Az ember belépett a csillagok közé

A legújabb mérések szerint a Voyager-1 űrszonda most már tényleg elhagyta a Naprendszert, és végleg kilépett a sötét és hideg csillagközi térbe. A szonda akkor lépte át a bűvös határt, amikor 121-szer messzebb volt a Naptól, mint a Föld.

A Voyager-űrszondák 1977-ben indultak az óriásbolygók kutatására. A Voyager-1 és a Voyager-2 is elrepült a Jupiter és a Szaturnusz mellett, majd a Voyager-2 az Uránuszt és a Neptunuszt is megközelítette (leglátványosabb felvételeikből készült összeállításunk itt látható). A bolygók gravitációs lendítő hatására (hintamanőver) olyan nagy sebességre tettek szert, hogy azóta kifelé repülnek a Naprendszerből, két különböző irányban. Időről időre felröppennek a hírek, hogy „elérték a Naprendszer határát”, legalábbis a tudósok erre következtetnek az űreszközök mérési eredményeiből.

Az, hogy egyáltalán vannak mérési eredmények, annak köszönhető, hogy a szondákat nem napelemek, hanem radioaktív izotóppal működő generátorok látják el elektromos energiával. A radioaktív bomlás hőjét alakítják a műszerek működtetéséhez szükséges elektromossággá. Igaz, hogy az áramforrás által leadott elektromos teljesítmény folyamatosan csökken, azonban a kutatók remélik, hogy ésszerű takarékoskodással akár az évtized végéig is elegendő teljesítményt szolgáltathatnak. (A szondák mindenkori, a Naptól, illetve a Földtől mért távolsága innen tudható meg.)

A Voyager-1 Forrás: NASA

Két vakond és a Föld alakja

A tudósok a Naprendszer belső és külső térségeiben számos űreszközzel végeztek már méréseket. Ennek alapján megpróbálták modellezni, milyen lehet a Nap kozmikus környezete. A bolygóközi teret - és azon túl is egy hatalmas térrészt - a Napból kiáramló plazma tölti ki. Ez az áramlás a napszél, amely nagy energiájú, elektromosan töltött részecskékből áll. A plazma által kitöltött térrészt nevezzük helioszférának, vagyis a Nap szférájának. Nevével ellentétben (szféra = gömb) nem gömb alakú, hanem a Naprendszer Tejútrendszeren belüli térbeli mozgása miatt kissé elnyúlt, inkább csepp formára emlékeztető.

A helioszférán kívül már a csillagközi térről beszélünk, a kettő között pedig valamilyen határréteg helyezkedik el. Ennek tulajdonságait a plazmafizikusok elméleti úton tudják meghatározni, a nagy kérdés azonban az, hogy az így kapott modellek legalább köszönőviszonyban vannak-e a valósággal. Ebben az összevetésben kincset érnek a Voyagerek mérési adatai, hiszen emberkéz alkotta szerkezet még soha nem hatolt be ennyire a tér mélységébe. A Voyager mérései segíthetnek eldönteni, hogy tényleg olyan alakú és tulajdonságú-e a helioszféra és az azt körülvevő határréteg, mint amilyennek a plazmafizikusok elképzelik. A feladat nehézsége ahhoz hasonlítható, mintha egy vakond a Föld két távoli pontján kidugná a fejét a föld alól, és a látottakból próbálna következtetni a Föld egészének tulajdonságaira.

A méretviszonyok a csillagászatban szokásos módon a csillagászati egység (CSE, a Nap és a Föld közepes távolsága, azaz körülbelül 150 millió kilométer) használatával érzékeltethetők. A Neptunusz 30 CSE távolságban kering a Nap körül. A Voyager szondák most 102, illetve 125 CSE távolságban járnak, tehát valahol itt lehet a helioszféra határa, legalábbis abban az irányban, amerre a szondák repülnek. Más irányokban vélhetően jóval messzebb lehet a helioszféra határát jelentő határréteg, az úgynevezett heliopauza.

Bonyolult határfelület

A Naprendszer belső térségében és azon még jóval túl is a napszél áramlása szuperszonikus, azaz sebessége meghaladja a helyi hangsebességet. A Naptól mintegy 90–100 CSE távolságban elhelyezkedő lökéshullámfrontnál az addig szuperszonikus áramlás szubszonikussá lassul. Ezt a határréteget már évekkel ezelőtt átlépte a Voyager (az alábbi ábrán termination shock felirattal). Valamivel távolabb a heliopauza jelenti a helioszféra „igazi” határát, ennek külső szélére ért most az űrszonda. Ezen kívül már nem a Naprendszerre, hanem a csillagközi térre jellemző plazmasűrűség és plazmaáramlás található, ezt mérték most a műszerek.

A Voyager–1 űrszonda 35 évi utazással elérte a csillagközi tér határát, ami minden várakozást felülmúló teljesítmény. Az űrszonda most érte el a heliopauza külső részét, ezen túl már a csillagközi térben feltételezett áramlások uralkodnak (az ábrán balra) Forrás: NASA

Egyes kutatók szerint a Voyager–1 2012. augusztus 25-én érte el ezt a határréteget. Az Astrophysical Journal Letters című tudományos folyóiratban nemrég megjelent cikk a találkozás időpontját korábbra, július 28-ra teszi. Don Gurnett, az Iowai Egyetem csillagásza és kutatótársai a Science szeptember 12-i számában közöltek további, április 9. és május 22. közötti, az elektronplazma 2,6 kHz körüli frekvenciájú oszcillációira vonatkozó mérési eredményeket. Eszerint abban az időszakban a Voyager–1 által mért elektronsűrűség 0,08 elektron/köbcentiméter volt. Márpedig az elméleti modellek szerint a csillagközi térben ennek az értéknek 0,05 és 0,22 között kell lennie. Ed Stone (Pasadenai Kaliforniai Műszaki Egyetem), a Voyager program vezető kutatója elmondta, hogy a mérések elemzéséhez és értelmezéséhez időre volt szükségük, de most már teljes bizonyossággal kijelentheti, hogy a Voyager–1 valóban belépett a csillagközi térbe.

Gurnett és munkatársai korábbi adatokat is megvizsgáltak. Eszerint a hasonló plazmaoszcillációk mérésével tavaly október–novemberben a szonda környezetében 0,06 elektron/köbcentiméter sűrűséget mértek. Tekintettel arra, hogy a szonda évente 3,5 csillagászati egységgel távolodik a Naptól, ez azt jelenti, hogy az elektronsűrűség csillagászati egységenként 19%-kal nő, amit a kutatók annak biztos jeleként értelmeznek, hogy a szonda elhagyta a heliopauzát és már a csillagközi térben halad.

Az eredmény összhangban van azoknak a korábbi méréseknek az eredményével, amelyek során a napkitörések lökéshullámának a heliopauzával való találkozására utaló rádiófrekvenciás jelekből utóbbi távolságát 116–117 CSE-nek számították. Az elektronsűrűség növekedéséből visszaszámolva a kutatók úgy gondolják, hogy a „határátlépés” 2012 augusztusában történhetett, összhangban a töltött részecskék sűrűségének augusztus 25-én mért csökkenésével. Akkor a Voyager–1 űrszonda 121 CSE távolságban járt a Naptól.

A valóság persze a leírtaknál sokkal bonyolultabb. Mi sem jelzi ezt jobban annál, hogy a Voyager mérési adataiban a 2012. július 28. és augusztus 25. között eltelt alig egy hónap alatt ötször is találtak a határréteg átlépésére utaló jeleket. Mindamellett a kutatók szilárd meggyőződése, hogy a Voyager–1 most már egészen bizonyosan a csillagközi térben jár, körülbelül 19 milliárd kilométerre a Naptól.