Überraschung: Ist die Heliosphäre rund?

Verblüffende Erkenntnis: Die Plasmawolke rund um unser Sonnensystem sieht völlig anders aus als bisher gedacht. Statt einen lang ausgezogenen Schweif zu besitzen, gleicht die Heliosphäre einer symmetrischen Kugel. Indizien dafür liefern nun Daten der NASA-Raumsonde Cassini, aber auch der Voyager-Sonden, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten. Sollte sich dies bestätigen, krempelt dies unsere bisherige Sicht dieses wichtigen Schutzschilds völlig um.

Unser gesamtes Sonnensystem rast in einer geschützten Blase durch die Milchstraße: in der Heliosphäre. Diese vom Magnetfeld der Sonne und dem Sonnenwind gebildete Plasmawolke schirmt uns vor energiereichen, interstellaren Teilchen ab. Bisher gingen Astronomen davon aus, dass diese Heliosphäre nach hinten in einen langen Plasmaschweif ausgezogen ist – ähnlich wie das irdische Magnetfeld auf der sonnenabgewandten Seite.

Kugelig statt lang ausgezogen?

Doch diese Vorstellung ist möglicherweise falsch: Daten der NASA-Raumsonde Cassini scheinen das Bild von einem Plasmaschweif der Heliosphäre zu widerlegen. Stattdessen sprechen sie dafür, dass die Heliosphäre fast kugelrund ist – von einer Ausbeulung nach hinten keine Spur. „Die Ergebnisse deuten stark auf eine diamagnetische, kugelförmige Heliosphäre mit nur wenigen schweifartigen Strukturen hin“, konstatieren Kostas Dialynas von der Universität Athen und seine Kollegen.

Sollte sich dies bestätigen, würde dies nicht nur unsere Vorstellung von der schützenden Plasmablase um unser Sonnensystem auf den Kopf stellen. Die neuen Erkenntnisse könnte auch endlich Klarheit über das seit mehr als 50 Jahren diskutierte Modell der Heliosphäre schaffen – und einige der überrasch3den Messergebnisse der Voyager-Sonden erklären.

Neutrale Atome als Indizien

Die Indizien für die überraschend runde Form der Heliosphäre lieferte ein Instrument an Bord der Cassini-Sonde. Dieses sollte eigentlich energiereiche Teilchen in der Magnetosphäre des Saturn einfangen und messen. Doch neben diesen Partikeln registrierte die „Ion and Neutral Camera“ (INCA) auch schnelle, neutrale Atome, die aus den Außenbereichen des Sonnensystems stammten.

Nach bisheriger Vorstellung war die Heliosphäre schweifartig ausgezogen. © NASA

Diese Atome entstehen, wenn Teilchen an der Grenze der Heliosphäre mit den interstellaren Medium interagieren, wie die Wissenschaftler erklären. Einige von ihnen werden dabei beschleunigt und in Richtung Sonne zurückgeschleudert. Weil sich die Menge dieser Atome im Takt des elfjährigen solaren Aktivitätszyklus auf typische Weise verändert, lässt sich an der von Cassini gemessene Zahl erkennen, wie lange sie von der Grenze der Heliosphäre zurück zum Saturn gebraucht haben.

Heliosphärengrenze überall gleich weit entfernt

Dabei zeigte sich Überraschendes: Entgegen den Erwartungen benötigen die Atome immer rund zwei bis drei Jahre für den Rückflug von der Heliosphärengrenze zum Saturn – egal aus welcher Richtung sie kamen. Doch wenn die solare Plasmawolke einen lang ausgezogenen Schweif besäße, wäre die Heliosphärengrenze dort viel weiter entfernt und die Atome müssten entsprechend länger für ihren Weg benötigen.

„Wenn der Schweif der Heliosphäre wie bei einem Kometen ausgezogen wäre, dann müsste die solare Aktivität sich in den Atomen aus dieser Region mit Verzögerung widerspiegeln“, sagt Koautor Tom Krimigis vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University. Doch genau sei nicht der Fall gewesen.

Die Messungen neutraler Atome (blau und grün) durch Cassini sprechen für eine kugelige Form der Heliosphäre © NASA/JPL

Hinweise auch von den Voyager-Sonden

Nach Ansicht der Astronomen sprechen nicht nur diese Ergebnisse für eine kugelige Form der Heliosphäre, auch die Daten der beiden Voyager-Sonden liefern hierfür Hinweise. Beide Raumsonden bewegen sich an der Grenze der Heliosphäre, Voyager 1 könnte bereits den interstellaren Raum erreicht haben.

Messdaten der Sonden deuten darauf hin, dass die Grenze zwischen Heliosphäre und interstellarem Raum überraschend turbulenter ist. Gleichzeitig scheint das interstellare Medium dichter zu sein als es bisherigen Modelle nahelegten. „Die kugelige Form der Heliosphäre könnte durch das starke interstellare Magnetfeld erklärbar sein“, meint Dialynas. „Es ist sehr viel stärker als man angenommen hat.“ Dies könnte dazu führen, dass der Schweif der Heliosphäre quasi eingedrückt und verformt wird.

Weitere Aufschlüsse darüber, warum die Heliosphäre kugelig ist, erhoffen sich die Astronomen von kommenden Messdaten sowohl der beiden Voyager-Sonden als auch von der Raumsonde IBEX, die ähnlich wie Cassini Teilchen von der Heliosphärengrenze einfängt und misst. „Diese Daten werden uns helfen, die interstellare Grenze besser zu verstehen, die dazu beiträgt unsere Erde von den schädlichen kosmischen Strahlen abzuschirmen“, sagt IBEX-Projektwissenschaftler Arik Posner von der NASA. (Nature Astronomy, 2017; doi: 10.1038/s41550-017-0115)

(NASA/Goddard Space Flight Center, 27.04.2017 – NPO)