Voyager 2 oplyser grænsen til det interstellare rum

For et år siden, den 5. nov. 2018, NASAs Voyager 2 blev kun det andet rumfartøj i historien, der forlod heliosfæren - den beskyttende boble af partikler og magnetiske felter skabt af vores sol. I en afstand af omkring 11 milliarder miles (18 milliarder kilometer) fra Jorden – langt ud over Plutos kredsløb – var Voyager 2 kommet ind i det interstellare rum, eller området mellem stjerner. I dag, fem nye forskningsartikler i tidsskriftet Natur astronomi beskriv, hvad videnskabsmænd observerede under og siden Voyager 2s historiske krydsning.

Hvert papir beskriver resultaterne fra et af Voyager 2s fem videnskabelige instrumenter:en magnetisk feltsensor, to instrumenter til at detektere energiske partikler i forskellige energiområder og to instrumenter til at studere plasma (en gas sammensat af ladede partikler). Taget sammen, resultaterne hjælper med at tegne et billede af denne kosmiske kystlinje, hvor miljøet skabt af vores sol ender, og det store ocean af interstellare rum begynder.

Solens heliosfære er som et skib, der sejler gennem det interstellare rum. Både heliosfæren og det interstellare rum er fyldt med plasma, en gas, der har fået fjernet nogle af sine atomer for deres elektroner. Plasmaet inde i heliosfæren er varmt og sparsomt, mens plasmaet i det interstellare rum er koldere og tættere. Rummet mellem stjerner indeholder også kosmiske stråler, eller partikler accelereret af eksploderende stjerner. Voyager 1 opdagede, at heliosfæren beskytter Jorden og de andre planeter mod mere end 70 % af den stråling.

Da Voyager 2 forlod heliosfæren sidste år, videnskabsmænd meddelte, at dets to energiske partikeldetektorer bemærkede dramatiske ændringer:Hastigheden af ​​heliosfæriske partikler, der blev opdaget af instrumenterne, styrtdykkede, mens hastigheden af ​​kosmiske stråler (som typisk har højere energier end de heliosfæriske partikler) steg dramatisk og forblev høj. Ændringerne bekræftede, at sonden var kommet ind i en ny region i rummet.

Før Voyager 1 nåede kanten af ​​heliosfæren i 2012, videnskabsmænd vidste ikke præcis, hvor langt denne grænse var fra Solen. De to sonder forlod heliosfæren på forskellige steder og også på forskellige tidspunkter i de konstant gentagne, cirka 11-årig solcyklus, i løbet af hvilket Solen gennemgår en periode med høj og lav aktivitet. Forskere forventede, at kanten af ​​heliosfæren, kaldet heliopausen, kan bevæge sig efterhånden som solens aktivitet ændrer sig, lidt som en lunge, der udvider sig og trækker sig sammen med åndedrættet. Dette var i overensstemmelse med det faktum, at de to sonder mødte heliopausen i forskellige afstande fra Solen.

De nye aviser bekræfter nu, at Voyager 2 endnu ikke er i uforstyrret interstellar rum:Ligesom sin tvilling, Voyager 1, Voyager 2 ser ud til at være i et forstyrret overgangsområde lige uden for heliosfæren.

"Voyager-sonderne viser os, hvordan vores sol interagerer med de ting, der fylder det meste af rummet mellem stjerner i Mælkevejen, " sagde Ed Stone, projektforsker for Voyager og professor i fysik ved Caltech. "Uden disse nye data fra Voyager 2, vi ville ikke vide, om det, vi så med Voyager 1, var karakteristisk for hele heliosfæren eller specifikt for det sted og tidspunkt, hvor den krydsede."

Pushing Through Plasma

De to Voyager-rumfartøjer har nu bekræftet, at plasmaet i det lokale interstellare rum er betydeligt tættere end plasmaet inde i heliosfæren, som forskerne forventede. Voyager 2 har nu også målt temperaturen af ​​plasmaet i det nærliggende interstellare rum og bekræftet, at det er koldere end plasmaet inde i heliosfæren.

I 2012 Voyager 1 observerede en lidt højere end forventet plasmadensitet lige uden for heliosfæren, hvilket indikerer, at plasmaet bliver noget komprimeret. Voyager 2 observerede, at plasmaet uden for heliosfæren er lidt varmere end forventet, hvilket også kunne indikere, at det bliver komprimeret. (Plasmaet udenfor er stadig koldere end plasmaet indeni.) Voyager 2 observerede også en lille stigning i plasmadensiteten lige før den forlod heliosfæren, hvilket indikerer, at plasmaet er komprimeret omkring den indvendige kant af boblen. Men forskerne forstår endnu ikke helt, hvad der forårsager kompressionen på begge sider.

Lækkende partikler

Hvis heliosfæren er som et skib, der sejler gennem det interstellare rum, det ser ud til, at skroget er noget utæt. Et af Voyagers partikelinstrumenter viste, at en sive partikler inde fra heliosfæren glider gennem grænsen og ind i det interstellare rum. Voyager 1 gik ud tæt på "fronten" af heliosfæren, i forhold til boblens bevægelse gennem rummet. Voyager 2, på den anden side, er placeret tættere på flanken, og denne region ser ud til at være mere porøs end den region, hvor Voyager 1 er placeret.

Magnetisk feltmysterium

En observation fra Voyager 2's magnetfeltinstrument bekræfter et overraskende resultat fra Voyager 1:Magnetfeltet i området lige uden for heliopausen er parallelt med magnetfeltet inde i heliosfæren. Med Voyager 1, videnskabsmænd havde kun én prøve af disse magnetiske felter og kunne ikke sige med sikkerhed, om den tilsyneladende justering var karakteristisk for hele den ydre region eller blot en tilfældighed. Voyager 2's magnetometerobservationer bekræfter Voyager 1-fundet og indikerer, at de to felter justeres, ifølge Stone.

Voyager-sonderne blev opsendt i 1977, og begge fløj forbi Jupiter og Saturn. Voyager 2 ændrede kurs ved Saturn for at flyve forbi Uranus og Neptun, udfører de eneste tætte forbiflyvninger af disse planeter i historien. Voyager-sonderne afsluttede deres store rundtur på planeterne og begyndte deres interstellare mission for at nå heliopausen i 1989. Voyager 1, den hurtigste af de to sonder, er i øjeblikket over 13,6 milliarder miles (22 milliarder kilometer) fra Solen, mens Voyager 2 er 11,3 milliarder miles (18,2 milliarder kilometer) fra Solen. Det tager lys omkring 16,5 timer at rejse fra Voyager 2 til Jorden. Til sammenligning, lys, der rejser fra Solen, tager omkring otte minutter at nå Jorden.