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Überraschungen vom Rande des Sonnensystems

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Fast jeden Tag richten sich die Antennen von NASA's Deep Space Network zu einem leeren Fleck am Himmel, im Sternbild Schlangenträger, aus. Ausgerichtet ins Nichts, wie es aussieht, zeichnen sie immer wieder ein Signal auf, schwach aber voll mit wertvollen Informationen. Die Quelle liegt hinter Neptun, hinter Pluto, an der Grenze zu den Sternen selber.

Es ist Voyager 1. Das Raumschiff verließ die Erde im Jahr 1977 zu einer Mission die Planeten Jupiter und Saturn zu besuchen. Fast 30 Jahre später, die Gasriesen lange hinter sich gelassen, fliegt Voyager 1 immer noch und entdeckt einige seltsame Dinge.

"Wir sind in ein völlig neues Gebiet des Raumes eingedrungen," sagt Ed Stone, Wissenschaftler am Voyager Projekt und früherer Leiter des JPL. "Und das Raumschiff sendet überraschend neue Informationen zur Erde zurück."

Bevor wir die Überraschungen enthüllen, zuerst eine kurze Erklärung wo sich Voyager 1 genau befindet:

Unser gesamtes Sonnensystem - Planeten und andere Objekte - befindet sich innerhalb einer gigantischen Blase aus Gas, welche eine 4 Mal größere Ausdehnung hat als der Orbit des Planeten Neptun. Dafür ist die Sonne verantwortlich. Sie bläst durch den Sonnenwind gegen die Wolke. Astronomen nennen die Blase selber "die Heliosphäre" und ihre äußere Hülle "die Heliosheath - die Sonnenscheide." [Diagramm]

Voyager 1 befindet sich etwa 10 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt, innerhalb der Sonnenscheide.

"Sie können die Sonnenscheide in ihrem Waschbecken simulieren," sagt Stone. "Drehen Sie den Wasserhahn auf, so dass ein feiner Wasserstrahl in die Spüle fällt. Schauen Sie in die Spüle. Dort wo der Strahl den Boden berührt, das ist die Sonne. Von dort aus fließt das Wasser in einer perfekt runden Form nach außen. Das ist der Sonnenwind. Wenn sich das Wasser (oder der Sonnenwind) ausdehnt, wird es dünner und dünner und kann nicht mehr so starken Druck ausüben. Ganz plötzlich formt sich ein träger, turbulenter Ring. Dieser Ring ist die Sonnenscheide."

"Die Sonnenscheide ist wichtig für den Menschen," fährt Stone fort. "Sie schützt uns vor der kosmischen Strahlung." Galaktische kosmische Strahlung besteht aus subatomaren Teilchen, die durch Supernovae und Schwarze Löcher fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Astronauten im Weltraum sind dieser Strahlung ausgesetzt - und das ist nicht gut. Kosmische Strahlung kann die Haut durchdringen und die Erbsubstanz schädigen. Glücklicherweise leitet die Sonnenscheide viel der kosmischen Strahlung ab, bevor sie überhaupt das innere Sonnensystem erreicht. "Magnetische Turbulenzen in der Sonnenscheide zerstreuen die Teilchen."

Anmerkung: Wir haben viele Schutzschilde gegen kosmische Strahlung, von den dünnen Wänden der Raumschiffe bis hin zur Atmosphäre unseres Planeten. Aber die Sonnenscheide ist unsere erste Verteidigungslinie, was sie so besonders macht.

Wegen ihrer Rolle als Schützerin des Sonnensystems, "müssen wir soviel wie möglich über die Sonnenscheide lernen," sagt Stone. "Voyager 1 ermöglicht uns einen ersten Blick ins Innere." Und nun zu den Überraschungen:

Magnetische Schlaglöcher: Immer wieder segelt Voyager 1 durch ein "magnetisches Schlagloch," in dem das Magnetfeld der Sonnenscheide fast vollständig verschwindet und vom typischen Wert von 0,1 nano Tesla (nT) auf 0,01 nT oder weniger abfällt. Es gibt auch "magnetische Bodenwellen" in denen die Feldstärke sich von 0,1 nT auf 0,2 nT verdoppelt. Diese Bodenwellen und Schlaglöcher stellen eine unerwartete Art von Turbulenz dar. Welche Rolle spielen sie bei der Streuung der kosmischen Strahlung? "Dies untersuchen wir derzeit," sagt Stone.

Träger Sonnenwind: Der Sonnenwind in der Sonnenscheide ist langsamer als man es erwartet hätte. "Es wurde erwartet, dass der Sonnenwind dort draußen langsamer wird, genau wie das Wasser im Spülbecken langsamer wird um den 'trägen Ring' auszubilden," sagt Stone, "aber nicht so langsam." Bevor Voyager 1 ankam sagten Computermodelle eine Windgeschwindigkeit von 320.000 bis 480.000 km/h voraus. Voyager 1 hat aber nur etwa 54.000 km/h gemessen. "Dies bedeutet, dass unsere Computermodelle verbessert werden müssen."

Ungewöhnliche kosmische Strahlung: "Dies erfordert ein wenig Erklärung," sagt er. "Während uns die Sonnenscheide von der kosmischen Strahlung aus dem tiefen Raum schützt, produziert sie zugleich selber einiges an kosmischer Strahlung. Eine Schockwelle an der inneren Grenze der Sonnenscheide überträgt Energie auf subatomare Teilchen die herumschwirren und, wie kosmische Strahlung, in das innere Sonnensystem fliegen. "Wir nennen sie 'ungewöhnliche kosmische Strahlung.' Sie ist nicht so gefährlich wie die galaktische kosmische Strahlung, da sie nicht so energiereich ist."

Forscher glaubten, dass Voyager 1 die größte Menge ungewöhnlicher kosmischer Strahlung bei der inneren Grenze der Sonnenscheide finden würde "weil angenommen wurde, dass dort die ungewöhnliche kosmische Strahlung produziert wird." Überraschung: Voyager durchquerte die Grenze im August 2005 und fand keinen Anstieg der kosmischen Strahlung. Erst jetzt, 480 Millionen Kilometer später, begann die Intensität anzusteigen.

"Das ist wirklich Rätselhaft," sagt Stone. "Woher kommt die ungewöhnliche kosmische Strahlung?"

Voyager 1 findet vielleicht die Quelle -- und wer weiß was noch? -- auf ihrer weiteren Reise. Die Sonnenscheide hat eine Dicke von 4,8 bis 6,4 Milliarden Kilometern und Voyager 1 wird sich für weitere 10 Jahre in ihr befinden. Das ist eine Menge neues Gebiet zum erforschen und viel Zeit für neue Überraschungen.

Quelle: Science@NASA

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