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Astronomie|Physik

Wie die anomale kosmische Strahlung entsteht

Die altgediente Raumsonde Voyager-1, die derzeit 98-mal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde, ist immer noch für Überraschungen gut. Jetzt deckten David McComas vom Southwest Research Institute und Nathan Schwadron von der Boston University mithilfe von Voyager-Daten auf, dass extrem schnelle kosmische Teilchen nur in bestimmten Regionen an der Grenze des Sonnensystems beschleunigt werden.

Im Dezember 2004 überquerte Voyager-1 die Grenze zwischen dem Sonnensystem und dem interstellaren Raum. In dieser Grenzregion treffen die Teilchen des Sonnenwindes, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen, auf kosmische Teilchen und werden dadurch abrupt abgebremst. Wie vor Flugzeugen, die sich mit Überschallgeschwindigkeit fortbewegen, bildet sich eine Stoßfront aus. In dieser Region, so nahmen Planetenforscher bislang an, werden einige der Teilchen ionisiert und durch das vorhandene Magnetfeld nach und nach auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigt. Diese energiereichen Teilchen schwirren als so genannte anomale kosmische Strahlung durchs Sonnensystem.

Voyager-1 registrierte im Dezember 2004 zwar die langsamere Geschwindigkeit des Sonnenwindes, allerdings entdeckten die Instrumente der Sonde sehr viel weniger energiereiche Teilchen als vorhergesagt. „Wir hatten gedacht, dass wir recht gut wissen, was wir in der Stoßfront sehen werden“, sagt McComas. „Aber als Voyager dort ankam, war klar, dass dort nicht die Quelle der anomalen kosmischen Strahlung sein konnte.“ Über das Ausmaß der Fehlkalkulation ist der Forscher selbst erstaunt: „Wir haben uns nicht um fünf oder zehn Prozent vertan, sondern um den Faktor zehn bis zwanzig.“

Zusammen mit Nathan Schwadron berichtet McComas in der Zeitschrift Geophysical Research Letters, dass die schnellen Teilchen nicht überall in der Stoßfront erzeugt werden. Die Heliosphäre ? die Blase, die der Sonnenwind rund um das Sonnensystem erzeugt ? ist nicht rund, sondern wird durch die Bewegung des Sonnensystems um die Milchstraße verzerrt. Vorne ist sie eingedrückt, und nach hinten erstreckt sich ein längerer Schweif in den Weltraum.

Voyager-1 hat die Grenze in der Nähe der „Nase“ durchquert. Dort, so berechneten die beiden Forscher, können sich die ionisierten Teilchen nicht lange genug halten, um auf hohe Energien beschleunigt zu werden. Nach der Theorie der Forscher werden sie zusammen mit den Magnetfeldlinien langsam zur Seite transportiert und verweilen insgesamt mehrere hundert Tage in der Übergangsregion. Dabei nehmen sie eine Menge Energie auf und schießen schließlich ins Sonnensystem hinein.

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Ob diese Theorie stimmt, wird sich in zwei bis drei Jahren zeigen: Dann wird auch Voyager-2 die Grenze des Sonnensystems erreichen ? und zwar ein gutes Stück näher an den Flanken als ihre Schwestersonde. Die Forscher des Southwest Research Institute schicken zudem 2008 den Interstellar Boundary Explorer (IBEX) in den Erdorbit, der den kosmischen Teilchenfluss außerhalb der Erdmagnetosphäre messen soll.

David McComas (Southwest Research Institute), Nathan Schwadron (Boston University): ?An Explanation of the Voyager Paradox: Particle Acceleration at a Blunt Termination Shock“, Geophysical Research Letters, 17. Februar 2006 Ute Kehse
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