Am 16. Dezember 2004 geschah es: Das Erste von Menschen gebaute Objekt durchstößt auf dem Flug zum interstellaren Raum eine einzigartige Grenze, Voyager 1 hat es geschafft. Hinter ihr liegt eine Reise durchs Unbekannte und in weiter Ferne ein winziger blauer Punkt, unsere Erde.
Gemeinsam mit ihrer Schwester Voyager 2 zeigte sie uns, was jenseits der äußeren Planeten wartet: Eine »Wand aus Feuer«, gebildet von Plasma, wo unsere Sonne im Kampf mit den unendlichen Weiten unterliegt.
Die ölige Grenze unserer Sonne
Die Sonne steht im Zentrum, alle Planeten kreisen um sie herum. Allerdings bewegt auch sie sich: Mit 23 Kilometern pro Sekunde umrundet sie das Zentrum der Milchstraße und dabei zieht sie alles um sich herum mit – auch uns auf der Erde.
Stellt es euch, wie ein sich durchs All bohrender Korkenzieher vor, wobei wir eine der Rillen sind.
Die Sonne umgibt eine selbst geschaffene Plasmahülle, die sogenannte Heliosphäre (via NASA). Sie besteht aus den gleichmäßig in alle Richtungen ausströmenden Teilchen des Sonnenwindes, getrieben vom Magnetfeld des Sternes.
Magnetfeld sowie solare Strahlung stoßen weit draußen auf den Fahrtwind des Sonnensystems.
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Denn auch der interstellare Raum zwischen den Sternen beheimatet Materie sowie Strahlung. Die Heliosphäre mit uns mittendrin rammt quasi wie ein Schiff durch dieses kosmische Meer.
Das Ergebnis ist wahrscheinlich eine unregelmäßige, teils abgeflachte, teils ausgebeulte Hülle, die eher einer von Sturmböen aufgeblähten Windhose ähnelt als einer echten Kugel. An der Vorderseite bildet sich eine Art Bugwelle.
In unserem galaktischen Fahrwasser entsteht wohl eine schweifähnliche Struktur.
Diese zusammengedrückte Bugwelle, die sich an den inneren Rand der Heliosphäre anschmiegt, ist der literarisch benannte Feuerwall.
Hier verliert der Sonnenwind den Kampf gegen das interstellare Medium. Denn je weiter wir uns von der Quelle entfernen, desto weniger Sonnenenergie findet sich pro Raumeinheit. Der Einfluss unseres Sternes dünnt aus.
Links ist einmal grafisch dargestellt, wo Termination Shock und Heilopause zu verorten sind. Rechts seht ihr den Verlauf von kosmischen zu solaren Partikeln. (Bildquelle: NASA/JPL-Caltech)
An dieser sogenannten »Termination shock«-Schwelle (zu Deutsch: Randstoßwelle) bremst der Sonnenwind gezwungenermaßen stark ab. Der Gegendruck durch das interstellare Medium erreicht einen kritischen Punkt.
Die Teilchen werden zusammengepresst: Ein Plasma verhält sich dann ähnlich wie die Atemluft (Gasgemisch) auf Erden in einem Reifen, es wird heißer. Die Temperatur des Plasmas steigt derselben Logik folgend an: von wenigen Zehntausend auf mehr als 200.000 Grad Celsius (via Spiegel)
Heiß klingt gefährlich: Ja, aber die hochenergetische Strahlung ist schädlicher als die hohe Temperatur. Die Dichte der Teilchen ist extrem gering – sowohl innerhalb der Heliosphäre als auch im interstellaren Raum.
Deshalb sind diese Werte zwar messbar, aber es findet nur eine geringfügige Übertragung dieser Energie auf Objekte statt. Zur Erhitzung durch Gas, Flüssigkeit oder auch Plasma braucht es eine relativ hohe Dichte an Materie und Kontakt untereinander.
Die Randstoßwelle erstreckt sich nach aktuellen Daten in einer Entfernung von um die 90 Astronomischen Einheiten. Ein AE steht für den mittleren Abstand der Erde zur Sonne, etwa 150 Millionen Kilometer. Neptun als äußerster Planet ist etwa 30 AE von der Sonne entfernt.
Die derzeit angenommene, unregelmäßige sowie zudem sich wahrscheinlich über die Zeit wandelnde Form der Heliosphäre macht genaue Angaben unmöglich. Gleiches gilt für statische Abstandswerte.
Jenseits davon erstreckt sich die Heliohülle. Sie ist davon geprägt, dass die Konzentration der abgebremsten solaren Teilchen stetig abnimmt. Im Gegenzug dominieren jetzt zusehends die kosmischen Teilchen aus dem interstellaren Medium.
Denn auch wenn wir hier von Grenzen sprechen, dürfen wir uns die Heliosphäre nicht als ein geschlossenes Projekt vorstellen.
Fortwährend dringen interstellare Teilchen hinein und vermischt sich wie in Wasser gegossenes Öl mit den solaren Partikeln. Nur unterscheidet sich das Verhältnis an der Erde stark von dem im äußeren Sonnensystem oder eben jenseits des Termination Shocks
.
Die Heliopause stellt den finalen Punkt des Übergangs in den interstellaren Raum dar. Hier beobachten wir in den Messdaten eine rabiate Steigerung dieses Trends. Allerdings zeigen uns Messwerte ebenso, dass die Temperatur des Plasmas erneut ansteigt, auf etwa 40.000 Grad Celsius.
Zudem erhöht sich die Stärke der auftretenden Magnetfelder – wahrscheinlich aufgrund des Drucks der interstellaren Teilchen. Der Interstellar Boundary Explorer (IBEX), ein Satellit im Erdorbit, untersucht seit 2018 die Eigenschaften des Grenzbereichs der Hülle aus Magnetkräften und Sonnenwind.
Dieser Bereich hält schlicht noch etliche Mysterien parat. Der Grund: Wir haben ihn auch erst zweimal bewusst besucht (via nationalgeographic).
Die Gravitation der Sonne wirkt sich aber jenseits noch sichtbar aus: Die Oortsche Wolke als Ansammlung von unzähligen Brocken von Gestein kreist mitgerissen durch die Sonne im Abstand zwischen 1.000 und 100.000 AEs.
Grenzgänger-Quintett: Botschafter für die Ewigkeit
Voyager 1 und 2 stellen aus wissenschaftlicher Sicht die Wegbereiter für die Erforschung der Randstoßwelle, der Heliohülle sowie der Heliopause dar.
- Voyager 1 durchquerte die Randstoßwelle am 16. Dezember 2004, um schließlich am 25. August 2012 die Heliopause zu überschreiten.
- Voyager 2 passierte die Randstoßwelle am 30. August 2007 und trat am 5. November 2018 in den interstellaren Raum ein (via fe-lexikon). Letztere wird Ende 2026 einen weiteren historischen Rekord aufstellen: Entfernung von einem Lichttag.
Einzig von den Voyager-Zwillingen liegen uns Daten zu diesem einzigartigen Bereich unseres Sonnensystems sowie seiner näheren Umgebung vor.
Unbeobachtet haben eventuell inzwischen auch schon die einige Jahre zuvor gestarteten Sonden Pioneer 10 und 11 die Randstoßwelle durchstoßen. Der Kontakt zu beiden ging jedoch lange zuvor verloren.
Ihre Kurse weichen von denen der Voyager-Raumsonden ab. Deshalb ist anzunehmen, dass sie in anderen Entfernungen auf das interstellare Medium getroffen sind.
Vor allem im Fall von Pioneer 10: Er ist nicht zur Bugwelle unserer Sonne unterwegs, sondern in die entgegengesetzte Richtung. Die Sonde fliegt durch den sogenannten Helioschweif, einerlei: Sie nehmen ihre Entdeckungen mit in die Ewigkeit.
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Das sind unsere Botschafter für die Ewigkeit jenseits des Sonnensystems – mit an Bord Clyde Tombaugh
Hinzu kommt die 2006 von der Erde abgehobene New Horizons
-Raumsonde. Nachdem sie Pluto erforscht hatte, ist sie mittlerweile am Rand des Sonnensystems angekommen. Ein finales Missionsende ist aktuell nicht absehbar (via Johns Hopkins Applied Physics Laboratory und NASA).
Zu ihr besteht noch Kontakt. In den kommenden Jahrzehnten wird sie vom Winkel her zwischen Voyager 1 und 2 ebenfalls die Heliopause erreichen – wahrscheinlich um das Jahr 2040 herum.
Allerdings vollbringt sie dann etwas, das wahrscheinlich sehr lange nicht wiederholt wird: Sie fliegt nicht alleine fort in den Kosmos. An Bord befinden sich Teile eines Menschen – sozusagen der Erste unserer Art außerhalb des Sonnensystems.
Stand Ende 2025 muss aber als offen gelten, ob die Sonde dann noch über ausreichend elektrischen Strom verfügt, um aktiv davon zu berichten. Ihr Radioisotopen Thermoelectric Generator
könnte bis dahin nur noch ungenügend abliefern.
Der verkürzt genannte RTG erzeugt mittels natürlichen atomaren Zerfalls Elektrizität und Wärme. Eventuell schließt sie sich also den stummen Entdeckern des Pioneer-Programmes an.
Das elitäre Quintett bestehend aus Pioneer 10 und 11, Voyager 1 und 2 sowie New Horizons können als eigene Klasse an Vehikeln der Menschheit gelten. Selbst in Milliarden von Jahren werden sie wahrscheinlich noch durch die Milchstraße reisen – als unsere Botschafter für die Ewigkeit.
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