Billedkredit: NASA
NASA's Voyager 1-rumfartøj har næsten nået de ydre grænser for solsystemet til et område i rummet, kaldet heliosheath, hvor solvinden blæser mod interstellar gas. Dette er første gang, forskere nogensinde har indsamlet data om disse fjerne områder af solsystemet. Voyager 1 blev lanceret den 5. september 1977 og er nu 13 milliarder km væk fra solen.
NASAs Voyager 1-rumfartøj er ved at gøre historien igen som det første rumfartøj, der kommer ind i solsystemets endelige grænse, et stort vidder, hvor vinden fra solen blæser varmt mod tynd gas mellem stjernerne: interstellar rum. Inden den når dette område, skal Voyager 1 imidlertid passere gennem afslutningsstødet, en voldsom zone, der er kilden til bjælker af partikler med høj energi.
Voyagers rejse gennem denne turbulente zone vil give forskere deres første direkte målinger af vores solsystemes uudforskede endelige grænse, kaldet heliosheath, og forskere drøfter, om denne passage allerede er begyndt. To artikler om denne forskning offentliggøres i Nature den 5. november 2003. Den første artikel af Dr. Stamatios M. Krimigis fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, Md., Og hans team, beviser bevis for, at kravet at Voyager 1 gik ud over afslutningsstødet. Det andet papir af Dr. Frank B. McDonald fra University of Maryland, College Park og hans team, beviser mod denne påstand. Et tredje papir, der blev offentliggjort den 30. oktober 2003 i Geophysical Research Letters af Dr. Leonard F. Burlaga fra NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., Og samarbejdspartnere, viser bevis for, at Voyager 1 ikke passerede ud over afslutningsstødet. (Se billede 2a for en illustration af afslutningsstød og heliosheath).
”Voyager 1-observationer viser, at vi har indgået en ny del af solsystemet. Uanset om vi krydsede afslutningsstødet eller ej, er holdene begejstrede, fordi dette aldrig er set før - observationerne er forskellige her end i det indre solsystem, ”sagde Dr. Eric Christian, Discipline Scientist for Sun Earth Connection research program ved NASAs hovedkvarter, Washington, DC.
”Voyager 1 har set markante tegn på regionen dybt i rummet, hvor der dannes en kæmpe chokbølge, mens vinden fra solen pludselig bremser og presser udad mod den interstellare vind. Observationerne overraskede og forundrede os, så der er meget, der skal opdages, da Voyager begynder at udforske denne nye region i ydersiden af solsystemet, ”sagde Dr. Edward Stone, Voyager-projektforsker, Californiens teknologiske institut, Pasadena, Calif.
På mere end otte milliarder miles (13 milliarder km) fra solen er Voyager 1 det fjerneste objekt, som menneskeheden har bygget. Lanceret den 5. september 1977 udforskede den de gigantiske planeter Jupiter og Saturn før de blev kastet ud mod det dybe rum af Saturns tyngdekraft. Det nærmer sig nu, og kan have været midlertidigt, ind i regionen uden for opsigelseschock.
Afslutningschokket er, hvor solvinden, en tynd strøm af elektrisk ladet gas, der konstant blæses fra solen, bremses ved tryk fra gas mellem stjernerne. Ved afslutningsstødet bremser solvinden brat fra sin gennemsnitlige hastighed på 300 - 700 km pr. Sekund (700.000 - 1.500.000 mph). (Se film 4 for at se, hvordan dette varmer solvinden i heliosheathen).
Den nøjagtige placering af afslutningsstødet er ukendt, og det blev oprindeligt antaget at være tættere på Solen, end Voyager 1 i øjeblikket er. Da Voyager 1 kørte stadig længere væk fra solen, bekræftede det, at alle planeterne var inde i en enorm boble blæst af solvinden, og afslutningschokket var langt mere fjernt (Animation 1).
Det er svært at estimere afslutningsstødets placering, fordi vi ikke kender de nøjagtige forhold i det interstellare rum, og endda hvad vi ved, solvindens hastighed og tryk, ændringer, der får termineringschok til at udvide, kontrakt og krusning. Du kan se en lignende effekt, hver gang du vasker op (film 3). Hvis du placerer en plade under en vandstrøm, bemærker du, at vandet spreder sig ud over pladen i en relativt jævn strøm. Vandstrømmen har en ru kant, hvor vandet bremser hurtigt ned og hoper sig op. Kanten er som afslutningsstødet, og når vandstrømmen ændres, ændres formen og størrelsen på den ru kant.
Fra omkring 1. august 2002 til 5. februar 2003 bemærkede forskere usædvanlige aflæsninger fra de to energiske partikelinstrumenter på Voyager 1, hvilket indikerede, at det var kommet ind i et område i solsystemet i modsætning til hvad der tidligere var stødt på. Dette fik nogle til at hævde, at Voyager muligvis har indtastet en midlertidig funktion ved afslutningschok. Ligesom små buler og "fingre" vises og forsvinder i den ru kant af vandstrømmen over en plade, kunne Voyager muligvis have indtastet en midlertidig "finger" i kanten af afslutningsstødet.
Kontroversen ville let blive løst, hvis Voyager stadig kunne måle solvindens hastighed, fordi solvinden brat pludselig ved afslutningsstødet. Imidlertid fungerer instrumentet, der måler solvindhastighed, ikke længere på det ærverdige rumfartøj, så forskere skal bruge data fra de instrumenter, der stadig arbejder for at udlede, hvis Voyager gennemgik afslutningsstødet.
Bevis for at krydse stødet inkluderer Voyagers bemærkning om, at elektrisk ladede partikler med høj hastighed (elektroner og ioner) steg mere end 100 gange i perioden 1. august 2002 til 5. februar 2003. Dette kunne forventes, hvis Voyager passerede termineringschokket, fordi choket naturligt accelererer elektrisk ladede partikler, der springer frem og tilbage som ping pongkugler mellem de hurtige og langsomme vinde på modsatte sider af chokket.
For det andet flød partiklerne udad, forbi Voyager og væk fra solen. Dette kunne forventes, hvis Voyager allerede krydsede ud over termineringschokket, fordi accelerationsregionen i afslutningsstødet nu ville være bag rumfartøjet. For det tredje indikerede et indirekte mål for solvindhastigheden, at solvinden var langsom i denne periode, som man kunne forvente, hvis Voyager var uden for stødet.
”Vi har brugt en indirekte teknik for at vise, at solvinden bremsede fra ca. 700.000 km / h til meget mindre end 100.000 km / h. Denne samme teknik blev brugt af os før, da instrumentet, der målede solvindhastigheden, stadig fungerede, og aftalen mellem de to målinger var bedre end 20% i de fleste tilfælde, ”sagde Krimigis.
Bevis for indtræden i choket inkluderer observationen, at selv om der var en dramatisk stigning i partikler med lav hastighed, blev de ikke set ved de noget højere hastigheder, som forskere mener, at termineringschok genererer.
Dog er det stærkeste bevis mod indrejse Voyagers observation af, at magnetfeltet ikke steg i løbet af denne periode. Ifølge teoretiske modeller skal dette ske, når solvinden bremser. Forestil dig en motorvej med moderat trafik. Hvis noget får chaufførerne til at sænke farten, siger en vandpyt, bunker bilerne op - deres tæthed øges. På samme måde vil densiteten (intensiteten) af det magnetiske felt, som bæres af solvinden, stige, hvis solvinden bremser.
”Analysen af Voyager 1-observationer af magnetfelt i slutningen af 2002 indikerer, at den ikke kom ind i en ny region i den fjerne heliosfære ved at have krydset afslutningsstødet. Tværtimod havde magnetfeltdataene de egenskaber, der kunne forventes, baseret på mange års tidligere observationer, selvom intensiteten af de observerede energiske partikler er usædvanligt høj, ”sagde Burlaga.
Holdene er enige om, at Voyager 1 har set et nyt fænomen: en periode på seks måneder, hvor partikler med lav energi var meget rigelige og flyder væk fra solen. Når den usædvanlige periode sluttede, er begge enige om, at Voyager 1 var tilbage i solvinden, så hvis dette var en midlertidig passage ud over afslutningsstødet, vil chokket ses igen, sandsynligvis i de næste par år. Endelig viser observationer, at afslutningschokket er meget mere kompliceret, end nogen troede.
I forbindelse med deres oprindelige missioner til Jupiter og Saturn var Voyager 1 og søster rumfartøj Voyager 2 bestemt til områder i rummet, hvor solcellepaneler ikke ville være gennemførlige, så hver var udstyret med tre radioisotop termoelektriske generatorer til at producere elektrisk kraft til rumfartøjssystemer og instrumenter. Voyagerne, der stadig arbejder under fjerne, kolde og mørke forhold 26 år senere, skylder deres levetid til disse Department of Energy-leverede generatorer, der producerer elektricitet fra den varme, der genereres af det naturlige forfald af plutoniumdioxid.
Voyagers blev bygget af NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Californien, som fortsætter med at betjene begge rumfartøjer 26 år efter deres lancering. Rumfartøjet kontrolleres, og deres data returneres gennem NASAs Deep Space Network (DSN), et globalt rumfartøjssporingssystem, der også drives af JPL. Voyager-projektleder er Ed Massey fra JPL. Voyager-projektets videnskabsmand er Dr. Edward Stone fra California Institute of Technology.
Original kilde: NASA News Release
