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Astronomie+Physik

Voyager 2: An der Grenze unseres Sonnensystems

Voyager-Sonden
Position der Voyager-Raumsonden – beide befinden sich bereits jenseits der Heliopause im interstellaren Raum. (Bild: NASA/JPL-Caltech

Vor fast genau einem Jahr ist die NASA-Raumsonde Voyager 2 in den interstellaren Raum vorgedrungen – als erst zweites menschengemachtes Gefährt überhaupt. Jetzt liegen die ersten Daten zu dieser Passage vor. Sie liefern wertvolle Informationen über die Beschaffenheit der Grenzregion zwischen der Einflusssphäre der Sonne und dem interstellaren Medium. So zeigen die Voyager-2-Daten unter anderem, dass es eine Art Magnetbarriere zwischen der Heliopause und dem Außenbereich gibt und dass die Heliopause auf der Bahn dieser Sonde dünner zu sein scheint als bei Voyager 1. Gleichzeitig bestätigen die Daten die Annahme, dass die schützende „Blase“ um das Sonnensystem symmetrisch geformt ist.

Die beiden Voyager-Raumsonden sind Pioniere und Methusalems zugleich. Denn die beiden baugleichen Sonden sind schon seit fast 42 Jahren im Weltraum unterwegs und haben inzwischen einen Bereich des Alls erreicht, den noch nie zuvor ein menschengemachtes Objekt durchflogen hat. Im Sommer 2012 passierte Voyager 1 als erste die Heliopause, die Grenzregion, die die schützende Einflusssphäre des Sonnenwinds vom interstellaren Medium trennt. Dabei registrierten die Messinstrumente der Sonde schon fast zwei Jahre vorher ein Abflauen der Plasmaströme, nach der Passage durch die Heliopause jedoch traten mehrfach starke Turbulenzen im umgebenden Plasma auf – Hinweise auf intensive Interaktionen von Sonnenwind und interstellarem Medium. Zu diesem Zeitpunkt blieb aber unklar, ob dies repräsentativ für die Beschaffenheit der Heliopause und der gesamten Grenzregion ist.

Symmetrisch, aber nicht überall gleich

Jetzt liefern die Daten der Schwestersonde den Astrophysikern die lange ersehnten Vergleichsdaten. Denn Voyager 2 hat am 5. November 2018 ebenfalls die Heliopause passiert und dabei die Veränderungen von Magnetfeld, Plasmaströmen und kosmischer Strahlung aufgezeichnet. In gleich fünf Fachartikeln berichten die Forscher nun von den Ergebnissen dieser Messungen. Eines der wichtigsten Ergebnisse ist: Beide Sonden vollzogen den Übergang in den interstellaren Raum in ähnlicher Entfernung von der Sonne – Voyager 1 bei knapp 122 astronomischen Einheiten (AE), Voyager 2 bei 119 AE. „Das deutet darauf hin, dass die Heliosphäre symmetrisch ist, zumindest bezogen auf die beiden Übergangspunkte der Voyager-Sonden“, sagt Bill Kurth von der University of Iowa, der mit seinen Kollegen die Daten der Plasma-Messinstrumente ausgewertet hat. Die Forscher schließen daraus, dass die Front, an der Sonnenwind und der Strom des interstellaren Mediums kollidieren, annähernd kugelförmig sein muss.

Doch es gibt auch auffallende Unterschiede zwischen den Messergebnissen von Voyager 1 und 2, wie die Forscherteams berichten. So registrierte Voyager 2 keine anhaltende Flaute des Plasmastroms in den Monaten vor der Heliopausen-Passage und auch die Grenzregion selbst schien dünner und klarer abgegrenzt zu sein als bei der Schwestersonde. „Voyager 2 durchquerte die Heliopause innerhalb von nur einem halben Tag“, berichten Leonard Burlaga vom Goddard Space Flight Center der NASA und sein Team. Die starken Turbulenzen, die Voyager 1 noch Monate nach seiner Passage in das interstellare Medium festgestellt hatte, konnte die Sonde dabei nicht feststellen. „Demnach war die von Voyager 2 beobachtete Heliopause stabil und dünn, im Gegensatz zur instabilen und dickeren Heliopause, die Voyager 1 durchquerte“, so Burlaga.

Komplex und dynamisch

Was diese Unterschiede verursacht, ist noch unklar, die Forscher vermuten jedoch, dass die Aktivität der Sonne dafür zumindest teilweise verantwortlich sein könnte. Denn Voyager 1 passierte die Heliopause während eines Minimums im solaren Aktivitätszyklus, Voyager 2 dagegen nahe am Maximum dieses Zyklus. „Als Voyager 1 sich 2012 der Heliopause näherte, gab es zwei Regionen, in denen interstellare Magnetfelder und kosmische Strahlung in das äußere Randgebiet der Heliosphäre eingedrungen waren, erklären Edward Stone vom California Institute of Technology und sein Team. Der damals schwächere Sonnenwind ermöglichte wahrscheinlich dieses Eindringen, während die Heliopause 2018 stabiler und kompakter blieb. Zudem schließen die Wissenschaftler aus den Daten, dass es direkt außerhalb der Heliopause eine geschichtete Region im interstellaren Medium gibt, in der die kosmische Strahlung bereits durch den Einfluss der Heliosphäre und ihrem Magnetfeld moduliert wird.

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Und noch eine Entdeckung machten die Forscher in den Voyager-2-Daten: Diesseits der Heliopause gibt es offenbar eine ausgedehnte Magnetbarriere, die als zusätzliche Abschirmung gegen kosmische Strahlung wirkt. „Die Existenz einer solchen Barriere wurde zwar vorhergesagt, aber erst jetzt haben wir sie nachgewiesen“, berichten Burlaga und sein Team. „Das Magnetfeld in dieser Barriere war stärker als jedes zuvor in der Heliohülle gemessene Magnetfeld.“ Insgesamt sprechen die neuen Daten von Voyager 2 und seiner Schwestersonde dafür, dass die Grenzregion unseres Sonnensystems mit dem interstellaren Medium ein komplexes und hochdynamisches System bildet, wie die Forscher erklären. Und noch immer bleiben einige Fragen zu dieser Grenzregion der solaren Einflusssphäre offen.

Quellen: Edward Stone (California Institute of Technology) et al., Nature, doi: 10.1038/s41550-019-0928-3; John Richardson (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) et al., Nature, doi: 10.1038/s41550-019-0929-2; Donald Gurnett (University of Iowa, Iowa City) et al., doi: 10.1038/s41550-019-0918-5; Leonard Burlaga (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt) et al.,  doi: 10.1038/s41550-019-0920-y; Stamatios Krimigis (Johns Hopkins University, Applied Physics Laboratory, Laurel) et al., doi: 10.1038/s41550-019-0927-4

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