Voyager 1 und 2: Grenzgänger des Sonnensystems

„Ehrlich gesagt sind einige Werte nur Vermutungen“, sagte Gurnett. Frühe Anzeichen deuten darauf hin, dass die Heliopause in der Nähe von Jupiter liegt. Gurnett berechnete 1993 eine Entfernung von etwa 25 Mal von 116 bis 177 AE. Diese Nummern, erinnerte er sich, seien vom Lehrkörper nicht akzeptiert worden. 1993 lag Voyager 1 50 AE dahinter. “Wenn die Heliopause 120 AE beträgt, bedeutet das, dass wir 70 AU vor uns haben.” Bei einer Rate von etwa 3,5 AE pro Jahr wird es also zwei Jahrzehnte dauern, bis sie die Heliosphäre verlassen.

Dies warf eine besorgniserregende Frage auf: Werden die Voyagers lange bestehen? Wie wird die Mission finanziert? Dies wird auch in Erwartung verlängert, die Heliopause bei etwa 50 AE zu finden. Aber hier wird kein erwartetes Anzeichen für einen Transit zwischen Sternen festgestellt werden können. Beispielsweise sollte die entsprechende Voyager einen starken Anstieg der galaktischen kosmischen Strahlung von Supernovae und anderen hochenergetischen Prozessen im umgebenden Weltraum aufweisen. Das Magnetfeld der Heliosphäre lenkt sehr energiearme kosmische Strahlen ab, bevor sie das innere Sonnensystem erreichen. „Es schützt uns vor mindestens 75 Prozent dessen, was dort passiert“, sagte Stone. Das Voyager-Team erwartete auch, dass das sich ausbreitende Magnetfeld die Richtung ändern würde. Es wird angenommen, dass das interstellare Feld von nahen Sternen und großen Wolken aus ionisiertem Gas stammt und aller Wahrscheinlichkeit nach eine andere Richtung als das Magnetfeld der Heliosphäre hat. Auch hier gibt es keine Veränderung auf dem Niveau von 50 AU.

“Mit dieser langfristigen Mission werden die beteiligten Personen nach und nach zu einer Familie”Linda Spilker, Planetenforscherin

Gurnetts Vorhersage erwies sich als prophetisch – tatsächlich erreichte eine der Sonden erst zwei Jahrzehnte später endlich die Heliopause. Zu diesem Zeitpunkt konnten sie nur weitere Mittel sichern, als das Team von Hunderten auf einige Dutzend Personen schrumpfte. Die meisten von ihnen sind immer noch im Einsatz und alle fühlen sich sehr verbunden. „Bei einer so langen Mission werden alle Beteiligten nach und nach wie eine Familie“, sagte Spilker. „Wir sind gleichzeitig Eltern geworden. Wir sind zusammen in den Urlaub gefahren. Jetzt arbeiten wir generationenübergreifend und einige der jüngeren Teammitglieder waren noch nicht einmal geboren, als die Mission begann.”

Als Voyager 1 im August 2012 schließlich die Heliopause überquerte, überraschten einige Daten. „Wir haben die Ankündigung verschoben, weil wir uns nicht darauf einigen konnten, dass der interstellare Raum wirklich erreicht wurde“, erinnerte sich Cummings. “Die Gespräche laufen seit etwa einem Jahr.” Voyager 1 entdeckte einen erwarteten Anstieg der Plasmadichte. Laut dem von Gurnett entwickelten Plasmawellendetektor erhöht sie sich bis auf das 80-fache. Es gibt jedoch keine Hinweise auf Änderungen in der Richtung des umgebenden Magnetfelds. „Es war ein Schock”, sagte Cummings. „Und es beunruhigt mich immer noch.”

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Überqueren Sie die zweite Grenze mit einem neuen Rätsel

Schließlich erreichte auch Voyager 2 die Grenze. Stand November 2018 registrierten ihre Instrumente noch keine Schwankungen des Magnetfelds. Um ein weiteres Rätsel hinzuzufügen, stießen die Ermittler auf die Heliopause in einer Entfernung von 120 AE – die gleiche Entfernung wie ihr Zwilling vor sechs Jahren. Eine gute Übereinstimmung passt nicht zum theoretischen Modell, dass sich die Heliosphäre gemäß dem 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne ausdehnen und zusammenziehen sollte. Während dieser Zeit ebbt und fließt der Sonnenwind. Voyager 2 kommt in der Heliopause an, wenn der Aufprall ziemlich heftig und dementsprechend grenzwertig sein sollte. „Niemand hat damit gerechnet“, hieß es in dem Krimi. “Theorien erscheinen im Lichte der Messungen unzureichend.”

Mit realen Daten wird das Modell der Wechselwirkung zwischen der Heliosphäre und der interstellaren Umgebung immer komplexer. Gary Zank, Astrophysiker an der University of Alabama in Huntsville, erklärt das Bild: Unsere Sonne tritt zunächst aus der ionisierten heißen Region der Milchstraße aus und tritt dann in eine nur teilweise ionisierte Region ein. Hot Spots können als Folge von Supernovae entstehen. Ein oder mehrere alte Sterne in der Nähe explodierten am Ende ihres Lebens und rissen mit der freigesetzten Energie Elektronen aus umgebenden Atomen. Laut Zank kann man sich die zusammenhängende Zone als „eine Art Brandung im Meer mit Wasserturbulenzen und tosenden Wellen“ vorstellen. Wir befinden uns in einer so turbulenten Region, erklärte er. “Magnetfelder sind verdreht und nicht so glatt, wie Theoretiker es sich wünschen.” Das Ausmaß des Chaos kann jedoch je nach Art der Beobachtung variieren. Voyager-Daten zeigen nur kleine Schwankungen im großen Feld, aber viele kleine Schwankungen um die Heliopause herum. Sie werden durch den Einfluss der Heliosphäre auf das interstellare Medium verursacht. Letztendlich sollte das Raumschiff diese unruhigen Regionen verlassen und schließlich auf das ungestörte interstellare Magnetfeld treffen.

Oder vielleicht ist das Bild völlig falsch. Einige Forscher, wie Lennard Fisk von der University of Michigan, glauben, dass die Voyager die Heliosphäre noch nicht passiert hat. „Es gibt keinen Grund, warum die Magnetfelder in der Heliosphäre und im interstellaren Medium genau die gleiche Richtung haben“, sagt Fisk. Er arbeitete mit seinem Kollegen George Gloeckler, einem langjährigen Mitglied des Voyager-Missionsteams, an neuen Modellen der Heliosphäre. Er verschiebt den Rand der Heliosphäre um weitere 40 AE nach außen.

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Die meisten Experten finden jedoch eine signifikante Zunahme der galaktischen kosmischen Strahlung und der Plasmadichte überzeugend genug. “Aus diesem Grund ist es sehr schwer zu argumentieren, dass sich die Sonde nicht im interstellaren Raum befindet”, sagte Cummings. » Andererseits ist es nicht so, dass alles perfekt zusammenpasst. Deshalb brauchen wir interstellare Sonden.”

McNutt setzt sich seit Jahrzehnten für die neue Mission ein. Seine Gruppe an der Johns-Hopkins-Universität machte in einem ausführlichen Bericht Pläne für interstellare Sonden. Es könnte in den 2030er Jahren starten und in 15 Jahren den Weltraum erreichen, 20 Jahre früher als Voyager 1. Im Gegensatz zur Voyager-Mission wird die Sonde speziell für die Untersuchung der äußeren Regionen der Heliosphäre entwickelt. Ob die Mission eine der Prioritäten der NASA für das kommende Jahrzehnt sein soll, hat der Dachverband der US-Akademie der Wissenschaften noch nicht entschieden.

“Es ist, als würde man versuchen, ein Goldfischglas aus der Sicht eines Fisches zu erklären.”Ralph McNutt, Physiklabor der Johns Hopkins University

Interstellare Sonden können grundlegende Fragen zur Erde beantworten: Wie sehen Strukturen von außen aus? „Wir wissen es einfach nicht“, gab McNutt zu. „Es ist, als würde man versuchen, ein Goldfischglas aus der Sicht eines Fisches zu beschreiben. Wir müssen alles von außen sehen können.“ Einigen Modellen zufolge fließen die Sterne langsam mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 Kilometern pro Sekunde durch die Heliosphäre, wie Wasser auf dem Schiff. Dies sollte zu einer Form mit einem langen Schweif wie bei einem Kometen führen. Computermodelle, die von einem Team unter der Leitung des Astronomen Merav Opher von der Boston University entwickelt wurden, sagen jedoch eine chaotischere Bewegung voraus, die der Heliosphäre eine hörnchenförmigere Form verleiht. “Darüber kann man sich in wissenschaftlichen Meetings streiten”, kommentierte McNutt die Situation, “aber man muss Messungen durchführen, um zu sehen, was los ist.”

Eine Technologie, die gegenüber immer schwächer werdenden Stromversorgungen widerstandsfähig ist

Voyager läuft auf 50 Jahre alter Hardware. “So etwas wie Software gibt es wirklich nicht”, sagte Krimigis. „Keine Mikroprozessoren auf der Platine – die gab es früher gar nicht!“ Designer können sich nicht auf Tausende von Codezeilen verlassen, um sie zu implementieren. Krimigis glaubt, dass die Technologie lange Bestand hat, weil fast alles fest verdrahtet ist. » Die Ingenieure von heute können es sich nicht erklären. Ich weiß nicht, ob es möglich sein wird, ein so einfaches Raumschiff noch einmal zu bauen. Die Voyager-Mission war die letzte ihrer Art.” Cummings betonte, dass der Abschied allen sehr schwer gefallen sei: „Wir haben es bis zur Heliopause geschafft und damit etwas ganz Erstaunliches erreicht.“

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Fünf Instrumente arbeiten noch auf Voyager 2 und vier auf Voyager 1. Alle werden von Komponenten angetrieben, die die Wärme aus dem radioaktiven Zerfall von Plutonium in Elektrizität umwandeln. Der Wirkungsgrad sinkt um etwa vier Watt pro Jahr. Im Jahr 2019 musste die NASA die Heizung für den Detektor für kosmische Strahlung ausschalten, was wichtig ist, um festzustellen, wann die Heliopause überschritten wurde. Jeder erwartet, dass Geräte ausfallen. „Die Temperatur fiel um 60 oder 70 Grad Celsius, außerhalb der getesteten Betriebsgrenzen“, sagte Spilker, „und das Instrument funktionierte weiter. Es war erstaunlich.“

Die letzten Überlebenden könnten Magnetometer und Plasmadetektoren sein. Sie befinden sich im Rumpf des Raumfahrzeugs und werden dort durch die daraus gewonnene Wärme auf Betriebstemperatur gehalten. Andere Tools werden in der Erweiterung installiert. “Wenn Sie die Heizung ausschalten”, sagte Dodd, “sind sie ziemlich cool.” Wie lange halten die Voyager? Spilker hofft: » Wenn alles gut geht, können wir die Mission vielleicht bis 2030 verlängern. Es kommt nur auf die Stromversorgung an. Das ist der limitierende Faktor.”

Auch nach dem Ende der Mission geht die Reise der Voyager weiter. Sie werden mehr oder weniger durch die Milchstraße schweben, selbst lange nachdem unsere Sonne untergegangen ist. Wenn sie jemals von einer außerirdischen Zivilisation entdeckt werden, sendet jeder eine letzte Nachricht auf einer Metallplatte. In ihren Rillen sind Bilder und Klänge kodiert, die einen Eindruck der Welt von der Quelle her vermitteln sollen. Neben dem Zirpen der Grillen und dem Rauschen des Regens ist Bachs Aufnahme des Zweiten Brandenburgischen Konzerts zu hören. Es gibt auch eine Aussage von Mr. Jimmy Carter, der Präsident der Vereinigten Staaten war, als die Rakete abgefeuert wurde. „Wir senden diese Botschaft in den Kosmos“, hieß es. „Wir wünschen uns, eines Tages, nachdem wir unsere Probleme gelöst haben, der Gemeinschaft der galaktischen Zivilisationen beizutreten. Diese Aufzeichnung repräsentiert unsere Hoffnung, Entschlossenheit und unseren guten Willen inmitten des riesigen, erstaunlichen Universums.“

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