Zeitverzögerung zwischen Senden und Empfangen können Aufschluss über die Form und Entfernung von Hindernissen geben.
„Das von der Sonne ausgesendete Sonnenwindsignal variiert in seiner Stärke und bildet ein einzigartiges Muster.“ explained Reisenfeld .
„IBEX wird das gleiche Muster zwei bis sechs Jahre später im zurückkehrenden ENA-Signal sehen, abhängig von der ENA-Energie und der Richtung, in die IBEX durch die Heliosphäre blickt.“ Durch diesen Zeitunterschied haben wir die Entfernung zur ENA-Quellenregion in einer bestimmten Richtung ermittelt.“
Das Team nutzte Daten eines vollständigen Sonnenzyklus von 2009 bis 2019. Die so erstellte Karte ist noch ein wenig ungefährlich, enthüllt aber bereits interessante Dinge über die Heliopause.
(Los Alamos National Laboratory)
Wir wissen jetzt zum Beispiel, dass seine Form (oben animiert) doch ein wenig kometenähnlich zu sein scheint, mit einem Schweif, der mindestens 350 astronomische Einheiten lang ist (das ist die aktuelle Grenze der Reichweite von IBEX), obwohl die Länge des Schwanzes ist unmöglich abzuschätzen. Es könnte kurz und stämmig sein. Andererseits scheint der minimale radiale Abstand zur „Nase“ der Heliopause etwa 110 bis 120 astronomische Einheiten zu betragen, was mit den Überfahrten der Voyager übereinstimmt.
In hohen Breiten erstreckt sich die Heliopause auf 150 bis 175 astronomische Einheiten. Dies zeigt, dass die Form eher einer Kugel ähnelt und überhaupt nicht mit dem seltsamen Croissant-Modell übereinstimmt.
Die IBEX-Mission läuft noch und wird mindestens bis 2025 andauern Interstellare Kartierungs- und Beschleunigungssonde soll im Jahr 2025 beginnen und dort weitermachen, wo IBEX aufgehört hat.
Das Team hofft, dass diese beiden Missionen weitere Daten liefern werden, um die Form der Heliopause zu verfeinern.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die Ergänzungsreihe zum Astrophysikalischen Journal .