Om lag 18 milliarder kilometer fra jorden ligger grensen mellom solsystemet og det såkalte interstellare rom – rommet mellom stjernene.

Her ute ligger en kant av materiale som kraftige vinder fra solen har blåst ut, og på den andre side har ikke strålene fra sola lenger noen innflytelse.

Romsonden Voyager 2 passerte grensen i november i fjor, og forskerne har nå avkodet betydningen av målingene.

Voyager 2 er bare den andre menneskeskapte farkosten noensinne som krysser grensen. Voyager 1 gjorde det i 2012, men noen av instrumentene fungerte ikke helt som de skulle.

– Det er stort at Voyager 2 nå har passert, fordi instrumentene virker fortsatt. Nå vet vi mye mer om overgangen, og det hjelper oss med å finne ut hvordan det ser ut i Melkeveien og i det store rommet mellom stjernene, sier Anja C. Andersen, som er professor i astrofysikk og planetforskning ved Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Målingene til Voyager 2 har nettopp blitt publisert i fem nye studier i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Astronomy.

Solen sender materiale til sidene som en snøplog

Da Voyager 1 fløy ut i det interstellare rommet i 2012, oppdaget man det først flere måneder senere. Det skyldtes blant annet at det såkalte plasmainstrumentet, som måler nærværet av plasma, altså ionisert gass, ikke fungerte.

Men Voyager 2 har et intakt plasmainstrument, og en av de tingene den kunne måle da den nådde utkanten av solsystemet 5. november 2018, var en fortsatt stigende tetthet av varm og tett plasma.

– Når solen skinner, blåser den materiale til alle sider. Det kaller man solvinden. Selv om den gassen den skyver, er veldig tynn, blir den samlet i en kant i utkanten av solsystemet – litt som en snøplog som samler snø, sier Andersen.

Grensen mellom to vinder

Solen kan ikke blåse uendelig langt, og derfor er grensen for hvor solen kan nå, også kalt heliopausen, full av tett plasma. Instrumentene til Voyager 2 måler at plasmatettheten stiger fra faktor 20 til faktor 50 i denne plasmatette delen av heliopausen som er 1,5 astronomiske enheter tykk.

En astronomisk enhet er lik med avstanden fra jorden til solen, så det er altså ikke et lite belte av plasma som ligger her ute.

– Plasmaen er dannet av alt det stoffet som ferdes fritt i solsystemet vårt. Det meste er hydrogen og helium, men det er også karbon, oksygen, jern og silisium, sier Anja C. Andersen.

– På den andre siden av plasmaet ligger det interstellare rommet. Her ute er det ikke solvinden som påvirker materialet, men i stedet den interstellare vinden som blant annet stammer fra fjerne supernovaer som eksploderte for millioner av år siden, forklarer Edward C. Stone, som er professor i fysikk ved California Institute of Technology og en del av teamet som er ansvarlig for Voyager-prosjektet, i en pressemelding på hjemmesiden til tidsskriftet Nature.

Heliopausen er kanskje flytende

Voyager 1 kunne ikke måle mengden plasma i overgangen fra solsystemet og rommet mellom stjernene. Men det er også andre parametere som kan avsløre at romsonden befinner seg i dette grenseområdet.

På den andre siden stiger mengden av kosmisk stråling, og elektrontettheten kan også si noe om plasmatettheten.

Men sammenligner man målingene mellom Voyager 1 og 2, tyder de nye målingene på at overgangen er mer flytende enn forskerne tidligere trodde. Det kan skyldes at solens aktivitet varierer, skriver forskerne.

Det er en forklaring Anja C. Andersen er enig i:

– Den gangen Voyager 1 forlot solsystemet, falt det sammen med et solutbrudd. Når solen er mer aktiv, sender den ut mye mer solvind, og den blåser et større hull mellom solen og grenseområdet, forklarer Andersen.

Er vi fanget i en boble, eller har solsystemet en hale?

De nye målingene gir også nytt liv til diskusjonen om hvilken form utkanten på solsystemet har.

Det eksisterer nemlig to teorier om heliosfæren:

1. Heliosfæren er formet som en boble
2. Heliosfæren har en hale, som en komet.

– Vi går i bane rundt en sol som også suser gjennom universet, og derfor kunne man forestille seg at den trekker en hale etter seg. Men hvis gassen som befinner seg rundt, blir trukket med i like stor hastighet, vil formen på solsystemet være som en boble, sier Andersen.

Teorier er vanskelige å undersøke her fra jorden, fordi vi bare kan følge bevegelsene våre i relasjon til andre objekter som også beveger seg, forklarer hun.

Teknologien har innhentet romsondene

Direkte observasjoner fra Voyager 1 og 2 i det interstellare rommet utenfor solsystemet kan være med på å oppklare hvilken teori om heliosfærens utforming som er mest riktig. Derfor arbeider forskerne også for å få romsondene til å sende data til jorden i så lenge som mulig.

– Når man tenker over det, er det allerede utrolig imponerende at de fortsatt er i arbeid. De ble sendt opp i 1977, og de kan fortsatt sende signaler til jorda fra det interstellare rommet. Det er mye lengre enn de egentlig var designet til, sier Andersen.

Faktisk kunne verken Voyager 1 eller 2 sende data over så store avstander i 1977. Vi kunne i hvert fall ikke ha fanget dem opp. Men det kan vi nå, for teknologien her på jorden har blitt bedre, og vi har teleskoper som kan måle signaler mye lenger unna.

Voyager 1 og 2 skal fortsette å se ut i universet

At vi fortsatt har kontakt med Voyager 1 og 2, en stor bonus, ifølge Andersen. Det gir oss nemlig muligheter for å mye bedre observasjoner av universet utenfor Melkeveien.

– Selv om teknologien har blitt mye bedre, og vi kan se langt med teleskopene våre, kan vi ikke se utenfor Melkeveien uten forstyrrelser fra en stor sky av gass. Målinger fra det interstellare rommet kan fortelle oss mer om de forstyrrelsene, sier hun.

Målinger fra Voyager 1 og 2 er derimot uavhengige observasjoner, som kan være med på å avkrefte eller bekrefte de iakttakelsene vi gjør.

– Vi forskere vil jo ha alt bekreftet fra alle bauger og kanter. Romsondene gir oss et ekstra blikk på universet, og det håper vi de fortsetter med i enda noen år, avslutter hun.

Referanser:

E.C. Stone mfl: «Cosmic Ray measurements from Voyager 2 as it crossed into interstellar space», Nature Astronomy, 2019. DOI: 10.1038/s41550-019-0928-3 Sammendrag

L.F. Burlaga mfl: «Magnetic field and particle measurements made by Voyager 2 at and near the heliopause», Nature Astronomy 2019. DOI: 10.1038/s41550-019-0920-y Sammendrag

J.D. Richardson mfl: «Voyager 2 plasma observations of the heliopause and interstellar medium», Nature Astronomy 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0929-2 Sammendrag

D.A. Gurnett og W.S. Kurth: «Plasma densities near and beyond the heliopause from the Voyager 1 and 2 plasma wave instruments», Nature Astronomy, 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0918-5 Sammendrag

S.M. Krimigis mfl: «Energetic charged particle measurements from Voyager 2 at the heliopause and beyond», Nature Astronomy, 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0927-4 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.