Raumfahrt: Wie Voyager 2 das Ende des Sonnensystems fand
Nachdem Voyager 1 schon 2013 das Sonnensystem verlassen hat, gab die Nasa gestern bekannt, dass nun auch Voyager 2 in den interstellaren Raum vorgedrungen ist. Die 1977 gestartete Sonde ist derzeit etwa 119 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt, also die 119-fache Distanz von der Erde zur Sonne. Aber eine Entfernungsmessung hätte nicht ausgereicht, um das Ende des Sonnensystems zu bestimmen.
Schon 1989 passierte Voyager 2 den äußersten Planeten Neptun. Damit war sie auch weiter von der Sonne entfernt als Pluto, der damals noch als Planet galt. Pluto hatte nur vier Wochen zuvor den sonnennächsten Punkt auf seiner 248 Jahre dauernden Umlaufbahn erreicht. Die Nasa macht den Rand des Sonnensystems von der Sonne abhängig und nicht von den Planeten, schon weil sich Hinweise auf einen weiteren Planeten verdichten.
Wo ist das Sonnensystem zu Ende?
Eine Möglichkeit, das Ende des Sonnensystems zu definieren, wäre die Gravitation der Sonne. Schon 1964 berechneten Astronomen in der Sowjetunion,(öffnet im neuen Fenster) dass die Sonne bis in eine Entfernung von rund 230.000 Astronomischen Einheiten eine stärkere Gravitationskraft besitzt als das Zentrum unserer Milchstraße. Der Einflussbereich eines Planeten im Sonnensystem, dessen sogenannte Hill-Sphäre(öffnet im neuen Fenster), wird ganz ähnlich definiert.
Aber 230.000 Astronomische Einheiten entsprechen rund 3,6 Lichtjahren. Mit einer Geschwindigkeit von 3,3 Astronomischen Einheiten pro Jahr sind diese Entfernungen für Voyager 2 auf lange Zeit unerreichbar. Außerdem dringen immer wieder andere Sterne in diesen Bereich um die Sonne ein. 2013 fand Ralf-Dieter Scholz in Potsdam etwa einen Doppelstern,(öffnet im neuen Fenster) der sich bis auf 52.000 Astronomische Einheiten annäherte.
Statt der Gravitation nutzt die Nasa den Sonnenwind und die kosmische Teilchenstrahlung(öffnet im neuen Fenster) zur Definition der Grenze zwischen Sonnensystem und dem interstellaren Raum. Diese kosmische Strahlung besteht aus Protonen und Atomkernen, von denen einige mehr als die millionenfache Energie der Protonen im Large Hadron Collider erreichen. Auch der Sonnenwind besteht aus solchen Teilchen, die aber wesentlich weniger Energie haben.
Der Raum im Inneren des Sonnensystems ist nach irdischen Maßstäben ein sehr gutes Vakuum. Aber der Sonnenwind sorgt dafür, dass diese Vakuum dennoch mit einem sehr dünnen und extrem heißen Plasma gefüllt ist, also einem Gas aus geladenen Teilchen. Die Teilchen besitzen eine Energie von 0,5 Megaelektronenvolt (MeV) bis höchstens 300 MeV. Das heiße Plasma in einem Fusionsreaktor bringt es dagegen auf nur 0,01 MeV pro Teilchen.
Die kosmische Strahlung ist selbst ein ganz ähnliches Gas, nur dass die Energie von deren Teilchen weit über den Bereich von einigen hundert MeV hinausgehen kann. Den Rekord hält das 1991 gemessene sogenannte Oh-my-God-Teilchen(öffnet im neuen Fenster), es war wohl ein einzelnes Proton, aber mit einem Zehntel der Energie einer 9-mm-Pistolenkugel. Es besaß damit in etwa die 42-millionenfache Energie der Teilchen im Large Hadron Collider.
Das Ende ist, wo Sonnenwind auf kosmische Strahlung trifft
Schon 1969 beschrieben Astronomen,(öffnet im neuen Fenster) dass die äußerst schnellen Teilchen der kosmischen Strahlung mit den weniger schneller Teilchen des Sonnenwindes interagieren können. Obwohl das Gas sehr dünn ist, reicht die Ladung der Teilchen aus, im Sonnensystem zumindest die Teilchen der kosmischen Strahlung von etwa 1.000 MeV abzubremsen. Das Innere des Sonnensystems ist deshalb von vielen Teilchen mit vergleichsweise wenig Energie gekennzeichnet. Im interstellaren Raum sind diese Teilchen seltener, dafür gibt es mehr Teilchen mit höherer Energie, die noch nicht vom Sonnenwind abgebremst wurden.
Die exakte Entfernung, in welcher der Sonnenwind seine Wirkung verliert, muss aber gemessen werden. Die Stärke des Sonnenwindes schwankt je nach Aktivität der Sonne. Bei besonders starker Sonnenaktivität sinkt die Intensität der kosmischen Strahlung im Inneren des Sonnensystems deutlich ab. Das ist wichtig für die Raumfahrt außerhalb des Erdmagnetfeldes. Denn die Teilchenstrahlung der Sonne lässt sich besser abschirmen als die viel energiereichere kosmische Strahlung, sodass Astronauten in Zeiten besonders hoher Sonnenaktivität tatsächlich besser vor der Strahlung geschützt werden können als bei niedriger Aktivität.
Je nach Aktivität der Sonne schwankt damit auch die genaue Entfernung zur Grenze des interstellaren Raums, die Voyager 2 nun überschritten hat. Die Messinstrumente der Voyager-Sonden können zwischen Partikeln mit hoher Energie (über 70 MeV) und niedriger Energie (über 0,5 MeV) unterscheiden. In den letzten Monaten stieg die Zahl der Partikel mit hoher Energie, während immer weniger Partikel mit niedriger Energie gemessen wurden.
Voyager 2 misst nur noch ein Zehntel der Partikel
Durch Änderungen in der Sonnenaktivität ist der Übergang zum interstellaren Raum weder ein gleichmäßiges Absinken noch ein plötzlicher Abfall. Aber nach einigen Schwankungen im November sank die Zahl der gemessenen Partikel(öffnet im neuen Fenster) mit wenig Energie schließlich dauerhaft auf ein stabiles Niveau. Inzwischen messen die Sensoren nur noch etwas mehr als 3 Partikel mit mehr als 0,5 MeV pro Sekunde. Anfang September waren es noch 28 Partikel pro Sekunde. Gleichzeitig stieg die Zahl der gemessenen Partikel mit mehr als 70 MeV von 2 auf 2,5 pro Sekunde. Damit stieg der Anteil der energiereicheren Teilchen von 10 Prozent auf über 80 Prozent.
Die Zahlen sind vergleichbar mit den Messungen von Voyager 1, die schon seit fünf Jahren im interstellaren Raum fliegt. Die Nasa hofft, die Messungen noch bis Mitte der 2020er Jahre fortsetzen zu können, bevor die Thermoelemente der Radioisotopenbatterien endgültig zu wenig Strom zum Betrieb der Messinstrumente liefern.
- Anzeige Hier geht es zu Die Geschichte der Raumfahrt bei Amazon Wenn Sie auf diesen Link klicken und darüber einkaufen, erhält Golem eine kleine Provision. Dies ändert nichts am Preis der Artikel.