Wetenschap
Het in kaart brengen van de beste route voor een ruimtevaartuig dat buiten de invloedssfeer van de zon reist
De heliosfeer – gemaakt van zonnewind, zonnetransiënten en het interplanetaire magnetische veld – fungeert als het persoonlijke schild van ons zonnestelsel en beschermt de planeten tegen galactische kosmische straling. Deze extreem energetische deeltjes versnelden naar buiten door gebeurtenissen zoals supernova's en zouden een enorme hoeveelheid schade aanrichten als de heliosfeer ze niet grotendeels zou absorberen.
Momenteel kan de wetenschappelijke gemeenschap geen consensus bereiken over de grenzen of contouren van deze beschermde ruimte, en onderzoeken ze missieconcepten voor een interstellaire sonde die buiten de invloedssfeer van de zon reist om deze vragen te beantwoorden.
Een door de Universiteit van Michigan geleid onderzoek gepubliceerd in Frontiers in Astronomy and Space Sciences biedt aanbevelingen om wetenschappelijke metingen te maximaliseren om de grootte en vorm van ons huis in de heliosfeer van buitenaf beter te begrijpen.
"Zonder zo'n missie zijn we als goudvissen die de vissenkom van binnenuit proberen te begrijpen", zegt Sarah A. Spitzer, een postdoctoraal onderzoeker aan de U-M en eerste auteur van het onderzoek.
"We willen weten hoe de heliosfeer astronauten en het leven in het algemeen beschermt tegen schadelijke galactische straling, maar dat is moeilijk te doen als we nog steeds niet eens de vorm van ons schild kennen", zegt Marc Kornbleuth, wetenschappelijk onderzoeker aan de Boston University. en co-auteur van het onderzoek.
Volgens het onderzoek is de best mogelijke uitgangsroute via de zijkant van het uiteinde van de heliosfeer.
De interactie van de heliosfeer met het lokale interstellaire medium – een materiaal gemaakt van plasma, stof en neutrale deeltjes die de ruimte tussen astrosferen vullen – vormt de vorm van onze heliosfeer en beïnvloedt de samenstelling van de ruimteomgeving binnen het zonnestelsel, inclusief de buurt van de aarde. . Momenteel voorspellen modellen dat de heliosfeer vormen zou kunnen vormen, waaronder bolvormig, uitgerekt en halvemaanvormig.
Er kan geen definitieve bepaling van de vorm van de heliosfeer worden gemaakt zonder aanvullende metingen buiten de heliosfeer.
"Een toekomstige interstellaire sondemissie zal onze eerste kans zijn om onze heliosfeer, ons huis, echt van buitenaf te zien, en om zijn plaats in het lokale interstellaire medium beter te begrijpen", aldus Spitzer.
Tot nu toe zijn de ruimtevaartuigen Voyager 1 en 2 de enige missies die potentieel de heliosfeer hebben verlaten. Nu, 46 jaar na de lancering in 1977, heeft het ruimtevaartuig de beoogde levensduur van de missie ruimschoots overschreden en kan het niet langer de volledige plasmametingen uitvoeren die nodig zijn om ons begrip van de grenzen van de heliosfeer te verbeteren.
Een toekomstige interstellaire sondemissie heeft tot doel voorbij de heliosfeer te reizen om monsters te verzamelen van het lokale interstellaire medium. Een missieconceptrapport uit 2021 met de medewerking van meer dan 1.000 wetenschappers besprak de lading, het draagraket en de technische aspecten van verschillende trajecten. Dit rapport gaat er echter van uit dat een traject van de sonde op een afstand van bijna 45 graden van de neus van de heliostaart, oftewel de voorkant van de richtingsbeweging van de zon, optimaal is.
Om deze veronderstelling in twijfel te trekken, analyseerde het onderzoeksteam de wetenschappelijke waarde van zes mogelijke interstellaire sondetrajecten, variërend van neuswaarts tot achterwaarts. De onderzoekers concludeerden dat een traject dat de flank van de heliosfeer snijdt in de richting van de staartrichting het beste perspectief zou bieden op de vorm van de heliosfeer en de wetenschappelijke resultaten zou maximaliseren.
"Als je wilt weten hoe ver je huis zich aan de achterkant uitstrekt, is het waarschijnlijk niet de beste optie om door de voordeur naar buiten te lopen en een foto te maken vanaf de stoep aan de voorzijde. De beste manier is om via de zijdeur naar buiten te gaan, zodat je kunt zien hoe lang het is van voor naar achter", zei Kornbleuth.
Verder suggereren modellen dat interstellair plasma rechtstreeks via de staart in de heliosfeer kan worden geïnjecteerd, wat de mogelijkheid biedt om interstellair plasma te bemonsteren, zowel binnen als buiten onze heliosfeer. Om de interactie van de heliosfeer met het interstellaire medium beter te begrijpen, bevelen de onderzoekers ook aan om wetenschappelijke metingen te verzamelen tijdens toekomstige missies naar de uiterste randen van de heliosfeer.
"Deze analyse vergde veel doorzettingsvermogen. Het begon klein en groeide uit tot een geweldige hulpbron voor de gemeenschap", zegt Susan Lepri, hoogleraar klimaat- en ruimtewetenschappen en techniek aan de U-M en de laatste auteur van het onderzoek.
Tijdens zijn 46 jaar durende reis heeft het Voyager-ruimtevaartuig ongeveer 163 astronomische eenheden (24,2 miljard kilometer) van de aarde verwijderd. Vooruitblikkend zal een toekomstige interstellaire sonde worden ontworpen voor een 50-jarige missie die ongeveer 400 astronomische eenheden zal reizen en mogelijk zelfs ongeveer 1.000 astronomische eenheden zal duren, waardoor een ongekend beeld ontstaat van onze heliosfeer en het interstellaire medium daarbuiten.