Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: DLF, SwRI, Raumcon.

Dies hat ein internationales Astronomenteam aufgrund von Messungen mit dem NASA-Weltraumteleskop IBEX (Interstellar Boundary EXplorer) berechnet. Demnach tritt interstellares Helium anders in unser Sonnensystem ein als vorhergesagt. Dies lässt darauf schließen, dass die Sonne und mit ihr unser gesamtes Planetensystem mit deutlich geringerer Geschwindigkeit durch das interstellare Medium pflügt. Dies geht sogar so weit, dass man die jahrzehntelang postulierte Schockwelle vor dem Einflussbereich unserer Sonne zur Diskussion stellt.

Dies geht aus Worten von David McComas vom Southwest Research Institute der Universität Texas in San Antonio (USA) hervor. Demnach kann man den Daten entnehmen, dass unsere Sonne relativ zum Interstellaren Medium eine Geschwindigkeit von maximal 22 Kilometern pro Sekunde besitzt und diese Geschwindigkeit für eine richtige Bugwelle, die mit der Schockwelle eines Überschallflugzeuges in Luft vergleichbar ist, nicht ausreicht.

Konsequenz daraus wäre, dass man die Dichte des Interstellaren Mediums und die in ihr herrschende Strahlung bisher falsch eingeschätzt hätte.

Fast zeitgleich veröffentlicht wurde das Ergebnis einer Studie an der Universität Bonn zu Doppelsternen. Dazu wurden Sternhaufen unter die Lupe genommen, in denen Sterne praktisch zum selben Zeitpunkt entstanden sind. Angeregt wird die Geburt von Sternen in kosmisch vergleichsweise dichten Gaswolken durch Stoßwellen, die beispielsweise bei Sternexplosionen entstehen können. Dabei ist die Entstehung von Doppelsternen praktisch der Normalfall. Die neue Erkenntnis: Je mehr Sterne in einem solchen Sternhaufen entstehen, umso größer werden Gravitationskräfte, die bei mehr oder weniger dichten Vorbeiflügen von Sternen aneinander dazu führen können, dass Doppelsterne getrennt werden und einer der beiden Sterne sogar aus dem Sternhaufen katapultiert werden kann. Bei den sogenannten Flyby-Ereignissen wird einem Partner Bewegungsenergie entzogen und auf den anderen übertragen.

Da unsere Sonne gegenwärtig als Einzelstern gilt und auch fernab offener Sternhaufen ihre Bahn zieht, könnte sie dereinst Opfer eines solchen Rauswurfs gewesen sein. Allerdings wäre dann eine hohe Geschwindigkeit gegenüber dem Interstellaren Medium wahrscheinlich. Es bleibt also spannend.

Raumcon:

• IBEX in unbemannte Raumfahrt (ab 13. Mai 2012)
• Sonnen-Eruptionen (ab Februar 2012)
• Unsere Sonne (ab 10. Mai 2012)

Der Beitrag Solare Neuigkeiten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA.

Am 16. Dezember 2004 dringt die 27 Jahre zuvor gestartete Raumsonde Voyager 1 in die Randbereiche der Heliosphäre vor. Trotz weiterer Daten der Schwestersonde Voyager 2, welche die selbe Schwelle im August 2007 überquert, fehlt der Wissenschaft weiter das große Bild der Grenzregion unseres Sonnensystems. Denn wie die Schockwelle zwischen Sonnenwind und interstellarem Teilchenstrom wirklich aussieht und welchen zeitlichen Schwankungen sie unterworfen ist, ist völlig ungeklärt. Der Interstellar Boundary Explorer (IBEX) der NASA soll das ändern.

Die Sonne schleudert ständig einen dichten Strom geladener Teilchen ins Planetensystem, der jedoch nur wenig mit irdischen Orkanen gemein hat. In jeder Sekunde verliert unser Stern rund eine Million Tonnen Masse, die als Sonnenwind mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 400 Kilometern pro Sekunde in das Sonnensystem vordringen. Diese erzeugen eine Blase aus solarer Materie mit einer scharfen Bugwelle und einem längeren Schweif, die wir als Heliosphäre bezeichnen. In wachsendem Abstand zur Sonne nimmt ihre Dichte immer weiter ab, bis der Teilchenstrom schließlich beginnt, mit der interstellaren Materie zu interagieren: Auf seiner Bahn um das Zentrum der Milchstraße bewegt sich das Sonnensystem durch einen Teil des interstellaren Raums, der aus einem dünnen Materiegemisch besteht. Hier tummeln sich Staub, Überreste von Supernovae, Teilchen aus dem Wind anderer Sterne und Atome, die direkt nach dem Urknall entstanden. Am Rande der Heliosphäre werden zuerst die Sonnenwindteilchen abgebremst und erreichen am Termination Shock Unterschallgeschwindigkeit, was zu einem Aufheizen und veränderten Magnetfeldern führt. In der Heliopause kommen beide Teilchenströme zum Stillstand. Auf der anderen Seite beginnt der beeinflusste Bereich des interstellaren Mediums mit dem Bow Shock.

Während die Voyager-Sonden mehrere Punkte des Termination Shock erkunden konnten, reicht ihr Instrumentarium nicht für großräumigere Untersuchungen dieser Region aus. Voyager 2 passierte die Schwelle innerhalb von mehreren Tagen gleich fünfmal und in einem Abstand von rund 84 Astronomischen Einheiten (AE), während Voyager 1 bei der Passage der Grenze noch 94 AE von der Sonne entfernt war. Das heißt, dass die Grenzregion des Sonnensystems starken Schwankungen unterliegt, die vermutlich mit den Aktivitätszyklen der Sonne zusammenhängen und nicht nur im Jahres-, sondern auch im Tagesrhythmus variieren.

IBEX ist die erste Mission, die eine globale Karte der Grenze unseres Sonnensystems erstellen soll. Die unbetankt nur 107 Kilogramm schwere Sonde wurde am 19. Oktober von Bord eines Frachtflugzeugs aus rund 12 Kilometern Höhe mit einer Pegasus XL-Trägerrakete gestartet. Die auch im Budget leichtgewichtige 165 Millionen US-Dollar-Mission gehört zum Small Explorer-Programm der NASA und soll Vorkommen und Dichte neutral geladener Atome in der Grenzregion aufzeichnen. Die Messungen werden während der zwei Jahre dauernden Mission zu einer Karte des Termination Shock zusammengeführt.

Aus dem Erdorbit lässt sich die Grenze der Heliosphäre nur mit Hilfe von energetic neutral atoms (ENAs) nachvollziehen. Treffen energetische geladene Teilchen des Sonnenwindes mit den neutralen interstellaren Atomen zusammen, kommt es zu einem Ladungsaustausch. Das nun neutrale Teilchen verlässt daraufhin als ENA den Ort des Geschehens auf einer gerade Flugbahn, da es anders als Ionen nicht mehr durch äußere Magnetfelder beeinflusst werden kann. Misst man nun Masse und Energie der ENAs aus einer definierten Richtung, sind direkte Rückschlüsse auf die Interaktionen in ihrem Entstehungsgebiet möglich.

Das Fliegengewicht IBEX kann seine wissenschaftliche Aufgabe mit nur zwei Instrumenten erfüllen. IBEX-Hi und IBEX-Lo sollen die neutralen Atome aufnehmen, diese zur besseren Bestimmung ionisieren und schließlich in festgelegten Energiebereichen identifizieren und zählen. Ein Kollimator wird das Sichtfeld der Instrumente eingrenzen, um einzelne Raumregionen genau beproben zu können. Die Messungen kann IBEX – ein klarer Vorteil gegenüber den Voyager-Veteranen – bequem von zu Hause aus vornehmen: Die Sonde wird in eine stark exzentrische Erdumlaufbahn geschossen, auf der sie 5.000 bis 300.000 Kilometer von der Erde entfernt. Das ist wichtig, da die Magnetosphäre des Planeten sonst genaue Messungen behindern kann. Der Perigäum innerhalb des Einflussbereichs des Erdmagnetfelds soll zur Übertragung der Daten an die Bodenstation genutzt werden.

Ziel der IBEX-Mission ist ein besseres Verständnis der Grenze unseres Sonnensystems, die rund 100 AE oder 15 Milliarden Kilometer von uns entfernt liegt. Erst kürzlich wurde sie erstmalig von aktiven Raumsonden durchquert, die bereits vor Jahrzehnten die Erde verließen. Mit indirekten Messmethoden gelingt es IBEX, die Region von der Erde aus zu vermessen. Die Grenze wird nicht nur durch Schwankungen in der Sonnenaktivität ständig verschoben, sondern auch durch externe Einflüsse wie explodierende Sterne, deren Strahlungseinflüsse auch das Leben auf der Erde beeinflussen können.

Verwandte Artikel:

• NASA-Forschungssatellit IBEX steht vor dem Start (Meldung vom 07.10.2008
• Voyager 2 misst asymmetrische Heliosphäre (Meldung vom 28.05.2006
• Voyager 1 erwartet Schockwelle (Meldung vom 20.07.2004
• Voyager 1 – ein kosmischer Grenzgänger (Meldung vom 18.11.2003

Verwandte Webseiten:

• NASA: IBEX-Missionsprofil (engl.)
• IBEX Missions-Webseite (engl.)

Diskussion zu diesem Artikel

• IBEX (Interstellar Boundary Explorer) alias Explorer 91 auf Pegasus XL

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Am 19. Oktober 2008 soll IBEX´ zweijährige Mission mit dem Start auf einer Pegasus-XL-Rakete, die von einem auf dem Kwajalein-Atoll gestarteten Trägerflugzeug abgeworfen wird, beginnen. Das Startfenster liegt zwischen 18:58 und 19:06 Uhr UTC (20:58 Uhr bis 21:06 Uhr MESZ).

IBEX sitzt bereits auf der Rakete, die Nutzlastverkleidung wurde am 1. Oktober montiert. Laut Plan sollte die vollständige Rakete mit Nutzlast am gestrigen 6. Oktober unter dem L-1011-Trägerflugzeug befestigt worden sein. Nach diesen Operationen in Vandenberg in den Vereinigten Staaten soll das L-1011-Trägerflugzeug am 10. Oktober nach Hawaii aufbrechen und nach einem Zwischenstopp dort am 11. Oktober auf dem Kwajalein-Atoll eintreffen. IBEX alias Explorer 91 basiert auf dem Microstar-2-Bus von Orbital.

Die Pegasus-XL (Hersteller ebenfalls Orbital) bringt IBEX am Starttag in einen niedrigen Erdorbit in 200 Kilometern über der Erdoberfläche. Anschließend wird IBEX sich eines STAR-27-Feststoffmotors des Herstellers ATK bedienen, um die maximale Höhe des Zielorbits zu erreichen. Dieser Orbit soll ein Apogäum von circa 236.000 Kilometern haben, was etwa 80% der Erde-Mond-Entfernung entspricht. Der Feststoffmotor wird abgeworfen, wenn er ausgebrannt ist. Ein Hydrazin-Antrieb an Bord des Satelliten sorgt dann dafür, dass das Perigäum auf 7.000 Kilometer angehoben wird.

Mit dem Feststoffmotor und Treibstoffen wiegt IBEX 462 Kilogramm, ohne den Feststoffmotor 107 Kilogramm. Das gänzlich unbetankte Raumfahrzeug wiegt 80 Kilogramm, die wissenschaftliche Nutzlast 29 Kilogramm.

Für die Nutzlast des über die Zentralstruktur etwa 58 x 96 Zentimeter messenden Satelliten werden 16 Watt Leistung benötigt, die mögliche Gesamtleistung der Solarzellen des Satelliten beträgt 116 Watt. Damit können unter anderem die beiden Detektoren betrieben werden, die ENAs (Energetic Neutral Atoms – Neutralteilchen) außerhalb des Wirkungsbereiches des Erdmagnetfeldes einfangen sollen.

Die Neutralteilchen entstehen, wenn von der Sonne abgestrahlte, sich auf Grund ihrer Ladung entlang der Feldlinien magnetischer Felder bewegende Protonen auf Atome im Raum treffen und dabei durch den Übergang von Elektronen zu neutralen Wasserstoffatomen werden. Die so entstandenen Neutralteilchen oder ENAs bewegen sich nun linear, sie unterliegen auf Grund ihrer neutralen Ladung keiner Ablenkung durch Magnetfelder.

Da man die ENA-Strahlung messen möchte, die durch Interaktion von Protonen der Sonne mit der Hintergrundstrahlung im Grenzbereich unseres Sonnensystems zum interstellaren Raum entsteht, ist es notwendig, das Erdmagnetfeld zu verlassen, da dort ebenfalls ENAs entstehen.

Die Aufzeichnug der Neutralteilchenverteilung ermöglicht es, Abbildungen der Struktur der äußeren Regionen der Heliosphäre zu erzeugen.

Nach bereits sechs Monaten ab Beginn der Messungen sollen zum ersten Mal alle Himmelsregionen durchsucht worden sein. So wird es möglich sein, im Rahmen der zunächst auf zwei Jahre angesetzten Mission zusätzliche Beobachtungen durchzuführen.

Weiterreichende Informationen lassen sich der Diskussion im Forum entnehmen:

• IBEX (Interstellar Boundary Explorer)

Zum Weiterlesen in Englisch:

• nasa.gov/ibex
  
• ibex.princeton.edu/graphics
  
• astronauticsnow.com/ENA/index.html
  

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