Bildnachweis: NASA / JPL
Das Saturn-gebundene Raumschiff der NASA, Cassini, hat erstmals interstellare Aufnahmeionen jenseits der Jupiter-Umlaufbahn beobachtet. Diese Ionen wurden in der Nähe der Erde gesehen, aber niemals hinter der Umlaufbahn des Jupiter. Durch die Messung dieser Partikel erhalten Astronomen ein besseres Verständnis für das Gas und den Staub niedriger Dichte, die zwischen den Sternen vorhanden sind.
Mehr als ein Jahr bevor das Cassini-Raumschiff den Saturn erreicht, hat das Cassini-Plasma-Spektrometer (CAPS) die ersten In-situ-Beobachtungen interstellarer Aufnahmeionen außerhalb der Jupiter-Umlaufbahn durchgeführt. Dies ist die erste große Entdeckung unter Verwendung von Daten, die von CAPS gesammelt wurden und im Juli 2004 den Saturn erreichen sollen.
Aufnahmeionen sind neutrale Teilchen im Sonnensystem, die in der Nähe der Sonne ionisiert werden und sich dem Sonnenwind anschließen, dem Überschallstrom geladener Teilchen, der aus der Sonne herausfließt. Durch Beobachtung dieser Aufnahmeionen können Forscher das interstellare Medium, das Gas und den Staub niedriger Dichte, die den Raum zwischen den Sternen füllen, besser verstehen.
Astronomen haben bereits 1985 interstellare Aufnahmeionen aus einer Entfernung von 1 astronomischen Einheit (AU, Entfernung von der Erde zur Sonne) beobachtet, aber noch nie zuvor Aufnahmeionen jenseits von 5 AU - Jupiters Umlaufbahn - gesehen. Das CAPS-Team hat eine Software hochgeladen, mit der das Instrument Erkennungen der relativ seltenen Aufnahmeionen sammeln und übertragen kann, auf die es auf seiner Reise zum Saturn stößt.
Während des Beobachtungszeitraums von Oktober 2001 bis Februar 2003 in Abständen von 6,4 bis 8,2 AE sammelte das Instrument 2.627 Proben. Analysen ergaben, dass die Wasserstoffaufnahmeionen im Vergleich zu Heliumaufnahmeionen in der Region hinter der Sonne stark abgereichert sind. Das Team stellte fest, dass diese neu beobachtete Erschöpfung oder der „interstellare Wasserstoffschatten“ durch Strahlungsdruck und Ionisierung der Neutralen erzeugt wird. Die meisten Wasserstoffatome können nicht in die stromabwärts gelegene Schattenregion eindringen, da sie in der Nähe der Sonne vorbeiziehen müssen, wo sie mit hoher Wahrscheinlichkeit ionisiert und vom Sonnenwind weggefegt werden.
"Dies sind sehr schwer zu messende Partikel, weil es so wenige davon gibt", sagt Dr. David J. McComas, Senior Executive Director der SwRI Space Science and Engineering Division. "Frühere Modelle haben so etwas wie diesen interstellaren Wasserstoffschatten enthalten, aber dies sind die ersten direkten Messungen davon."
Der Wissenschaftler des Instituts, Dr. David T. Young, ist Hauptforscher des CAPS-Instruments, des bislang größten und komplexesten Weltraumplasmainstruments, mit dem Plasma (Elektronen und Ionen) im gesamten Sonnensystem nachgewiesen und analysiert werden kann. Die Gesamtaufgabe des Cassini-Raumfahrzeugs besteht darin, das Saturn-System bei infraroten, ultravioletten und sichtbaren Wellenlängen abzubilden und die Umgebung mit Staub, neutralen und geladenen Partikeln direkt zu untersuchen. Cassini trägt auch die von der Europäischen Weltraumorganisation gebaute Huygens-Sonde, um den Saturnmond Titan zu untersuchen.
"Dies ist sicherlich die erste von vielen neuen Entdeckungen, die das Cassini-Raumschiff und insbesondere das Cassini-Plasmaspektrometer gemacht haben", sagt McComas. "Auf dem Weg zum Saturn einen so wichtigen Beitrag zum Phänomen der Heliosphäre leisten zu können, war ein großer Genuss."
SwRI führt auch eine Machbarkeitsstudie für das vorgeschlagene IBEX-Programm (Interstellar Boundary Explorer) durch, einer von fünf Kandidaten, die um die Besetzung von zwei NASA-Missionsplätzen kämpfen. Bei Auswahl würde das Programm ein Paar energetischer neutraler Atomkameras starten, um die Wechselwirkung zwischen dem Sonnensystem und dem interstellaren Medium direkt abzubilden - der Region, durch die die interstellaren Neutralen fließen müssen, um in die Heliosphäre einzutreten.
Das Papier „Der interstellare Wasserstoffschatten: Beobachtungen interstellarer Aufnahmeionen jenseits des Jupiter“ wird am 9. Dezember auf dem Treffen der American Geophysical Union (AGU) in San Francisco vorgestellt und im Journal of Geophysical Research veröffentlicht.
Originalquelle: SWRI-Pressemitteilung
