Dankzij de Voyager-missie is het onderzoekers gelukt de totale druk van deeltjes in de heliosheath te meten. En die blijkt veel hoger te zijn dan verwacht.

Op aarde kennen we luchtdruk gecreëerd door luchtmoleculen die door de zwaartekracht naar beneden worden getrokken. In de ruimte is er ook een druk die door deeltjes zoals ionen en elektronen wordt veroorzaakt. Deze deeltjes worden verwarmd en versneld door de zon en creëren een gigantische ballon die ook wel bekend staat als de heliosfeer. Deze heliosfeer strekt zich over miljoenen kilometers voorbij Pluto uit. Het randje van de ballon wordt aangeduid als de heliopauze. En het buitenste deel van die heliopauze wordt weer aangeduid als ‘heliosheath’. In een nieuwe studie hebben onderzoekers geprobeerd de druk in deze heliosheath te meten. En die blijkt veel hoger te zijn dan in eerdere studies berekend. “Het betekent dat er een aantal zaken bijdragen aan de druk die momenteel nog niet worden overwogen,” concludeert Rankin.

We zien hier het zonnestelsel en dat wordt omringd door de zogenoemde heliosfeer. Het randje van die ballon wordt aangeduid als de heliopauze. En het buitenste deel van die heliopauze is hier weer aangeduid als ‘heliosheath’. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech.

Voyager
Om de druk te kunnen meten, maakten de onderzoekers gebruik van de Voyager-ruimtevaartuigen die al sinds 1977 gestaag door het zonnestelsel reizen (zie kader). In de huidige studie analyseerden de onderzoekers data van Voyager 2 die zich ten tijde van de waarnemingen nog in de heliosheath bevond en kwamen zo achter de totale druk van de heliosheath. Een bijzondere prestatie. Want op een afstand van zo’n 14 miljard kilometer is deze regio moeilijk te bestuderen.


Over de Voyager-missie
Ruimtesonde Voyager 2 werd in 1977 gelanceerd, een paar weekjes eerder dan zijn broer Voyager 1. Beide sondes zijn nu al 40 jaar actief. Daarmee zijn het niet alleen de langst werkende ruimtesondes ooit, ze breken bovendien alle records als het gaat om de afstand die ze tot op heden hebben afgelegd. In 2013 verliet Voyager 1 de heliosfeer, Voyager 2 volgde dat voorbeeld op in 2018. Een buitengewone gebeurtenis. Want geen enkel ruimtevaartuig heeft het zo ver geschopt als Voyager 1 en Voyager 2. Beide sondes bewegen met een onvoorstelbare snelheid van zo’n 48.280 kilometer per uur voort, in een omgeving waar nog geen enkele door mensen gebouwde sonde ooit geweest is.

Druk
Bekend is dat aan de rand van ons zonnestelsel de druk hoog is. Deze druk, het krachtplasma, magnetische velden en deeltjes zoals ionen, kosmische stralen en elektronen oefenen – wanneer ze stromen en botsen – kracht op elkaar uit. Voyager 2 alleen kan ons echter niet veel meer vertellen over de precieze druk in het gebied. Maar een recente zonnevlam maakte dat opeens wel mogelijk. Een zonnevlam is een explosie op het oppervlak van de zon. De zon laait periodiek op en spuwt vervolgens enorm veel deeltjes de ruimte in. Opeenvolgende uitbarstingen kunnen zich samenvoegen en één groot front vormen. En dit creëert een golf van plasma die door magnetische velden wordt voortgestuwd.

Beide Voyager-ruimtevaartuigen deden metingen van een recente zonnevlam, waardoor zowel de druk in de heliosheath, als de geluidssnelheden gemeten konden worden. Afbeelding: NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

Golf
Zo’n dergelijke golf bereikte in 2012 de heliosheath en werd opgemerkt door Voyager 2 die zich precies op dat moment ook in de heliosheath bevond. Door de golf nam het aantal galactische kosmische stralen – een soort energetisch deeltje – tijdelijk af. Vier maanden later zagen de wetenschappers een vergelijkbare afname bij Voyager 1, die toen net de grens naar de interstellaire ruimte had overgestoken.

Metingen
De onderzoekers wisten de precieze afstand tussen de ruimtevaartuigen. En hierdoor konden ze zowel de druk in de heliosheath als de snelheid van het geluid berekenen. In de heliosheath reist het geluid met ongeveer 300 kilometer per seconde; duizend keer sneller dan het door de lucht beweegt. Opvallend genoeg blijkt de verandering in de galactische kosmische straling bij beide ruimtevaartuigen niet exact gelijk te zijn. Bij Voyager 2 nam het aantal kosmische stralen in alle richtingen rond het vaartuig af. Maar bij Voyager 1 – die zich buiten het zonnestelsel bevond – namen alleen de galactische kosmische stralen af die loodrecht op het magnetische veld in het gebied afstevenden. Dit suggereert dat er ‘iets’ gebeurt als de golf over de grens van het zonnestelsel reikt. “Het blijft de vraag waarom de verandering in kosmische stralen binnen en buiten de heliosheath anders is,” zegt Rankin.


Het is best interessant om het de druk- en geluidssnelheden in het gebied aan de grens van het zonnestelsel te bestuderen. Want dit kan wetenschappers helpen begrijpen hoe de zon de interstellaire ruimte beïnvloedt. Dit vertelt ons dus niet alleen meer over ons eigen zonnestelsel, maar ook over de dynamiek rond andere sterren en planetaire systemen. De onderzoekers zijn dan ook nog niet klaar met de data van Voyager 2. “Wellicht dat er nog meer te vinden is in de gegevens waardoor we meer te weten kunnen komen over over hoe de heliosheath en de interstellaire ruimte in de loop van de tijd veranderen,” besluit Rankin.