(NASA/JPL-Caltech) Im November 2018 überquerte Voyager 2 nach einer epischen, 41-jährigen Reise endlich die Grenze, die die Grenze des Einflusses der Sonne markierte, und betrat den interstellaren Raum. Doch die Mission der kleinen Sonde ist noch nicht beendet – sie sendet nun Informationen über den Weltraum jenseits des Sonnensystems nach Hause.
Und es enthüllt etwas Überraschendes. Während sich Voyager 2 immer weiter von der Sonne entfernt, wird die Dichte Der Platzbedarf nimmt zu.
Es ist nicht das erste Mal, dass dieser Dichteanstieg festgestellt wurde. Voyager 1, das 2012 in den interstellaren Raum eintrat, entdeckte an einem anderen Ort einen ähnlichen Dichtegradienten.
Die neuen Daten von Voyager 2 zeigen nicht nur, dass die Entdeckung von Voyager 1 legitim war, sondern auch, dass die Zunahme der Dichte ein großräumiges Merkmal des sehr lokalen interstellaren Mediums (VLIM) sein könnte.
Der Rand des Sonnensystems kann durch einige verschiedene Grenzen definiert werden, aber die Grenze, die von den Voyager-Sonden überschritten wird, ist als Heliopause bekannt und wird durch den Sonnenwind definiert.
Dabei handelt es sich um einen konstanten Überschallwind aus ionisiertem Plasma, der von der Sonne in alle Richtungen ausströmt, und die Heliopause ist der Punkt, an dem der nach außen gerichtete Druck dieses Windes nicht mehr stark genug ist, um den Wind aus dem interstellaren Raum zu drängen.
( NASA/JPL-Caltech )
Der Raum innerhalb der Heliopause ist die Heliosphäre und der Raum außerhalb davon ist das VLIM. Aber die Heliosphäre ist keine runde Kugel. Es ähnelt eher einem Oval mit dem Sonnensystem an einem Ende und einem strömenden Schweif dahinter; die „Nase“ ist spitz Richtung der Umlaufbahn des Sonnensystems in der Milchstraße.
Beide Voyager überquerten die Heliopause an der Nase, allerdings mit einem Unterschied von 67 Grad in der heliographischen Breite und 43 Grad Unterschied in der Länge.
Der Weltraum wird im Allgemeinen als Vakuum betrachtet, aber das ist nicht der Fall, nicht vollständig. Die Dichte der Materie ist extrem gering, aber sie existiert immer noch. Im Sonnensystem hat der Sonnenwind eine durchschnittliche Protonen- und Elektronendichte von 3 bis 10 Partikel pro Kubikzentimeter , aber es wird kleiner, je weiter man sich von der Sonne entfernt.
Die mittlere Elektronendichte des interstellaren Mediums in der Milchstraße, zwischen den Sternen, wurde berechnet etwa 0,037 Partikel pro Kubikzentimeter betragen. Und die Plasmadichte in der äußeren Heliosphäre beträgt etwa 0,002 Elektronen pro Kubikzentimeter.
Als die Voyager-Sonden die Heliopause überquerten, erfassten ihre Plasmawellen-Wissenschaftsinstrumente die Elektronendichte des Plasmas durch Plasmaschwingungen.
Voyager 1 überquerte die Heliopause am 25. August 2012 in einer Entfernung von 121,6 Astronomischen Einheiten von der Erde (das ist das 121,6-fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne, also etwa 18,1 Milliarden km).
Bei der ersten Messung der Plasmaoszillationen nach dem Durchqueren der Heliopause am 23. Oktober 2013 in einer Entfernung von 122,6 astronomischen Einheiten (18,3 Milliarden km) ermittelte Voyager 1 eine Plasmadichte von 0,055 Elektronen pro Kubikzentimeter .
Voyager 2, die den langen Umweg nahm, flog vorbei Jupiter , Saturn, Uranus und Neptun, durchquerten am 5. November 2018 die Heliopause in einer Entfernung von 119 Astronomischen Einheiten (17,8 Milliarden km). Es hat die Plasmaschwingungen am 30. Januar 2019 in einer Entfernung von 119,7 Astronomischen Einheiten (17,9 Milliarden) gemessen und dabei eine Plasmadichte von 0,039 Elektronen pro Kubikzentimeter ermittelt, was sehr nahe an der Voyager-1-Messung liegt.
Und beide Instrumente meldeten eine Zunahme der Dichte. Nach weiteren 20 Astronomischen Einheiten (2,9 Milliarden km) durch den Weltraum meldete Voyager 1 einen Anstieg auf etwa 0,13 Elektronen pro Kubikzentimeter.
Aber Entdeckungen durch Voyager 2 im Juni 2019 zeigten einen viel stärkeren Anstieg der Dichte auf etwa 0,12 Elektronen pro Kubikzentimeter in einer Entfernung von 124,2 astronomischen Einheiten (18,5 Milliarden Einheiten).
Angesichts dessen Plasma beim atmosphärischen Druck der Erde hat eine Elektronendichte von 10^13 pro Kubikzentimeter. Diese Mengen mögen winzig erscheinen, aber sie sind bedeutend genug, um unser Interesse zu rechtfertigen – insbesondere, da nicht klar ist, was sie verursacht.
Eine Theorie besagt, dass die interstellaren Magnetfeldlinien stärker werden, wenn sie über die Heliopause fallen. Dies könnte eine Instabilität des elektromagnetischen Ionenzyklotrons erzeugen, die das Plasma aus dem Drapierungsbereich verarmt. Voyager 2 hat es erkannt ein stärkeres Magnetfeld als erwartet als es die Heliopause überquerte.
Eine andere Theorie besagt, dass vom interstellaren Wind verwehtes Material langsamer werden sollte, wenn es die Heliopause erreicht, was zu einer Art Stau führen würde. Dies wurde möglicherweise von der Sonde New Horizons im äußeren Sonnensystem entdeckt. das im Jahr 2018 das schwache ultraviolette Leuchten aufnahm Dies resultiert aus der Ansammlung von neutralem Wasserstoff an der Heliopause.
Es ist auch möglich, dass beide Erklärungen eine Rolle spielen. Zukünftige Messungen beider Voyager-Sonden auf ihrer Reise in den interstellaren Raum könnten dabei helfen, dies herauszufinden. Aber das könnte eine lange Wette sein.
„Es ist nicht sicher“, schrieben die Forscher in ihrer Arbeit, „ob die Voyager weit genug fliegen können, um zwischen diesen beiden Modellklassen zu unterscheiden.“
Wir glauben an euch, Raumsonden!
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .