Afbeelding tegoed: NASA
NASA's Voyager 1-ruimtevaartuig heeft bijna de buitengrenzen van het zonnestelsel bereikt tot een gebied in de ruimte, de heliosheath genaamd, waar de zonnewind tegen interstellair gas blaast. Het is voor het eerst dat wetenschappers gegevens verzamelen over deze verre gebieden van het zonnestelsel. De Voyager 1 werd gelanceerd op 5 september 1977 en is nu 13 miljard km verwijderd van de zon.
NASA's Voyager 1-ruimtevaartuig staat op het punt opnieuw geschiedenis te schrijven als het eerste ruimtevaartuig dat de laatste grens van het zonnestelsel binnengaat, een uitgestrekt gebied waar wind van de zon heet waait tegen dun gas tussen de sterren: de interstellaire ruimte. Voordat hij echter dit gebied bereikt, moet de Voyager 1 de eindschok passeren, een gewelddadige zone die de bron is van bundels van hoogenergetische deeltjes.
De reis van de Voyager door deze turbulente zone zal wetenschappers hun eerste directe metingen geven van de onontgonnen laatste grens van ons zonnestelsel, de heliosheath genaamd, en wetenschappers debatteren of deze passage al is begonnen. Twee artikelen over dit onderzoek worden op 5 november 2003 gepubliceerd in Nature. Het eerste artikel, door Dr. Stamatios M. Krimigis van het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, Md., En zijn team, levert bewijs dat de bewering ondersteunt. dat Voyager 1 voorbij de beëindigingsschok ging. Het tweede artikel, door Dr. Frank B. McDonald van de Universiteit van Maryland, College Park, en zijn team, levert bewijs tegen deze bewering. Een derde paper, gepubliceerd op 30 oktober 2003 in Geophysical Research Letters door Dr. Leonard F. Burlaga van NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., En medewerkers, bewijst dat Voyager 1 niet voorbij de beëindigingsschok kwam. (Zie afbeelding 2a voor een illustratie van de terminatieschok en heliosheath).
“De waarnemingen van de Voyager 1 laten zien dat we een nieuw deel van het zonnestelsel zijn binnengegaan. Ongeacht of we de beëindigingsschok hebben doorstaan of niet, de teams zijn enthousiast omdat dit nog nooit eerder is gezien - de waarnemingen zijn hier anders dan in het innerlijke zonnestelsel, ”zei Dr. Eric Christian, Discipline Scientist voor het onderzoek naar Sun Earth Connection. programma op NASA Headquarters, Washington, DC.
“De Voyager 1 heeft opvallende tekenen van het gebied diep in de ruimte gezien waar een gigantische schokgolf ontstaat terwijl de wind van de zon abrupt afneemt en naar buiten drukt tegen de interstellaire wind. De waarnemingen verrasten ons en brachten ons in verwarring, dus er valt veel te ontdekken terwijl Voyager deze nieuwe regio aan de buitenrand van het zonnestelsel begint te verkennen, ”zei Dr. Edward Stone, Voyager Project Scientist, California Institute of Technology, Pasadena, Californië.
Op meer dan 13 miljard kilometer van de zon is de Voyager 1 het verste object dat de mensheid heeft gebouwd. Gelanceerd op 5 september 1977, verkende het de gigantische planeten Jupiter en Saturnus voordat het door de zwaartekracht van Saturnus naar de verre ruimte werd gegooid. Het nadert nu, en is mogelijk tijdelijk, het gebied binnengekomen na de beëindigingsschok.
De eindschok is waar de zonnewind, een dunne stroom elektrisch geladen gas dat constant door de zon wordt geblazen, wordt vertraagd door gasdruk tussen de sterren. Bij de beëindigingsschok vertraagt de zonnewind abrupt van zijn gemiddelde snelheid van 300 - 700 km per seconde (700.000 - 1.500.000 mph). (Raadpleeg filmpje 4 om te zien hoe dit de zonnewind in de heliosheath verwarmt).
De exacte locatie van de beëindigingsschok is onbekend en oorspronkelijk werd gedacht dat deze dichter bij de zon stond dan Voyager 1 momenteel is. Terwijl de Voyager 1 steeds verder van de zon af reed, bevestigde hij dat alle planeten zich in een immense bel bevonden die door de zonnewind werd geblazen, en dat de beëindigingsschok veel verder weg was (animatie 1).
Het schatten van de locatie van de eindschok is moeilijk omdat we de precieze omstandigheden in de interstellaire ruimte niet kennen, en zelfs wat we wel weten, de snelheid en druk van de zonnewind, veranderingen waardoor de eindschok uitzet, samentrekt en rimpeling. Elke keer dat u de afwas doet, ziet u een soortgelijk effect (filmpje 3). Als je een bord onder een waterstroom plaatst, merk je dat het water zich in een relatief vloeiende stroom over de plaat verspreidt. De waterstroom heeft een ruwe rand waar het water abrupt vertraagt en zich opstapelt. De rand is als de eindschok, en naarmate de waterstroom verandert, veranderen de vorm en grootte van de ruwe rand.
Van ongeveer 1 augustus 2002 tot 5 februari 2003 merkten wetenschappers ongebruikelijke metingen op van de twee energetische deeltjesinstrumenten op de Voyager 1, wat aangeeft dat het een gebied van het zonnestelsel was binnengekomen zoals nog nooit eerder was waargenomen. Dit leidde ertoe dat sommigen beweerden dat Voyager mogelijk een tijdelijk kenmerk van de beëindigingsschok was binnengegaan. Net zoals kleine hobbels en 'vingers' verschijnen en verdwijnen in de ruwe rand van de waterstroom over een bord, heeft de Voyager mogelijk een tijdelijke 'vinger' in de rand van de beëindigingsschok gestoken.
De controverse zou gemakkelijk kunnen worden opgelost als Voyager nog steeds de snelheid van de zonnewind zou kunnen meten, omdat de zonnewind abrupt afneemt bij de beëindigingsschok. Het instrument dat de zonnewindsnelheid meet, functioneert echter niet meer op het eerbiedwaardige ruimtevaartuig, dus wetenschappers moeten gegevens van de instrumenten die nog steeds werken gebruiken om te concluderen of Voyager de beëindigingsschok heeft doorboord.
Bewijs voor het overschrijden van de schok omvat de waarneming van Voyager dat elektrisch geladen deeltjes met hoge snelheid (elektronen en ionen) in de periode van 1 augustus 2002 tot 5 februari 2003 meer dan 100 keer zijn toegenomen. Dit zou verwacht worden als Voyager de eindschok passeerde, omdat de schok van nature elektrisch geladen deeltjes versnelt die heen en weer stuiteren als pingpongballen tussen de snelle en langzame winden aan de andere zijden van de schok.
Ten tweede stroomden de deeltjes naar buiten, voorbij de Voyager en weg van de zon. Dit zou verwacht worden als Voyager al voorbij de eindschok was gekomen, omdat het versnellingsgebied in de eindschok zich nu achter het ruimtevaartuig zou bevinden. Ten derde gaf een indirecte meting van de zonnewindsnelheid aan dat de zonnewind in deze periode traag was, zoals te verwachten was als de Voyager voorbij de schok was.
“We hebben een indirecte techniek gebruikt om aan te tonen dat de zonnewind is vertraagd van ongeveer 700.000 mph tot veel minder dan 100.000 mph. Deze zelfde techniek werd eerder door ons gebruikt, toen het meetinstrument voor de zonnewindsnelheid nog werkte en de overeenkomst tussen de twee metingen in de meeste gevallen beter was dan 20%, ”aldus Krimigis.
Bewijs tegen toegang tot de schok omvat de observatie dat hoewel er een dramatische toename was van deeltjes met lage snelheid, ze niet werden gezien bij de wat hogere snelheden die wetenschappers geloven dat de beëindigingsschok genereert.
Het sterkste bewijs tegen toegang is echter de waarneming van Voyager dat het magnetische veld tijdens deze periode niet is toegenomen. Volgens theoretische modellen moet dit gebeuren wanneer de zonnewind afneemt. Stel je een snelweg voor met matig verkeer. Als iets de chauffeurs vertraagt, zeg maar een plas water, stapelen de auto's zich op - hun dichtheid neemt toe. Op dezelfde manier zal de dichtheid (intensiteit) van het magnetische veld gedragen door de zonnewind toenemen als de zonnewind afneemt.
“De analyse van de magnetische veldwaarnemingen van de Voyager 1 eind 2002 geeft aan dat het geen nieuw gebied van de verre heliosfeer is binnengekomen door de eindschok te zijn gepasseerd. De magnetische veldgegevens hadden eerder de karakteristieken die konden worden verwacht op basis van vele jaren van eerdere waarnemingen, hoewel de intensiteit van de waargenomen energetische deeltjes ongebruikelijk hoog is, 'zei Burlaga.
De teams zijn het erover eens dat Voyager 1 een nieuw fenomeen heeft gezien: een periode van zes maanden waarin energiezuinige deeltjes zeer overvloedig waren en wegvloeiden van de zon. Toen de ongebruikelijke periode voorbij was, zijn beiden het erover eens dat de Voyager 1 weer in de zonnewind stond, dus als dit een tijdelijke passage was voorbij de beëindigingsschok, zal de schok waarschijnlijk opnieuw worden gezien, waarschijnlijk in de komende paar jaar. Ten slotte geven de observaties aan dat de beëindigingsschok een stuk ingewikkelder is dan iedereen dacht.
Voor hun oorspronkelijke missies naar Jupiter en Saturnus, waren Voyager 1 en zustervoertuig Voyager 2 bestemd voor gebieden in de ruimte waar zonnepanelen niet haalbaar zouden zijn, dus elk was uitgerust met drie radio-isotoop thermo-elektrische generatoren om elektrische energie te produceren voor ruimtevaartuigsystemen en -instrumenten. De Voyagers, die 26 jaar later nog steeds in afgelegen, koude en donkere omstandigheden opereren, danken hun levensduur aan deze door het Department of Energy geleverde generatoren, die elektriciteit produceren uit de warmte die wordt opgewekt door het natuurlijke verval van plutoniumdioxide.
De Voyagers zijn gebouwd door NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië, dat beide ruimtevaartuigen 26 jaar na hun lancering blijft bedienen. Het ruimtevaartuig wordt bestuurd en hun gegevens worden geretourneerd via NASA's Deep Space Network (DSN), een wereldwijd volgsysteem voor ruimtevaartuigen dat ook wordt beheerd door JPL. De Voyager-projectmanager is Ed Massey van JPL. De Voyager Project Scientist is Dr. Edward Stone van het California Institute of Technology.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
