De grens van ons zonnestelsel ligt stil

Astronomie Analyse van gegevens van Voyager 2 laat zien dat de heliosfeer niet zo sterk reageert op afnemende zonnewind als gedacht.

Voyager 2 verliet in 2018 ons zonnestelsel in ging de interstellaire ruimte binnen.
Voyager 2 verliet in 2018 ons zonnestelsel in ging de interstellaire ruimte binnen. Foto: EPA Photo/NASA

Op 5 november 2018 bereikte de ruimtesonde Voyager 2, ruim zes jaar na zustersonde Voyager 1, de interstellaire ruimte, buiten ons zonnestelsel. Beide hebben daarbij allerlei metingen gedaan, en vijf teams van wetenschappers hebben de resultaten daarvan nu met elkaar vergeleken. Hun bevindingen zijn maandag in Nature Astronomy gepubliceerd (1, 2, 3, 4, 5, 6). Anders dan verwacht lijkt de grens met de interstellaire ruimte in die zes jaar niet of nauwelijks te zijn opgeschoven.

De Voyagers werden in 1977 gelanceerd om de buitenste planeten van ons zonnestelsel te verkennen. Het grootste deel van hun reis speelde zich af binnen de zogeheten heliosfeer. Dat is een dikke schil rondom de zon die in stand wordt gehouden door de zonnewind – de stroom van elektrisch geladen deeltjes die onze ster voortdurend alle kanten op ‘blaast’.

De heliosfeer is eigenlijk een soort holte in de ruimte, die ophoudt waar de zonnedeeltjes op soortgenoten stuiten. Deze laatste zijn afkomstig van andere sterren en met name van zogeheten supernova-explosies. De buitenste begrenzing van deze holte, het buitenkantje van de schil, heet de ‘heliopauze’. Binnen de heliosfeer heersen – door de nabijheid van de zon – veel hogere temperaturen dan daarbuiten. Daar staat tegenover dat de deeltjesdichtheid in de interstellaire ruimte tientallen keren hoger is.

Opvallende overeenkomst

Voyager 1 passeerde de heliopauze in augustus 2012, maar omdat één van haar instrumenten (een detector van geladen deeltjes) defect was, was dat niet direct duidelijk. Pas acht maanden later kwam vast te staan dat zij zich inderdaad in de interstellaire ruimte bevond, en inmiddels is zij deze al ongeveer drie miljard kilometer binnengedrongen. Bij Voyager 2 werkt het betreffende meetinstrument nog wel. Daardoor kon veel sneller worden vastgesteld dat zij de heliopauze, die overigens niet scherp begrensd is, was gepasseerd.

Hoewel de Voyagers ons zonnestelsel in verschillende richtingen hebben verlaten, vertonen hun meetresultaten een opvallende overeenkomst. Voyager 2 passeerde de heliopauze op 17,85 miljard kilometer van de zon – 119 keer de afstand zon-aarde. Bij Voyager 1 lijkt dat op vrijwel dezelfde afstand te zijn gebeurd (ruim 18 miljard kilometer), al is die bepaling – vanwege de defecte detector – minder nauwkeurig.

Tijdens een telefonische persconferentie die afgelopen vrijdag werd gehouden, zei Tom Krimigis, hoofdauteur van een van de vijf onderzoeksartikelen, daar verbaasd over te zijn: „Op basis van modelberekeningen werd een groter verschil verwacht.” Deze verwachting was vooral gebaseerd op het feit dat de zon in 2018 duidelijk minder actief was dan in 2012. Hoewel de zonnewind daardoor minder ‘tegengas’ geeft, lijkt de heliopauze niet wezenlijk dichterbij te zijn gekomen.

Behalve onverwachte overeenkomsten zijn er ook onbegrijpelijke verschillen geconstateerd. „Tijdens de passage van Voyager 2 bleek de heliosfeer enigszins te ‘lekken’”, aldus Krimigis. „Er werden voorbij de heliopauze relatief veel zonnedeeltjes waargenomen. Maar dat was bij de passage van Voyager 1 precies andersom: toen werden juist binnen de heliopauze interstellaire deeltjes gedetecteerd. Echt begrijpen doen we dat niet.”

Langgerekt

Wat ook nog steeds niet duidelijk is, is welke vorm de heliosfeer nu precies heeft. Lang gingen wetenschappers ervan uit dat de ene kant van heliosfeer – de kant waar de Voyagers de heliosfeer verlaten hebben – een enigszins afgestompte bolvorm heeft. Het deel aan de andere kant van de zon zou langgerekt zijn, ongeveer zoals de staart van een komeet.

Recent onderzoek, gebaseerd op meetgegevens van de ruimtesondes Cassini en IBEX, heeft echter aanwijzingen opgeleverd dat de heliosfeer in zijn geheel min of meer bolvormig is. Ook de relatief sterke magnetische velden die de Voyagers nabij de heliopauze hebben gemeten, zijn daarmee in overeenstemming. Maar zij hebben alleen twee punten aan dezelfde kant van de heliosfeer verkend.

Om de vorm van de complete heliosfeer te kunnen bepalen, moeten metingen vanaf veel grotere afstand worden gedaan. Deze Voyagers komen daar niet meer aan toe: de nucleaire batterijen die hen van stroom voorzien, zullen binnen enkele jaren uitgeput zijn. Vandaar dat NASA nadenkt over een nieuwe onderzoeksmissie, waarbij een ruimtesonde met veel hogere snelheid de interstellaire ruimte in wordt gestuurd.