Een verschil in plasmadichtheid bevestigt dat het ruimtevaartuig het rijk der sterren is binnengegaan.

Bijna een jaar geleden kwam NASA met groot nieuws. Nadat de geruchtenmolen op volle toeren had gedraaid bevestigde de ruimtevaartorganisatie dat wat velen al vermoeden: Voyager 2 was de interstellaire ruimte binnengedrongen. Een conclusie die echter lastig hard te maken is. Wat is de interstellaire ruimte precies? En hoe weet je dat je erin zit? Onderzoekers van de Universiteit van Iowa besloten de stoutmoedige uitspraak van NASA nader te bestuderen. En zij komen nu met aanvullend bewijsmateriaal.

Tweede object
De onderzoekers melden dat ruimtevaartuig Voyager 2 inderdaad op 5 november 2018 de interstellaire ruimte is binnengegaan. Daarmee is het vaartuig het tweede door de mens gemaakte object dat de interstellaire ruimte heeft bereikt. Voyager 2 moet alleen zijn tweelingbroer Voyager 1 voor zich dulden. Deze sonde bereikte de interstellaire ruimte in 2012. Meer dan een jaar twijfelde NASA echter of het vaartuig wel echt het diepe onbekende binnen was gedrongen. Maar uiteindelijk wezen metingen van verschillende instrumenten aan boord van Voyager 1 uit dat de sonde zich in de interstellaire ruimte moest bevinden.


Zonnestelsel verlaten?

Hoewel we nu dus zeker weten dat ook Voyager 2 zich in de interstellaire ruimte bevindt, is het te kort door de bocht om te stellen dat deze het zonnestelsel verlaten heeft. We kunnen in dit stadium enkel zeggen dat de sonde de heliosfeer verlaten heeft en de interstellaire ruimte heeft bereikt. Het duurt nog wel even voordat de Voyager ook daadwerkelijk ons zonnestelsel uit is.

Zonnewind
Door deze metingen naast die van Voyager 2 te leggen, wist NASA te concluderen dat ook dit vaartuig achter zijn broertje aan de interstellaire ruimte in was gegaan. Het instrument dat deze metingen deed – het Plasma Science Experiment (kortweg PLS) – zag de snelheid van de zonnewind – een stroom van geladen deeltjes afkomstig van de zon – enorm afnemen. Daarna mat het instrument zelfs helemaal geen zonnewind meer in de omgeving van Voyager 2. Hieruit concludeerde NASA dat de sonde de heliosfeer – de beschermende bubbel rond ons zonnestelsel waarin de zonnewind domineert – verlaten had en zich in de interstellaire ruimte bevindt. Maar de onderzoekers tonen dit nu ook om andere redenen aan.

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’. Dankzij Voyager 2 krijgen we nu een steeds beter beeld van dit gebied aan de rand van ons zonnestelsel. Afbeelding: NASA JPL

Plasmadichtheid
De onderzoekers baseren zich op metingen van het plasma-instrument waarmee de sonde uitgerust is. Die nam namelijk een duidelijke toename van de plasmadichtheid waar. En dit is het onomstotelijke bewijs dat Voyager 2 de grens heeft overgestoken van een heet gebied met lage plasmadichtheid – duidelijke karakteristieken van de zonnewind – naar een koeler gebied met hogere plasmadichtheid – de interstellaire ruimte. Zo’n zelfde verschil in plasmadichtheid werd bovendien waargenomen toen Voyager 1 het diepe onbekende binnendrong. “We laten zien met Voyager 2 – en eerder met Voyager 1 – dat er een duidelijke grens is,” legt Gurnett uit. “Het is verbazingwekkend hoe vloeistoffen, inclusief plasma, grenzen vormen.”


Symmetrie
De intrede van Voyager 2 in de interstellaire ruimte vond plaats op 119,7 AE (Astronomische Eenheid, de afstand aarde-zon) ofwel meer dan 18 miljard kilometer van de zon. Voyager 1 verliet de heliosfeer op ongeveer 122,6 AE. Hoewel beide ruimtevaartuigen binnen enkele weken na elkaar werden gelanceerd met verschillende missiedoelen en trajecten in de ruimte, staken ze toch op ongeveer dezelfde afstand van de zon de grens naar de interstellaire ruimte over. En dat is interessant. Want het geeft waardevolle aanwijzingen over de structuur van de heliosfeer. “Het impliceert dat de heliosfeer symmetrisch is,” concludeert onderzoeker Bill Kurth. “Ten minste op de twee punten waar de Voyagers de grens overstaken. Het betekent dat deze twee punten bijna op dezelfde afstand liggen.” Waarschijnlijk heeft de heliosfeer dus een soort bolvormige voorkant. “Net als een stompe kogel,” aldus Gurnett.

Meer 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. Zeker nu met zekerheid gesteld kan worden dat beide vaartuigen de interstellaire ruimte zijn binnengedrongen. Geen enkel ruimtevaartuig heeft het tot nu toe zo ver geschopt. En ze zullen nog wel even doorgaan. 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.

Dikte
Gegevens van het plasma-instrument aan boord van Voyager 2 geven bovendien aanvullend bewijs over de dikte van de heliosheath; het buitenste deel van de heliopauze die zich aan de rand van de heliosfeer bevindt (zie afbeelding). Volgens de onderzoekers beschikt de heliosheath over verschillende diktes. Dat concluderen ze nadat ze opmerkten dat Voyager 1 zo’n 10 AE verder moest reizen dan Voyager 2 om de heliopauze te bereiken. Sommigen hadden juist gedacht dat laatstgenoemde die oversteek eerst zou maken, gebaseerd op bestaande modellen van de heliosfeer. Maar dat blijkt dus toch anders te zijn. “We hebben nu een globaal model van de heliosfeer samengesteld die overeenkomt met de waarnemingen,” aldus Kurth.

De laatste metingen verkregen van Voyager 1 was toen het vaartuig zich op 146 AE, ofwel bijna 22 miljard kilometer van de zon, bevond. Het plasma-instrument registreert dat de plasmadichtheid nog steeds stijgt. Al is het vaartuig ondertussen zo ver weg dat het meer dan 19 uur duurt voordat informatie van de sonde de aarde heeft bereikt. Beide sondes hebben de planeten van ons zonnestelsel inmiddels ver achter zich gelaten en geen van beide sondes zal de komende 40.000 jaar nog in de buurt van een ster komen. “De twee Voyagers zullen de aarde overleven,” zegt Kurth. “De kans dat ze ergens tegenaan botsen is bijna nul.” De ruimtevaartuigen zullen zich dus door een relatief lege ruimte voort haasten. Zij zullen koers houden en nog lang nadat de mensheid ze al vergeten is met een snelheid van meer dan 48.000 kilometer per uur door de Melkweg vliegen.