Press "Enter" to skip to content

Astrophysiker enthüllen ein neues Modell der Schutzblase unseres Sonnensystems, die Heliosphäre

Magnetisches Kraftfeld der Heliosphäre

Sieht die Heliosphäre so aus? Neue Forschungsergebnisse legen dies nahe. Die Größe und Form des magnetischen „Kraftfelds“, das unser Sonnensystem vor tödlichen kosmischen Strahlen schützt, wurde von Astrophysikern seit langem diskutiert. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Opher et al. al

Astrophysiker und Mitarbeiter der Boston University enthüllen ein neues Modell unserer Heliosphäre, das irgendwo zwischen einem Croissant und einem Wasserball geformt ist.

Die Heliosphäre ist eine riesige Region, die sich mehr als doppelt so weit erstreckt Pluto. Es wirft ein magnetisches „Kraftfeld“ um alle Planeten und lenkt geladene Teilchen ab, die sonst Muskeln im Sonnensystem aufbauen und sogar durchreißen würden DNA. Die Heliosphäre ist jedoch trotz ihres Namens eigentlich keine Kugel. Weltraumphysiker haben ihre Form lange mit einem Kometen verglichen, mit einer runden „Nase“ auf einer Seite und einem langen Schwanz, der sich in die entgegengesetzte Richtung erstreckt.

Merav Opher, Professor für Astronomie und Forscher am Center for Space Physics der Boston University, und ihr Co-Autor James Drake von der University of Maryland kamen 2015 unter Verwendung eines neuen Computermodells und von Daten des Raumfahrzeugs Voyager 1 zu einem anderen Ergebnis: Sie schlugen vor dass die Heliosphäre tatsächlich wie ein Halbmond geformt ist – nicht anders als ein frisch gebackenes Croissant. Bei diesem „Croissant“ -Modell erstrecken sich zwei Düsen stromabwärts von der Nase und nicht nur ein einziger verblassender Schwanz. „Damit begann das Gespräch über die globale Struktur der Heliosphäre“, sagt Opher.

Dann, zwei Jahre nach Beginn der „Croissant“ -Debatte, wurden Lesungen aus dem Cassini Raumschiff, das umkreiste Saturn von 2004 bis 2017 schlug noch eine andere Vision der Heliosphäre vor. Die Wissenschaftler von Cassini gelangten zu dem Schluss, dass die Heliosphäre tatsächlich nahezu rund und symmetrisch ist: weder ein Komet noch ein Croissant, sondern eher ein Strandball, indem sie Partikel von der Grenze der Heliosphäre abhallen lassen und sie mit Ionen korrelieren, die vom Zwillingsraumschiff Voyager gemessen wurden. Ihr Ergebnis war genauso umstritten wie das Croissant. “Sie akzeptieren diese Art von Änderung nicht so einfach”, sagt Tom Krimigis, der Experimente sowohl mit Cassini als auch mit Voyager leitete. “Die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft, die in diesem Bereich arbeitet, hatte über 55 Jahre lang angenommen, dass die Heliosphäre einen Kometenschwanz hat.”

Jetzt haben Opher, Drake und die Kollegen Avi Loeb von der Harvard University und Gabor Toth von der University of Michigan ein neues dreidimensionales Modell der Heliosphäre entwickelt, das das „Croissant“ mit dem Wasserball in Einklang bringen könnte. Ihre Arbeit wurde in veröffentlicht Naturastronomie.

Im Gegensatz zu den meisten früheren Modellen, bei denen angenommen wurde, dass geladene Teilchen im Sonnensystem alle um dieselbe Durchschnittstemperatur schweben, zerlegt das neue Modell die Teilchen in zwei Gruppen. Zunächst kommen geladene Teilchen direkt aus dem Sonnenwind. Zweitens nennen Weltraumphysiker “Pickup” -Ionen. Dies sind Teilchen, die in elektrisch neutraler Form in das Sonnensystem drifteten – weil sie nicht durch Magnetfelder abgelenkt werden, können neutrale Teilchen „einfach hineingehen“, sagt Opher -, aber dann wurden ihre Elektronen abgeschlagen.

Das Raumschiff New Horizons, das jetzt den Weltraum jenseits von Pluto erforscht, hat gezeigt, dass diese Teilchen hunderte oder tausende Male heißer werden als gewöhnliche Sonnenwindionen, wenn sie vom Sonnenwind mitgerissen und durch sein elektrisches Feld beschleunigt werden. Erst durch die getrennte Modellierung von Temperatur, Dichte und Geschwindigkeit der beiden Partikelgruppen entdeckten die Forscher ihren übergroßen Einfluss auf die Form der Heliosphäre.

Diese Form teilt nach dem neuen Modell tatsächlich den Unterschied zwischen einem Croissant und einer Kugel. Während das neue Modell sich sehr vom klassischen Kometenmodell unterscheidet, sind die beiden möglicherweise ähnlicher als sie erscheinen, sagt Opher, je nachdem, wie Sie den Rand der Heliosphäre genau definieren. Denken Sie daran, ein Graustufenfoto in Schwarzweiß umzuwandeln: Das endgültige Bild hängt stark davon ab, welchen Grauton Sie als Trennlinie zwischen Schwarzweiß auswählen.

Warum sollte man sich also überhaupt Sorgen um die Form der Heliosphäre machen? Forscher, die Exoplaneten – Planeten um andere Sterne – untersuchen, sind sehr daran interessiert, unsere Heliosphäre mit denen um andere Sterne zu vergleichen. Könnten der Sonnenwind und die Heliosphäre Schlüsselbestandteile des Lebensrezepts sein? “Wenn wir unsere Umwelt verstehen wollen, sollten wir den gesamten Weg durch diese Heliosphäre besser verstehen”, sagt Loeb, Ophers Mitarbeiter aus Harvard.

Und dann ist da noch die Sache mit diesen DNA-zerreißenden interstellaren Partikeln. Die Forscher arbeiten immer noch daran, was genau sie für das Leben auf der Erde und auf anderen Planeten bedeuten. Einige denken, dass sie tatsächlich dazu beigetragen haben könnten, die genetischen Mutationen voranzutreiben, die zu einem Leben wie uns geführt haben, sagt Loeb. “In der richtigen Menge führen sie Veränderungen ein, Mutationen, die es einem Organismus ermöglichen, sich zu entwickeln und komplexer zu werden”, sagt er. Aber die Dosis macht das Gift, wie das Sprichwort sagt. „Im Umgang mit dem Leben, wie wir es kennen, gibt es immer ein empfindliches Gleichgewicht. Zu viel Gutes ist Schlechtes “, sagt Loeb.

Wenn es jedoch um Daten geht, gibt es selten zu viel Gutes. Und während die Modelle zu konvergieren scheinen, sind sie immer noch durch einen Mangel an Daten aus den Außenbereichen des Sonnensystems begrenzt. Deshalb hoffen Forscher wie Opher, sich zu rühren NASA eine interstellare Sonde der nächsten Generation zu starten, die einen Weg durch die Heliosphäre schneidet und Pickup-Ionen in der Nähe der Peripherie der Heliosphäre direkt erfasst. Bisher haben nur die Raumschiffe Voyager 1 und Voyager 2 diese Grenze überschritten und sie wurden vor mehr als 40 Jahren mit Instrumenten einer älteren Ära gestartet, die für eine andere Aufgabe entwickelt wurden. Fürsprecher der Mission des Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory sagen, dass eine neue Sonde in den 2030er Jahren irgendwann starten und 10 oder 15 Jahre später den Rand der Heliosphäre erkunden könnte.

„Wir hoffen, mit der interstellaren Sonde zumindest einige der unzähligen Rätsel lösen zu können, die die Voyager aufgedeckt haben“, sagt Opher. Und das, denkt sie, ist das Warten wert.

Referenz: „Eine kleine und runde Heliosphäre, vorgeschlagen durch magnetohydrodynamische Modellierung von Aufnahmeionen“ von Merav Opher, Abraham Loeb, James Drake und Gabor Toth, 16. März 2020, Naturastronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-020-1036-0