De druk aan de rand van het zonnestelsel is hoger dan gedacht. Dat blijkt uit metingen van de twee good old Voyager-ruimtesondes.
Het zonnestelsel bevindt zich in een soort bubbel, de heliosfeer. In dit gebied is de zonnewind sterker dan de invloed van deeltjes en sterrenwind uit de interstellaire ruimte.
De ruimtesondes Voyager 1 en 2 zijn in 1977 gelanceerd. Voyager 1 bevindt zich al zeven jaar buiten de heliosfeer. Momenteel is die ruim 22 miljard kilometer bij de aarde vandaan. Geen enkel ander aards object is zo ver weg.
Voyager 2 verliet de heliosfeer eind 2018. Deze sonde bevindt zich nu op een afstand van ruim 18 miljard kilometer van de aarde.
Uitbarstingen van de zon
Deze verre ruimtesondes konden de druk aan de rand van het zonnestelsel meten dankzij uitbarstingen van de zon. Regelmatig laait het oppervlak van de zon op, waardoor deeltjes de ruimte in geslingerd worden. Meerdere van die uitbarstingen kunnen samensmelten tot een golffront van deeltjes, dat als een tsunami door de zonnewind naar buiten wordt geduwd.
Voyager 1 en 2 maten beide in 2012 een dergelijk golffront dat botste op de buitenste rand van de heliosfeer, de heliopauze. Voyager 2 was toen nog net binnen de heliosfeer-bubbel, Voyager 1 net erbuiten in de interstellaire ruimte. Door deze gunstige posities van de ruimtesondes en de goede timing van de zonsuitbarstingen konden astronomen eigenschappen van de golf en de omgeving berekenen.
Het voorbijtrekken van de schokgolf zorgde ervoor dat er tijdelijk minder kosmische straling aanwezig was. Die kosmische straling, afkomstig van sterren en uit de interstellaire ruimte, was namelijk door de golf ‘weggeduwd’.
Instrumenten aan boord van Voyager 2 maten dit stralingsdipje en gaven het door aan NASA-onderzoekers op aarde. Vier maanden later ontvingen de onderzoekers van Voyager 1 metingen van een vergelijkbaar dipje.
Druk in de heliosfeer
Omdat de afstand tussen de ruimtesondes bekend is, konden de onderzoekers uit deze metingen de snelheid van de golf bepalen. Die snelheid hangt mede af van de druk die in de omgeving heerst. Zo berekenden de onderzoekers de druk aan de rand van het zonnestelsel.
Op aarde heerst luchtdruk, veroorzaakt door de moleculen in de lucht. In de buitenwijken van het zonnestelsel ontstaat druk door de krachten die het daar aanwezige plasma, de magneetvelden en de kosmische deeltjes op elkaar uitoefenen.
De Voyagers maten aan de rand van de heliosfeer een druk van ongeveer 260 femtopascal (260 biljardste van een pascal). Eerdere metingen, van onder andere de NASA-satelliet IBEX, maten een druk van hooguit 200 femtopascal in het gebied. Ter vergelijking: op aarde is de luchtdruk op zeeniveau ongeveer 100.000 pascal.
‘Dat onze gemeten waarde voor de druk hoger is, betekent dat er een aantal onderdelen van druk zijn die momenteel niet worden meegenomen, maar wel kunnen bijdragen’, zegt Jamie Rankin, hoofdauteur van het onderzoek en astronoom aan de Princeton Universiteit in de VS.
Welke onderdelen dat zijn, is nog niet bekend. Mogelijk bewegen de schaarse kosmische deeltjes die daar aanwezig zijn sneller (en hebben ze daarom een hogere temperatuur) dan verwacht.
Door meer begrip te krijgen over de heliosfeer, kunnen we niet alleen meer te weten komen over het zonnestelsel, maar ook over de omgeving van andere sterren.
