Voyager 2: Erste Daten aus dem interstellaren Raum

Neues von der Grenze des Sonnensystems: Vor genau einem Jahr hat die NASA-Raumsonde Voyager 2 die Grenze zum interstellaren Raum passiert. Jetzt liefern ihre Daten neue, teilweise überraschende Einblicke in die Beschaffenheit dieser Grenzregion – darunter die Existenz einer starken Magnetbarriere. Der Vergleich mit Voyager-1-Daten zeigt zudem Gemeinsamkeiten, aber auch einige entscheidende Unterschiede, wie Forscher in gleich fünf „Nature“-Fachartikeln berichten.

Die beiden Voyager-Sonden sind kosmische Pioniere. Denn als erste menschengemachte Objekte haben sie die schützende Heliosphäre des Sonnensystems verlassen und den interstellaren Raum erreicht. Voyager 1 passierte die Grenzregion der Heliopause bereits im Sommer 2012, Voyager 2 folgte am 5. November 2018. Vor allem Letzteres wurde von Forschern weltweit gespannt erwartet. Denn erst die Daten von Voyager 2 können zeigen, ob die Messdaten von Voyager 1 repräsentativ sind für die Beschaffenheit dieser Grenzregion unseres Sonnensystems.

Jetzt sind die lange ersehnten Vergleichsdaten eingetroffen und fünf Forscherteams haben die Ergebnisse zu Plasmaströmungen, kosmischer Strahlung und Magnetfeldern beiderseits der Heliopause ausgewertet.

Aufbau der Heliosphäre: Die Heliopause bildet die Außengrenze, darauf folgt die Heliohülle und innen der Termination Shock, eine Stoßwelle, die den innersten Kontaktbereich des eindringenden intgerstellaren Mediums mit dem Sonnenwind markiert. © NASA/IBEX/Adler Planetarium

Und sie ist doch rund!

Eines der wichtigsten Ergebnisse dabei: Die Heliosphäre – die schützende Einflusssphäre der Sonne – ist offenbar symmetrisch. Denn trotz ihrer weit auseinanderliegenden Flugbahn haben beide Voyager-Sonden die Grenze zum interstellaren Medium in fast dem gleichen Sonnenabstand erreicht – 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.

Das Spannende daran: Astronomen sind früher von einer asymmetrischen, weit nach hinten ausgezogenen Form der Heliosphäre ausgegangen. Doch bereits 2017 hatten Daten der Cassini-Sonde erste Indizien dafür geliefert, dass die Heliosphäre stattdessen überraschend kugelig und symmetrisch ist. Die neuen Voyager-Daten bestätigen dies nun.

Auffallende Unterschiede

Doch es gibt auch auffallende Unterschiede zwischen den Messdaten von Voyager 1 und 2, wie die Forscherteams berichten. So hatte Voyager 1 schon fast zwei Jahre vor der Passage der Heliopause ein Abflauen der Plasmaströme registriert, dafür traten nach dem Übergang ins interstellare Medium mehrfach starke Turbulenzen im umgebenden Plasma auf. Dies sprach für eine instabile, aber dicke Grenzregion.

Anders bei Voyager 2: „Voyager 2 durchquerte die Heliopause innerhalb von nur einem halben Tag“, berichten Leonard Burlaga vom Goddard Space Flight Center der NASA und sein Team. Zudem registrierte die Sonde weder eine vorhergehende lange Flaute noch die starken „Tsunamis“ nach dem Übergang ins interstellare Medium. „Demnach war die von Voyager 2 beobachtete Heliopause stabil und dünn, im Gegensatz zur instabilen und dickeren Heliopause, die Voyager 1 durchquerte“, so Burlaga.

Aber warum? Den Grund für diese Unterschiede vermuten die Forscher in der Sonnenaktivität: Voyager 1 passierte die Heliopause während eines Minimums im solaren Aktivitätszyklus, dadurch konnten damals interstellare Magnetfelder und kosmische Strahlung weiter in den Randbereich der Heliosphäre eindringen. Voyager 2 dagegen passierte die Grenze in einer Phase starker Aktivität und starken Sonnenwinds, der die Heliopause stabilisiert haben könnte.

Position der Voyager-Sonden – beide haben die Heliopause schon passiert. © NASA/JPL-Caltech

Magnetbarriere

Und noch etwas entdeckte Voyager 2: 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.“

Aus den Daten schließen die Wissenschaftler, dass die Magnetbarriere der Heliosphäre einer dynamischen Entwicklung folgt: Sie entsteht durch Magnetströme, die in Richtung der Heliopause strömen, dort ausdünnen und seitwärts abfließen. Wenn sich dann im nächsten solaren Zyklus die Magnetfeldrichtung der Sonne wieder umkehrt, beginnt dieser Prozess mit umgekehrter Polarität von vorne, so die Forscher.

Viele Fragen noch offen

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 sind längst nicht alle Fragen zu dieser Grenzregion der solaren Einflusssphäre geklärt.

Glücklicherweise werden die beiden Voyager-Sonden noch mindestens zehn Jahre lang wertvolle Daten aus den unerforschten Weiten des interstellaren Raums liefern. Ein spezielles Sparprogramm sorgt dafür, dass die Stromreserven für Messinstrumente und Datenübermittlung lange halten. Doch selbst danach werden die Raumsonden noch tausende Jahre lang als stumme Boten der Menschheit durchs All fliegen. (Nature, doi: 10.1038/s41550-019-0928-3; doi: 10.1038/s41550-019-0920-y; doi: 10.1038/s41550-019-0929-2; doi: 10.1038/s41550-019-0918-5; doi: 10.1038/s41550-019-0927-4)

Quelle: Nature