Wie konnte dieses Milliarden von Kilometern umfassende „Zwillingspaar“ an die „Tür“ des interstellaren Raums klopfen?

Autor: Huang Xianghong Duan Yuechu

Auf der langen Reise der Menschheit zur Erforschung des Universums gibt es ein Paar leuchtender „Zwillingssterne“ – die Voyager-Sonden der NASA. Sie sind wie furchtlose Pioniere, die Milliarden von Kilometern zurücklegen, uns einen Teil des geheimnisvollen Schleiers am Rand des Sonnensystems und des interstellaren Raums enthüllen und unser Verständnis der Grenzen des Universums völlig verändern.

Ein von Meghan Bartels verfasster und in der Ausgabe des Magazins Scientific American vom 13. Dezember 2024 veröffentlichter Artikel bietet einen detaillierten Einblick in die legendäre Geschichte der Voyager. Die Voyager-Sonde ist raffiniert konstruiert. Seine Hauptstruktur ist zylindrisch und er ist mit einer Vielzahl leistungsstarker Instrumente und Geräte ausgestattet. Sie sind mit hochpräzisen optischen Kameras ausgestattet, die klare Bilder von weit entfernten Himmelskörpern aufnehmen können, sodass wir auf der Erde die prächtigen Ringe und geheimnisvollen Satelliten der äußeren Planeten beobachten können. Die Sonde ist außerdem mit einem fortschrittlichen Spektrometer ausgestattet. Durch die Analyse des von Himmelskörpern ausgesandten Lichtspektrums können Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften dieser Himmelskörper verstehen und so auf ihre Entstehungs- und Entwicklungsprozesse schließen. Darüber hinaus verfügt Voyager über Partikeldetektoren zur Messung von Sonnenwindpartikeln und hochenergetischen Partikeln im interstellaren Raum. Diese Daten sind für die Untersuchung der Entstehung und Ausbreitung kosmischer Strahlung von entscheidender Bedeutung.

Seit ihrem Start im Jahr 1977 haben die Zwillingssonden die Aufgabe, die äußeren Planeten zu erkunden. Sie flogen nacheinander an Jupiter und Saturn vorbei, und Voyager 2 besuchte auch Uranus und Neptun und sendete der Menschheit wertvolle Bilder und Daten dieser weit entfernten Riesenplaneten zurück, sodass wir nun zum ersten Mal einen genauen Blick auf das wahre Gesicht dieser geheimnisvollen Welten werfen können.

Ihre Mission endet jedoch nicht mit dem Ende der Erforschung äußerer Planeten. Als die Planetenbeobachtungsmission abgeschlossen war, beschlossen die NASA-Wissenschaftler trotz der Alterung der Instrumente und Ausrüstung und der allmählichen Verringerung der Energie, Voyager weiter in Richtung der Grenze des Sonnensystems vordringen zu lassen. Während seiner langen Reise durchlief Voyager mehrere wichtige Etappen. Im Dezember 2004 erreichte Voyager 1 die Termination Shock Region, wo der Sonnenwind dramatisch nachlässt. Im August 2012 durchquerte es erfolgreich die Heliopause und betrat offiziell den interstellaren Raum. Voyager 2 folgte dicht dahinter, überquerte 2007 die Terminationsschockzone und durchquerte im November 2018 eine weitere Region der Heliopause.

Diese Nachweisergebnisse sind von außerordentlicher Bedeutung. Aus wissenschaftlicher Sicht ermöglichen sie uns zu verstehen, dass die Heliosphäre keine einfache, statische Grenze, sondern eine komplexe, dynamische Region ist. Die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und dem interstellaren Medium bietet hier einen erstaunlichen Anblick. Beispielsweise ändert sich in der Heliosheath-Region zwischen der Termination Shock und der Heliopause der Bewegungszustand der Sonnenmaterie dramatisch: Sie wird langsamer oder fließt sogar in die entgegengesetzte Richtung. Darüber hinaus ist der 11-jährige Zyklus der Sonnenaktivität wie der Puls des Universums, der die Größe und Form der Heliosphäre stark beeinflusst und dazu führt, dass sie sich periodisch ausdehnt und zusammenzieht. Dieses Phänomen spiegelt sich deutlich in den vom Detektor erfassten Daten wider.

Auch das Geheimnis des interstellaren Raums wurde durch Voyager ein wenig gelüftet. Die Umgebung dort unterscheidet sich völlig von der im Inneren des Sonnensystems und ist voller galaktischer kosmischer Strahlung und Staub vom Tod uralter Sterne. Diese Entdeckungen haben es uns ermöglicht, tiefer über die Entwicklung des Universums und die Verteilung der Materie nachzudenken. Es ist, als hätten wir eine Tür zur tiefen Geschichte des Universums geöffnet und könnten einen Blick auf diese fernen und alten Geschichten werfen.

Experten lobten die Leistungen von Voyager in höchsten Tönen. Merav Opher, Weltraumphysikerin an der Boston University, sagte bewegt: „Wir dachten immer, wir wüssten viel über die Heliosphäre, aber nach der Reise der Voyager stellten wir fest, dass das, was wir wussten, nur die Spitze des Eisbergs war. Ihre Komplexität und Dynamik übersteigen unsere Vorstellungskraft bei weitem. Das macht uns auch klar, dass es im Universum noch zu viele Geheimnisse gibt, die darauf warten, von uns erforscht zu werden.“ Auch Jamie Rankin von der Princeton University wies darauf hin: „Bevor Voyager die Heliosphäre durchbrach, wurden unsere Beobachtungen auf der Erde durch die verschiedenen Schichten der Sonne gestört und gefiltert. Die Daten, die sie nun zurücksenden, sind wie reine Informationen aus den Tiefen des Universums. Sie eröffnen uns eine neue Forschungsperspektive und ermöglichen uns ein klareres Verständnis der Beziehung zwischen Sonne und Universum.“

Doch die Erkundung der Voyager verlief nicht immer reibungslos und hinterließ viele ungelöste Rätsel. Beispielsweise kam es bei einer der Sonden zu dem seltsamen Phänomen, dass sie die Terminationsschockwelle mehrere Male durchquerte. Die Gründe dafür werden von Wissenschaftlern noch immer diskutiert. Darüber hinaus gibt es keine eindeutige Antwort auf die Frage, welche Gesamtform die Heliosphäre hat. Es könnte wie ein Komet mit einem langen Schweif aussehen, oder wie ein gebogenes Croissant, oder sogar eine Form haben, die wir uns nie vorgestellt haben.

Dennoch ist der Wert von Voyager unersetzlich. Sie sind wie Boten im Universum, die uns wertvolle Informationen von fernen Sternen bringen und bei unzähligen Menschen die Sehnsucht und den Wunsch wecken, das Universum zu erforschen. Auch wenn ihre Instrumente eines Tages ihren Dienst versagen werden, wird die von ihnen begonnene Entdeckungsreise für immer in die lange Geschichte der menschlichen Erforschung des Universums eingehen und Generationen von Wissenschaftlern dazu inspirieren, mutig voranzuschreiten, das endlose Meer der Sterne zu erforschen und danach zu streben, ein vollständiges und großartiges Bild des Universums zusammenzusetzen.

Quellen:

NASAs beliebte Voyager-Sonden finden Rätsel jenseits des Sonnensystems｜Scientific American