Bildkredit: NASA
NASA: s rymdskepp Voyager 1 har nästan nått de yttre gränserna för solsystemet till ett område i rymden, kallad heliosheath, där solvinden blåser mot interstellär gas. Det är första gången forskare någonsin samlat in data om dessa avlägsna områden i solsystemet. Voyager 1, som startades den 5 september 1977, ligger nu 13 miljarder km från solen.
NASA: s Voyager 1-rymdskepp är på väg att göra historia igen som det första rymdskeppet som går in i solsystemets slutliga gräns, en vidsträckt plats där vinden från solen blåser hett mot tunn gas mellan stjärnorna: interstellar rymden. Innan den når detta område måste Voyager 1 emellertid passera genom avslutningschocken, en våldsam zon som är källan till strålar av högenergipartiklar.
Voyagers resa genom denna turbulenta zon ger forskare sina första direkta mätningar av vårt solsystemets outforskade slutgräns, kallad heliosheath, och forskare diskuterar om denna passage redan har börjat. Två artiklar om denna forskning publiceras i Nature den 5 november 2003. Den första artikeln, av Dr. Stamatios M. Krimigis från Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, Md. Och hans team, ger bevis som stöder påståendet att Voyager 1 passerade efter avslutningschocken. Den andra artikeln, av Dr. Frank B. McDonald från University of Maryland, College Park, och hans team, ger bevis mot detta påstående. En tredje artikel publicerad 30 oktober 2003 i Geophysical Research Letters av Dr. Leonard F. Burlaga från NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Och kollaboratörer, visar att Voyager 1 inte gick utöver avslutningschocken. (Se Bild 2a för en illustration av avslutningschocken och heliosheathen).
”Voyager 1-observationerna visar att vi har ingått en ny del av solsystemet. Oavsett om vi korsade avslutningschocken eller inte, är teamen glada för att detta aldrig har sett förut - observationerna är annorlunda här än i det inre solsystemet, ”säger Dr. Eric Christian, Discipline Scientist for the Sun Earth Connection research program vid NASA: s huvudkontor, Washington, DC.
”Voyager 1 har sett slående tecken på regionen djupt i rymden där en gigantisk chockvåg bildas när vinden från solen plötsligt bromsar och pressar utåt mot den interstellära vinden. Observationerna överraskade och förundrade oss, så det finns mycket att upptäcka när Voyager börjar utforska denna nya region vid solsystemets ytterkant, ”sa Dr. Edward Stone, Voyager-projektforskare, Kaliforniens tekniska institut, Pasadena, Calif.
På mer än åtta miljarder miles (13 miljarder km) från solen är Voyager 1 det mest avlägsna objektet som byggts av mänskligheten. Lanserades den 5 september 1977 och utforskade de jätteplaneterna Jupiter och Saturn innan de kastades ut mot djupa rymden av Saturnus allvar. Det närmar sig och kanske tillfälligt har trätt in i regionen utanför chocken för uppsägning.
Avslutningschocken är där solvinden, en tunn ström av elektriskt laddad gas som ständigt blåses från solen, bromsas av tryck från gas mellan stjärnorna. Vid avslutningschocken bromsar solvinden abrupt från sin genomsnittliga hastighet 300 - 700 km per sekund (700.000 - 1.500.000 mph). (Se film 4 för att se hur detta värmer solvinden i heliosheathen).
Den exakta platsen för avslutningschocken är okänd och det antogs ursprungligen att vara närmare solen än Voyager 1 för närvarande är. När Voyager 1 kryssade allt längre från solen, bekräftade det att alla planeterna var inne i en enorm bubbla blåst av solvinden, och avslutningschocken var mycket mer avlägsen (Animation 1).
Att uppskatta platsen för avslutningschocken är svårt eftersom vi inte känner till de exakta förhållandena i det interstellära utrymmet, och till och med vad vi vet, solvindens hastighet och tryck, förändringar som gör att avslutningschocken expanderar, kontrakterar och krusning. Du kan se en liknande effekt varje gång du tvättar disk (film 3). Om du placerar en platta under en vattenström, märker du att vattnet sprider sig ut över plattan i ett relativt jämnt flöde. Vattenflödet har en grov kant där vattnet bromsar ner plötsligt och högar upp. Kanten är som avslutningschocken, och när vattenflödet förändras förändras formen och storleken på den grova kanten.
Från omkring 1 augusti 2002 till 5 februari 2003 märkte forskare ovanliga avläsningar från de två energiska partikelinstrumenten på Voyager 1, vilket tyder på att det hade trängt in i ett område i solsystemet till skillnad från vad som hittills inträffat. Detta ledde till att vissa hävdade att Voyager kan ha gått in i en övergående funktion i uppsägningschocken. Precis som små knölar och "fingrar" dyker upp och försvinner i den grova kanten av vattenflödet över en platta, kan Voyager ha kommit in i ett tillfälligt "finger" i kanten av avslutningschocken.
Kontroversen skulle lätt lösas om Voyager fortfarande kunde mäta hastigheten på solvinden, eftersom solvinden bromsar plötsligt vid avslutningschocken. Instrumentet som mäter solvindhastigheten fungerar emellertid inte längre på det värdiga rymdskeppet, så forskare måste använda data från instrumenten som fortfarande arbetar för att dra slutsatsen om Voyager genomgick avslutningschocken.
Bevis för att korsa chocken inkluderar Voyagers iakttagelse av att elektriska laddade partiklar med hög hastighet (elektroner och joner) ökade mer än 100 gånger under perioden 1 augusti 2002 till 5 februari 2003. Detta kan förväntas om Voyager passerade avslutningschocken, eftersom chocken naturligtvis accelererar elektriskt laddade partiklar som studsar fram och tillbaka som pingpongbollar mellan de snabba och långsamma vindarna på motsatta sidor av chocken.
För det andra flödade partiklarna utåt, förbi Voyager och bort från solen. Detta kan förväntas om Voyager redan passerade efter avslutningschocken, eftersom accelerationsregionen i avslutningschocken nu skulle ligga bakom rymdskeppet. För det tredje indikerade ett indirekt mått på solvindhastigheten att solvinden var långsam under denna period, som man kunde förvänta sig om Voyager var bortom chocken.
”Vi har använt en indirekt teknik för att visa att solvinden avtog från cirka 700 000 km / h till mycket mindre än 100 000 km / h. Samma teknik användes av oss tidigare, när instrumentet som mätte solvindhastigheten fortfarande fungerade, och överenskommelsen mellan de två mätningarna var bättre än 20% i de flesta fall, ”sa Krimigis.
Bevis på inträde i chocken inkluderar iakttagelsen att även om det fanns en dramatisk ökning av partiklar med låg hastighet sågs de inte vid de något högre hastigheter som forskarna tror att avslutningschocken genererar.
Det starkaste beviset mot inträde är dock Voyagers iakttagelse att magnetfältet inte ökade under denna period. Enligt teoretiska modeller måste detta hända när solvinden bromsar ner. Föreställ dig en motorväg med måttlig trafik. Om något får förarna att sakta ner, säger en vattenpöl, staplar bilarna upp - deras täthet ökar. På samma sätt kommer densiteten (intensiteten) för magnetfältet som bärs av solvinden att öka om solvinden bromsar ner.
”Analysen av Voyager 1-observationer av magnetfält i slutet av 2002 indikerar att den inte kom in i en ny region i den avlägsna heliosfären genom att ha korsat avslutningschocken. Snarare hade magnetfältdata de egenskaper som kan förväntas baserat på många års tidigare observationer, även om intensiteten hos de observerade energiska partiklarna är ovanligt hög, ”säger Burlaga.
Lagen håller med om att Voyager 1 har sett ett nytt fenomen: en sexmånadersperiod då lågenergipartiklar var mycket rikliga och flödade bort från solen. När den ovanliga perioden avslutades, är båda överens om att Voyager 1 var tillbaka i solvinden, så om detta var en tillfällig passering bortom avslutningschocken, kommer chocken att ses igen, antagligen under de kommande par åren. Slutligen indikerar observationerna att avslutningschocken är mycket mer komplicerad än någon trodde.
För sina ursprungliga uppdrag till Jupiter och Saturn var Voyager 1 och syster rymdskepp Voyager 2 avsedda till områden i rymden där solpaneler inte skulle vara möjliga, så var alla utrustade med tre radioisotop termoelektriska generatorer för att producera elektrisk kraft för rymdskeppssystemen och instrumenten. Voyagers arbetar fortfarande under avlägsna, kalla och mörka förhållanden 26 år senare och är skyldiga deras livslängd till dessa avdelningar för energiförsörjade generatorer, som producerar elektricitet från värmen som genereras genom det naturliga förfallet av plutoniumdioxid.
Voyagers byggdes av NASA: s Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien, som fortsätter att driva båda rymdskeppet 26 år efter lanseringen. Rymdskeppet kontrolleras och deras data returneras via NASAs Deep Space Network (DSN), ett globalt spårningsspårningssystem som också drivs av JPL. Voyager-projektledaren är Ed Massey från JPL. Voyager-projektets forskare är Dr. Edward Stone från California Institute of Technology.
Originalkälla: NASA News Release
