Michigan, Die Sonne erwärmt die Erde und macht sie für Menschen und Tiere bewohnbar. Aber das ist noch nicht alles, denn es wirkt sich auf einen viel größeren Raumbereich aus.
Die Heliosphäre, der von der Sonne beeinflusste Raumbereich, ist über hundertmal größer als die Entfernung von der Sonne zur Erde.
Die Sonne ist ein Stern, der ständig einen stetigen Plasmastrom aussendet – hochenergetisches ionisiertes Gas – den sogenannten Sonnenwind.Zusätzlich zum konstanten Sonnenwind löst die Sonne gelegentlich auch Plasmaeruptionen aus, die als koronale Massenauswürfe bezeichnet werden und zur Entstehung des Polarlichts sowie zu Licht- und Energieausbrüchen, sogenannten Flares, beitragen können.
Das von der Sonne ausgehende Plasma dehnt sich zusammen mit dem Magnetfeld der Sonne im Weltraum aus. Zusammen bilden sie die Heliosphäre innerhalb des umgebenden lokalen interstellaren Mediums – dem Plasma, den neutralen Teilchen und dem Staub, die den Raum zwischen Sternen und ihren jeweiligen Astrosphären füllen.
Heliophysiker wie ich wollen die Heliosphäre und ihre Wechselwirkungen mit dem interstellaren Medium verstehen.Die acht bekannten Planeten im Sonnensystem, der Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und der Kuipergürtel – das Band von Himmelsobjekten jenseits von Neptun, zu dem auch der Planetoid Pluto gehört – befinden sich alle in der Heliosphäre.
Die Heliosphäre ist so groß, dass Objekte in der Umlaufbahn des Kuipergürtels näher an der Sonne sind als an der nächsten Grenze der Heliosphäre.
Schutz der HeliosphäreWenn entfernte Sterne explodieren, stoßen sie große Mengen Strahlung in Form hochenergetischer Teilchen, die als kosmische Strahlung bekannt sind, in den interstellaren Raum aus. Diese kosmische Strahlung kann für lebende Organismen gefährlich sein und elektronische Geräte und Raumfahrzeuge beschädigen.
Die Erdatmosphäre schützt das Leben auf dem Planeten vor den Auswirkungen der kosmischen Strahlung, aber schon davor fungiert die Heliosphäre selbst als kosmischer Schutzschild vor den meisten interstellaren Strahlungen.
Zusätzlich zur kosmischen Strahlung strömen aus dem lokalen interstellaren Medium stetig neutrale Teilchen und Staub in die Heliosphäre. Diese Partikel können den Raum um die Erde beeinflussen und sogar die Art und Weise verändern, wie der Sonnenwind die Erde erreicht.Supernovae und das interstellare Medium könnten auch die Entstehung des Lebens und die Entwicklung des Menschen auf der Erde beeinflusst haben.
Einige Forscher gehen davon aus, dass die Heliosphäre vor Millionen von Jahren mit einer kalten, dichten Teilchenwolke im interstellaren Medium in Kontakt kam, was dazu führte, dass die Heliosphäre schrumpfte und die Erde dem lokalen interstellaren Medium ausgesetzt wurde.
Eine unbekannte FormAber Wissenschaftler wissen nicht wirklich, welche Form die Heliosphäre hat. Die Form der Modelle reicht von kugelförmig über kometenförmig bis hin zu hörnchenförmig. Diese Vorhersagen variieren in der Größe um das Hundert- bis Tausendfache der Entfernung von der Sonne zur Erde.
Wissenschaftler haben jedoch die Richtung, in die sich die Sonne bewegt, als „Nasenrichtung“ und die entgegengesetzte Richtung als „Schwanz“-Richtung definiert. Die Nasenrichtung sollte den kürzesten Abstand zur Heliopause haben – der Grenze zwischen der Heliosphäre und dem lokalen interstellaren Medium.
Keine Sonde hat jemals einen guten Blick von außen auf die Heliosphäre geworfen oder das lokale interstellare Medium ordnungsgemäß beprobt. Dadurch könnten Wissenschaftler mehr über die Form der Heliosphäre und ihre Wechselwirkung mit dem lokalen interstellaren Medium, der Weltraumumgebung jenseits der Heliosphäre, erfahren.Überquerung der Heliopause mit der Voyager
1977 startete die NASA die Voyager-Mission: Ihre beiden Raumsonden flogen im äußeren Sonnensystem an Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun vorbei. Wissenschaftler haben festgestellt, dass die Sonden nach der Beobachtung dieser Gasriesen 2012 bzw. 2018 getrennt die Heliopause durchquerten und in den interstellaren Raum vordrangen.
Während Voyager 1 und 2 die einzigen Sonden sind, die jemals möglicherweise die Heliopause überquert haben, haben sie ihre geplante Missionslebensdauer weit überschritten. Sie können die erforderlichen Daten nicht mehr zurückgeben, da ihre Instrumente langsam ausfallen oder abschalten.Diese Raumschiffe wurden zur Erforschung von Planeten und nicht zur Erforschung des interstellaren Mediums entwickelt. Das bedeutet, dass sie nicht über die richtigen Instrumente verfügen, um alle Messungen des interstellaren Mediums oder der Heliosphäre durchzuführen, die Wissenschaftler benötigen.
Hier könnte eine potenzielle interstellare Sondenmission ins Spiel kommen. Eine Sonde, die über die Heliopause hinaus fliegen soll, würde Wissenschaftlern helfen, die Heliosphäre zu verstehen, indem sie sie von außen beobachtet.
Eine interstellare SondeDa die Heliosphäre so groß ist, würde eine Sonde Jahrzehnte brauchen, um die Grenze zu erreichen, selbst wenn sie die Schwerkraftunterstützung eines massereichen Planeten wie Jupiter nutzen würde.
Lange bevor eine interstellare Sonde die Heliosphäre verlässt, wird die Raumsonde Voyager keine Daten mehr aus dem interstellaren Raum liefern können.
Und sobald die Sonde gestartet ist, wird es je nach Flugbahn etwa 50 oder mehr Jahre dauern, bis sie das interstellare Medium erreicht. Das bedeutet: Je länger die NASA mit dem Start einer Sonde wartet, desto länger werden die Wissenschaftler keine Missionen in der äußeren Heliosphäre oder im lokalen interstellaren Medium haben.Die NASA erwägt die Entwicklung einer interstellaren Sonde. Diese Sonde würde Messungen des Plasmas und der Magnetfelder im interstellaren Medium durchführen und die Heliosphäre von außen abbilden. Zur Vorbereitung bat die NASA mehr als 1.000 Wissenschaftler um Input für ein Missionskonzept.
Im ersten Bericht wurde empfohlen, die Sonde auf einer Flugbahn zu bewegen, die etwa 45 Grad von der Nasenrichtung der Heliosphäre entfernt ist. Diese Flugbahn würde einen Teil des Weges der Voyager zurückverfolgen und gleichzeitig einige neue Regionen des Weltraums erreichen. Auf diese Weise könnten Wissenschaftler neue Regionen untersuchen und einige teilweise bekannte Regionen des Weltraums erneut besuchen.
Dieser Weg würde der Sonde nur einen teilweise abgewinkelten Blick auf die Heliosphäre ermöglichen und sie wäre nicht in der Lage, den Helioschweif zu sehen, über den die Wissenschaftler in der Region am wenigsten wissen.Wissenschaftler sagen voraus, dass sich im Helioschweif das Plasma, aus dem die Heliosphäre besteht, mit dem Plasma vermischt, aus dem das interstellare Medium besteht. Dies geschieht durch einen Prozess namens magnetische Wiederverbindung, der es geladenen Teilchen ermöglicht, aus dem lokalen interstellaren Medium in die Heliosphäre zu strömen. Genau wie die neutralen Partikel, die durch die Nase eindringen, beeinflussen diese Partikel die Weltraumumgebung innerhalb der Heliosphäre.
In diesem Fall sind die Teilchen jedoch geladen und können mit solaren und planetaren Magnetfeldern interagieren. Während diese Wechselwirkungen an den Grenzen der Heliosphäre, sehr weit von der Erde entfernt, stattfinden, beeinflussen sie die Beschaffenheit des Inneren der Heliosphäre.
In einer neuen Studie, die in Frontiers in Astronomy and Space Sciences veröffentlicht wurde, haben meine Kollegen und ich sechs mögliche Startrichtungen bewertet, die von der Nase bis zum Heck reichen.Wir fanden heraus, dass eine Flugbahn, die die Flanke der Heliosphäre in Richtung des Hecks schneidet, die beste Perspektive auf die Form der Heliosphäre bieten würde, anstatt in Richtung der Nase auszusteigen.
Eine Flugbahn in diese Richtung würde Wissenschaftlern eine einzigartige Gelegenheit bieten, eine völlig neue Region des Weltraums innerhalb der Heliosphäre zu untersuchen. Wenn die Sonde die Heliosphäre in den interstellaren Raum verlässt, würde sie einen Blick von außen auf die Heliosphäre in einem Winkel erhalten, der den Wissenschaftlern eine detailliertere Vorstellung von ihrer Form geben würde – insbesondere im umstrittenen Schweifbereich.
Unabhängig davon, in welche Richtung eine interstellare Sonde startet, wird die Wissenschaft, die sie liefert, von unschätzbarem Wert und im wahrsten Sinne des Wortes astronomisch sein. (Das Gespräch) GRSGRS
Die Heliosphäre, der von der Sonne beeinflusste Raumbereich, ist über hundertmal größer als die Entfernung von der Sonne zur Erde.
Die Sonne ist ein Stern, der ständig einen stetigen Plasmastrom aussendet – hochenergetisches ionisiertes Gas – den sogenannten Sonnenwind.Zusätzlich zum konstanten Sonnenwind löst die Sonne gelegentlich auch Plasmaeruptionen aus, die als koronale Massenauswürfe bezeichnet werden und zur Entstehung des Polarlichts sowie zu Licht- und Energieausbrüchen, sogenannten Flares, beitragen können.
Das von der Sonne ausgehende Plasma dehnt sich zusammen mit dem Magnetfeld der Sonne im Weltraum aus. Zusammen bilden sie die Heliosphäre innerhalb des umgebenden lokalen interstellaren Mediums – dem Plasma, den neutralen Teilchen und dem Staub, die den Raum zwischen Sternen und ihren jeweiligen Astrosphären füllen.
Heliophysiker wie ich wollen die Heliosphäre und ihre Wechselwirkungen mit dem interstellaren Medium verstehen.Die acht bekannten Planeten im Sonnensystem, der Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und der Kuipergürtel – das Band von Himmelsobjekten jenseits von Neptun, zu dem auch der Planetoid Pluto gehört – befinden sich alle in der Heliosphäre.
Die Heliosphäre ist so groß, dass Objekte in der Umlaufbahn des Kuipergürtels näher an der Sonne sind als an der nächsten Grenze der Heliosphäre.
Schutz der HeliosphäreWenn entfernte Sterne explodieren, stoßen sie große Mengen Strahlung in Form hochenergetischer Teilchen, die als kosmische Strahlung bekannt sind, in den interstellaren Raum aus. Diese kosmische Strahlung kann für lebende Organismen gefährlich sein und elektronische Geräte und Raumfahrzeuge beschädigen.
Die Erdatmosphäre schützt das Leben auf dem Planeten vor den Auswirkungen der kosmischen Strahlung, aber schon davor fungiert die Heliosphäre selbst als kosmischer Schutzschild vor den meisten interstellaren Strahlungen.
Zusätzlich zur kosmischen Strahlung strömen aus dem lokalen interstellaren Medium stetig neutrale Teilchen und Staub in die Heliosphäre. Diese Partikel können den Raum um die Erde beeinflussen und sogar die Art und Weise verändern, wie der Sonnenwind die Erde erreicht.Supernovae und das interstellare Medium könnten auch die Entstehung des Lebens und die Entwicklung des Menschen auf der Erde beeinflusst haben.
Einige Forscher gehen davon aus, dass die Heliosphäre vor Millionen von Jahren mit einer kalten, dichten Teilchenwolke im interstellaren Medium in Kontakt kam, was dazu führte, dass die Heliosphäre schrumpfte und die Erde dem lokalen interstellaren Medium ausgesetzt wurde.
Eine unbekannte FormAber Wissenschaftler wissen nicht wirklich, welche Form die Heliosphäre hat. Die Form der Modelle reicht von kugelförmig über kometenförmig bis hin zu hörnchenförmig. Diese Vorhersagen variieren in der Größe um das Hundert- bis Tausendfache der Entfernung von der Sonne zur Erde.
Wissenschaftler haben jedoch die Richtung, in die sich die Sonne bewegt, als „Nasenrichtung“ und die entgegengesetzte Richtung als „Schwanz“-Richtung definiert. Die Nasenrichtung sollte den kürzesten Abstand zur Heliopause haben – der Grenze zwischen der Heliosphäre und dem lokalen interstellaren Medium.
Keine Sonde hat jemals einen guten Blick von außen auf die Heliosphäre geworfen oder das lokale interstellare Medium ordnungsgemäß beprobt. Dadurch könnten Wissenschaftler mehr über die Form der Heliosphäre und ihre Wechselwirkung mit dem lokalen interstellaren Medium, der Weltraumumgebung jenseits der Heliosphäre, erfahren.Überquerung der Heliopause mit der Voyager
1977 startete die NASA die Voyager-Mission: Ihre beiden Raumsonden flogen im äußeren Sonnensystem an Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun vorbei. Wissenschaftler haben festgestellt, dass die Sonden nach der Beobachtung dieser Gasriesen 2012 bzw. 2018 getrennt die Heliopause durchquerten und in den interstellaren Raum vordrangen.
Während Voyager 1 und 2 die einzigen Sonden sind, die jemals möglicherweise die Heliopause überquert haben, haben sie ihre geplante Missionslebensdauer weit überschritten. Sie können die erforderlichen Daten nicht mehr zurückgeben, da ihre Instrumente langsam ausfallen oder abschalten.Diese Raumschiffe wurden zur Erforschung von Planeten und nicht zur Erforschung des interstellaren Mediums entwickelt. Das bedeutet, dass sie nicht über die richtigen Instrumente verfügen, um alle Messungen des interstellaren Mediums oder der Heliosphäre durchzuführen, die Wissenschaftler benötigen.
Hier könnte eine potenzielle interstellare Sondenmission ins Spiel kommen. Eine Sonde, die über die Heliopause hinaus fliegen soll, würde Wissenschaftlern helfen, die Heliosphäre zu verstehen, indem sie sie von außen beobachtet.
Eine interstellare SondeDa die Heliosphäre so groß ist, würde eine Sonde Jahrzehnte brauchen, um die Grenze zu erreichen, selbst wenn sie die Schwerkraftunterstützung eines massereichen Planeten wie Jupiter nutzen würde.
Lange bevor eine interstellare Sonde die Heliosphäre verlässt, wird die Raumsonde Voyager keine Daten mehr aus dem interstellaren Raum liefern können.
Und sobald die Sonde gestartet ist, wird es je nach Flugbahn etwa 50 oder mehr Jahre dauern, bis sie das interstellare Medium erreicht. Das bedeutet: Je länger die NASA mit dem Start einer Sonde wartet, desto länger werden die Wissenschaftler keine Missionen in der äußeren Heliosphäre oder im lokalen interstellaren Medium haben.Die NASA erwägt die Entwicklung einer interstellaren Sonde. Diese Sonde würde Messungen des Plasmas und der Magnetfelder im interstellaren Medium durchführen und die Heliosphäre von außen abbilden. Zur Vorbereitung bat die NASA mehr als 1.000 Wissenschaftler um Input für ein Missionskonzept.
Im ersten Bericht wurde empfohlen, die Sonde auf einer Flugbahn zu bewegen, die etwa 45 Grad von der Nasenrichtung der Heliosphäre entfernt ist. Diese Flugbahn würde einen Teil des Weges der Voyager zurückverfolgen und gleichzeitig einige neue Regionen des Weltraums erreichen. Auf diese Weise könnten Wissenschaftler neue Regionen untersuchen und einige teilweise bekannte Regionen des Weltraums erneut besuchen.
Dieser Weg würde der Sonde nur einen teilweise abgewinkelten Blick auf die Heliosphäre ermöglichen und sie wäre nicht in der Lage, den Helioschweif zu sehen, über den die Wissenschaftler in der Region am wenigsten wissen.Wissenschaftler sagen voraus, dass sich im Helioschweif das Plasma, aus dem die Heliosphäre besteht, mit dem Plasma vermischt, aus dem das interstellare Medium besteht. Dies geschieht durch einen Prozess namens magnetische Wiederverbindung, der es geladenen Teilchen ermöglicht, aus dem lokalen interstellaren Medium in die Heliosphäre zu strömen. Genau wie die neutralen Partikel, die durch die Nase eindringen, beeinflussen diese Partikel die Weltraumumgebung innerhalb der Heliosphäre.
In diesem Fall sind die Teilchen jedoch geladen und können mit solaren und planetaren Magnetfeldern interagieren. Während diese Wechselwirkungen an den Grenzen der Heliosphäre, sehr weit von der Erde entfernt, stattfinden, beeinflussen sie die Beschaffenheit des Inneren der Heliosphäre.
In einer neuen Studie, die in Frontiers in Astronomy and Space Sciences veröffentlicht wurde, haben meine Kollegen und ich sechs mögliche Startrichtungen bewertet, die von der Nase bis zum Heck reichen.Wir fanden heraus, dass eine Flugbahn, die die Flanke der Heliosphäre in Richtung des Hecks schneidet, die beste Perspektive auf die Form der Heliosphäre bieten würde, anstatt in Richtung der Nase auszusteigen.
Eine Flugbahn in diese Richtung würde Wissenschaftlern eine einzigartige Gelegenheit bieten, eine völlig neue Region des Weltraums innerhalb der Heliosphäre zu untersuchen. Wenn die Sonde die Heliosphäre in den interstellaren Raum verlässt, würde sie einen Blick von außen auf die Heliosphäre in einem Winkel erhalten, der den Wissenschaftlern eine detailliertere Vorstellung von ihrer Form geben würde – insbesondere im umstrittenen Schweifbereich.
Unabhängig davon, in welche Richtung eine interstellare Sonde startet, wird die Wissenschaft, die sie liefert, von unschätzbarem Wert und im wahrsten Sinne des Wortes astronomisch sein. (Das Gespräch) GRSGRS
