Heliopause-Übergang - Die Grenze unseres solaren Zuhauses

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Universum, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Schlafreisereien wie Schlafreise durch vergessene Welten, heute nehme ich dich mit auf eine Reise an die äußerste Grenze unseres Sonnensystems, dorthin, wo der Einfluss unserer Sonne endet und der interstellare Raum beginnt.

0:29 Wir reisen zur Heliopause, jener unsichtbaren Grenze, die nur 2 von Menschen geschaffene Objekte jemals überschritten haben. Die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2. Stell dir vor, du befindest dich an Bord einer dieser legendären Sonden. Du hast die Erde vor über 4 Jahrzehnten verlassen, im Jahr 1977.

0:56 Du hast Jupiter passiert mit seinen wirbelnden Stürmen, Saturn mit seinen majestätischen Ringen, Uranus mit seiner seltsamen seitlichen Neigung und Neptun den eisigen blauen Riesen. All das liegt nun weit hinter dir, fast 40 Jahre Reisezeit in die Vergangenheit, du befindest dich jetzt in einer Entfernung von etwa 18 Milliarden Kilometern von der Sonne. Das ist mehr als 120 mal die Entfernung zwischen Erde und Sonne, eine Strecke, die das Licht über 16 Stunden benötigt. Wenn du jetzt eine Nachricht zur Erde senden würdest, würde sie erst über 16 Stunden später ankommen und die Antwort würde weitere 16 Stunden brauchen.

1:49 Ein einfacher Dialog würde mehr als einen Tag dauern. Hier draußen ist die Sonne nur noch ein heller Stern, kein gleißender Ball mehr, sondern ein Lichtpunkt unter vielen. Sie ist immer noch der hellste Stern am Himmel, etwa 140, mal heller als der Vollmond von der Erde aus gesehen, aber ihre wärmende Kraft ist längst verschwunden, die Temperatur hier draußen liegt bei etwa -270 Grad Celsius.

2:22 Nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt doch obwohl die Sonne so weit entfernt scheint, spürst du immer noch ihren Einfluss. Du befindest dich in der Heliosphäre jener riesigen Blase, die von der Sonne und ihrem Sonnenwind erschaffen wird. Der Sonnenwind ist ein ständiger stromgeladener Teilchen, hauptsächlich Protonen und Elektronen, die von der Sonnenkorona mit Geschwindigkeiten von 300 bis 800 Kilometern pro Sekunde ins All geschleudert werden.

2:55 Jede Sekunde verliert die Sonne etwa 1000000 Tonnen ihrer Masse durch diesen Wind. Der Sonnenwind ist kein sanfter Hauch, er ist ein Plasma, ein vierter Aggregatzustand der Materie, in dem die Atome in ihre Bestandteile zerlegt sind. Dieses Plasma trägt mit sich das Magnetfeld der Sonne, das sich wie eine Spirale durch das Sonnensystem windet, verformt durch die Rotation der Sonne. Wissenschaftler nennen dieses Phänomen die parkersche Spirale, benannt nach dem Astrophysiker Eugene Parker, der sie 1958 theoretisch vorhersagte, während du dich von der Sonne entfernst, verändert sich der Sonnenwind, seine Dichte nimmt ab, seine Geschwindigkeit variiert abhängig von der Aktivität der Sonne.

3:50 Die Sonne durchläuft einen etwa elfjährigen Zyklus von maximaler zu minimaler Aktivität und wieder zurück. Während des solaren Maximums gibt es mehr Sonnenflecken, mehr Sonneneruptionen, mehr Koronale Massenauswürfe der Sonnenwind wird turbulenter, intensiver, du näherst dich nun einer Region, die Wissenschaftler die Terminationsschock nennen.

4:17 Hier, in einer Entfernung von etwa 80 bis 100 astronomischen Einheiten von der Sonne, geschieht etwas Außergewöhnliches. Der Sonnenwind, der mit Überschallgeschwindigkeit von der Sonne strömt, trifft auf den Widerstand des interstellaren Mediums, jener dünnen Gasverteilung, die den Raum zwischen den Sternen erfüllt.

4:40 Der Sonnenwind wird abrupt abgebremst, von etwa 400 Kilometern pro Sekunde auf etwa 100 Kilometer pro Sekunde. Voyager 1 durchquerte den Terminationsschock im Dezember 2004 in einer Entfernung von 49 astronomischen Einheiten, Voyager 2 folgte im August 2007 bei 84 astronomischen Einheiten. Interessanterweise geschah dies an unterschiedlichen Distanzen, was zeigt, dass die Heliosphäre keine perfekte Kugel ist, sondern asymmetrisch verformt. Durch die Bewegung unseres Sonnensystems durch die Galaxis hinter dem Terminationsschock befindest du dich in der Heliohülle einer turbulenten Übergangsregion hier vermischen sich der abgebremste Sonnenwind und das eindringende interstellare Medium.

5:38 Die Bedingungen sind chaotisch, Magnetfelder winden sich und verhaken sich, Teilchen werden beschleunigt und abgelenkt. Es ist, als würdest du durch die Brandung eines Kosmischen Ozeans reisen. In dieser Region machten die Voyager Sonden eine überraschende Entdeckung, sie Maßen einen Anstieg von hochenergetischen Teilchen kosmischer Strahlung, die von außerhalb des Sonnensystems kommt. Diese Teilchen, hauptsächlich Protonen, aber auch schwerere Atomkerne, rasen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch die Galaxis.

6:15 Manche davon entstehen bei Supernova Explosionen, andere werden in den Magnetfeldern ferner Pulsare beschleunigt, sie tragen Informationen über die fernsten Winkel unserer Galaxie. Die kosmische Strahlung ist in der Heliosphäre teilweise abgeschirmt durch den Sonnenwind und das Magnetfeld der Sonne.

6:37 Aber je näher du der Heliopause kommst, desto stärker wird die kosmische Strahlung. Es ist, als würdest du aus einem geschützten Hafen hinaus auf das offene Meer fahren, du reist weiter, Monat um Monat, Jahr um Jahr. Die Instrumente der Voyager sonde registrieren jeden Tag unzählige Messungen. Die Dichte des Plasmas, die Stärke des Magnetfeldes, die Energie der Teilchen, die Temperatur. All diese Daten werden zur Erde gefunkt mit einer Sendeleistung von nur noch etwa 20 Watt, weniger als eine Glühbirne. Doch dank der riesigen Antennen des Deep Space Networks auf der Erde können diese schwachen Signale noch empfangen werden. Dann am 25 August 2012, bemerken die Wissenschaftler eine dramatische Veränderung in den

7:32 Daten von Voyager 1. Die Intensität der Teilchen von der Sonne sinkt plötzlich, während die kosmische Strahlung sprunghaft ansteigt. Gleichzeitig verändert sich die Richtung des Magnetfeldes. Nach monatelanger Analyse und Diskussion verkündet die NASA im September 2013 Voyager 1 hat die Heliopause überquert, sie ist das erste von Menschen geschaffene Objekt im interstellaren Raum, Voyager 2 folgte am 5. November 2018.

8:09 Sie durchquerte die Heliopause bei etwa 119 astronomischen Einheiten weiter von der Sonne entfernt als Voyager 1, die die Grenze bei etwa 121 Einheiten passierte. Auch dies zeigt wieder die Asymmetrie der Heliosphäre, was genau geschieht an der Heliopause stell dir vor, die Heliosphäre ist wie eine Blase, die von der Sonne aufgeblasen wird. Der Sonnenwind drückt von innen gegen diese Blase, während das interstellare Medium von außen dagegen drückt. Dort, wo diese beiden Kräfte im Gleichgewicht sind, bildet sich die Heliopause eine Grenzschicht, vermutlich nur einige 100 bis 1000 Kilometer dick, was im kosmischen Maßstab unglaublich dünn ist.

9:02 An dieser Grenze ändert sich fundamental, wessen Einfluss dominiert. Innerhalb der Heliopause ist das Plasma hauptsächlich solaren Ursprungs. Das Magnetfeld ist das der Sonne, außerhalb dominiert das interstellare Medium das Magnetfeld, ist das der Galaxis. Die Zusammensetzung der Teilchen ist anders, es gibt mehr kosmische Strahlung, weniger solare Teilchen, doch der Übergang ist nicht e. Scherf.

9:35 Voyager 1 registrierte in den Tagen vor und nach dem Übergang mehrere Male ein Hin und her, als würde die Sonde in eine Grenzregion ein und wieder austauchen. Das liegt daran, dass die Heliopause nicht statisch ist. Sie bewegt sich, pulsiert, reagiert auf Veränderungen im Sonnenwind und im interstellaren Medium, sie ist eine lebende Grenze, dynamisch und veränderlich.

10:04 Im interstellaren Raum angekommen, befindest du dich nun in einer neuen Welt. Die Dichte des Gases ist immer noch extrem niedrig, etwa 0,1 Teilchen pro Kubikzentimeter, verglichen mit 0,005 Teilchen in der äußeren Heliosphäre, aber diese Teilchen sind anders, sie sind älter geformt von Prozessen, die sich über Millionen von Jahren in unserer Galaxie abspielten. Das interstellare Medium besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, dem einfachsten und häufigsten Element im Universum, etwa 90% aller Atome im Universum sind Wasserstoffatome, dazu kommen etwa 9% Helium und winzige Spuren von schwereren Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff. Diese schwereren Elemente wurden in den Kernöfen von Sternen erzeugt, die vor Milliarden

11:03 Jahren gelebt haben und in Supernovae explodierten. Du bist jetzt Teil dieses interstellaren Ozeans, aber du bist nicht allein überall um dich herum unsichtbar für das bloße Auge treiben Staubkörner. Sie sind winzig, nur Bruchteile eines Mikrometers, groß, zusammengesetzt aus Silikaten und organischen Molekülen. Dieser interstellare Staub blockiert teilweise das Licht ferner Sterne und lässt sie röter erscheinen, ein Phänomen, das Astronomen interstellare Rötung nennen, die Temperatur hier draußen ist nicht mehr durch die Sonne bestimmt, sondern durch die kosmische Hintergrundstrahlung. Jenes schwache Nachglühen des Urknalls, das das gesamte Universum erfüllt.

11:52 Diese Strahlung hat eine Temperatur von etwa -270,45 Grad Celsius, nur 2,7 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt, das ist die Grundtemperatur des Universums, die Kälte des leeren Raums doch auch im interstellaren Raum gibt es Strukturen. Das Medium ist nicht homogen, es gibt dichtere Wolken und dünnere Blasen, unsere Sonne bewegt sich gerade durch eine Region, die Astronomen die Lokale interstellare Wolke nennen.

12:29 Diese Wolke ist etwa 30 Lichtjahre groß und hat eine leicht erhöhte Dichte von etwa 0,3 Teilchen pro Kubikzentimeter. Sie ist Teil einer größeren Struktur der lokalen Blase, einer Region mit niedriger Dichte, die sich über mehrere 100 Lichtjahre erstreckt. Die lokale Blase entstand vermutlich vor etwa 10 bis 20000000 Jahren durch eine Serie von Supernova Explosionen.

12:58 Diese gewaltigen Sternexplosionen fegten das Gas aus der Region und schufen eine Blase mit niedrigerer Dichte. Unsere Sonne wandert durch diese Blase mit einer Geschwindigkeit von etwa 26 Kilometern pro Sekunde relativ zum lokalen interstellaren Medium. Diese Bewegung formt die Heliosphäre wie ein Boot, das durch Wasser fährt, schiebt die Sonne eine Bugwelle vor sich her, Wissenschaftler nennen diese Region die Bugstoßwelle. Lange wurde angenommen, dass es diese Welle gibt, aber Messungen der Voyager Sonden deuteten darauf hin, dass sie möglicherweise weniger ausgeprägt ist als gedacht oder dass wir sie noch nicht vollständig verstehen. Von hier draußen, jenseits der Heliopause, erscheint das Sonnensystem klein und

13:53 verletzlich, die 8 Planeten, die Monde, die Asteroiden, die Kometen, all das. Was uns so vertraut ist, ist eingeschlossen in dieser winzigen Blase inmitten der Unermesslichkeit des interstellaren Raums. Die Heliosphäre schützt uns vor dem Großteil der kosmischen Strahlung, die ansonsten das Leben auf der Erde gefährden würde. Kosmische Strahlung ist energiereich genug, um DNA Moleküle zu beschädigen, Mutationen zu verursachen. Auf der Erde sind wir zusätzlich geschützt durch unser Magnetfeld und unsere Atmosphäre, aber ohne die Heliosphäre wäre die Dosis kosmischer Strahlung, die unseren Planeten erreicht, deutlich höher.

14:40 Es ist, als würde die Sonne einen unsichtbaren Schutzschild um uns aufrechthalten, ein Geschenk, das wir meist gar nicht bemerken. Voyager 1 und Voyager 2 werden noch Jahrzehnte weiterfliegen. Ihre Plutoniumbatterien, die Radioisotopen Thermoelektrischen Generatoren, liefern noch Strom, aber die Energie wird Jahr für Jahr weniger.

15:06 Die NASA schaltet nach und nach Instrumente ab, um Energie zu sparen. Voraussichtlich um das Jahr 2025 werden die Sonden nicht mehr genug Energie haben, um irgendein Instrument zu betreiben. Dann werden sie stumm weiterfliegen für Millionen von Jahren. Stille Botschafter der Menschheit jede Voyager sonde trägt eine Goldene Schallplatte mit sich, die Golden Record. Auf dieser Platte sind Klänge und Bilder der Erde gespeichert. Grüße in 55 sprachen, Musik von Beethoven bis Chuck Berry, Geräusche von Wellen, Wind, Vögeln und dem Schlag eines menschlichen Herzens.

15:50 Es ist eine Flaschenpost an die Sterne, eine Botschaft an mögliche außerirdische Zivilisationen, die vielleicht in ferner Zukunft eine der Sonden finden werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, ist verschwindend gering. Der Raum ist unvorstellbar groß und leer. Voyager 1 fliegt in Richtung des Sternbildes Schlangenträger in etwa 40000 Jahren wird sie in die Nähe des Sterns Gliese 445 kommen, einem roten Zwergstern, etwa 17,6 Lichtjahre von uns entfernt.

16:26 Aber selbst in die Nähe bedeutet hier eine Distanz von etwa einem Komma 6 Lichtjahren. Fast 10000 mal weiter als die Entfernung von der Sonne zur Heliopause. Voyager 2 fliegt in eine andere Richtung hinzu, den Sternen Ross, 248 und Sirius. In etwa 210000 Jahren wird sie in etwa 4,3 Lichtjahren Entfernung an Sirius vorbeifliegen, dem hellsten Stern unseres Nachthimmels.

17:00 Aber auch das ist nur ein Vorbeiflug in kosmischen Dimensionen. Die Reise der Voyager Sonden lehrt uns Demut, sie zeigt uns, wie klein wir sind, wie jung unsere Zivilisation, wie winzig unser Heimatplanet. Wenn du von jenseits der Heliopause zur Erde zurückblicken könntest, würdest du sie nicht sehen.

17:23 Sie wäre unsichtbar, verloren im Glanz der Sonne Carl Sagan, der große Astronom und Wissenschaftskommunikator, beschrieb die Erde einmal als einen blassen blauen Punkt, A Pale Blue Dot, aufgenommen von Voyager 1 aus einer Entfernung von 6 Milliarden Kilometern. Ist ein winziger Lichtpunkt auf einem Sonnenstrahl. Sagan schrieb dazu, betrachte wieder diesen Punkt, das ist hier, das ist zu Hause, das sind wir. Jeder, den du liebst, jeder, den du kennst, jeder von dem du je gehört hast, jeder Mensch, der jemals gelebt hat, lebte sein Leben auf diesem Staubkörnchen schwebend in einem Sonnenstrahl. Diese Perspektive verändert alles, unsere Konflikte. Unsere Meinungsverschiedenheiten, unsere nationalen Grenzen, all

18:19 das erscheint plötzlich unbedeutend angesichts der Weite des Alls. Wir alle teilen diesen winzigen Planeten, diese dünne Schicht aus Luft und Wasser auf einem Felsbrocken, der durch das all kreist. Es ist der einzige Ort im bekannten Universum, der Leben beherbergt. Der Blick von außen, von jenseits der Heliopause sollte uns daran erinnern, wie wertvoll unsere Erde ist. Sie ist kein unerschöpfliches Reservoir, kein Ort, den wir beliebig ausbeuten können.

18:54 Sie ist unsere Heimat, unser einziges Zuhause, zumindest für absehbare Zukunft. Die nächsten bewohnbaren Planeten, falls es sie gibt, sind Lichtjahre entfernt, unerreichbar. Mit unserer heutigen Technologie. Die Heliopause markiert nicht nur eine physikalische Grenze, sondern auch eine symbolische, sie ist die Grenze zwischen dem Bekannten und dem Unbekannten, zwischen unserem kleinen kosmischen Zuhause und der unendlichen Weite des Universums.

19:28 Sie erinnert uns daran, dass wir Entdecker sind, neugierig und mutig genug, Sonden in die Tiefen des Alls zuschicken. Aber sie erinnert uns auch daran, dass unsere größte Verantwortung hier liegt, auf diesem blauen Planeten die Klimakrise, der Verlust der Artenvielfalt, die Verschmutzung der Ozeane, all diese Herausforderungen mögen klein erscheinen im Vergleich zur Unendlichkeit des Weltalls.

19:55 Aber sie sind Real und sie betreffen unser Überleben. Es gibt keine Heliopause, die uns vor den Folgen unseres Handelns schützt, es gibt keinen äußeren Schutzschild gegen unsere eigenen Fehler. Die Voyager Sonden haben uns gezeigt, was möglich ist, wenn Menschen zusammenarbeiten, wenn wir unsere Intelligenz und Kreativität für etwas Größeres einsetzen. Sie wurden gebaut in den 70er Jahren mit Technologie, die nach heutigen Maßstäben primitiv erscheint. Die Bordcomputer haben weniger Rechenleistung als ein modernes Smartphone, und doch fliegen diese Sonden noch, senden noch Daten, überschreiten Grenzen, von denen frühere Generationen nur träumen konnten.

20:46 Wenn wir solches erreichen können im Weltraum, können wir auch die Probleme auf unserer Erde lösen. Wir können Wege finden, nachhaltig zu leben, im Einklang mit der Natur, die uns hervorgebracht hat, wir können Technologien entwickeln, die sauber sind und regenerativ, wir können lernen, nicht mehr zu nehmen als das, was nachwachsen kann. Die Stille des interstellaren Raums, die absolute Leere jenseits der Heliopause, ist auch eine Stille der Möglichkeiten.

21:20 Dort draußen wartet das Unbekannte warten, vielleicht andere Welten, andere Lebensformen, andere Geschichten, aber all das beginnt hier auf der Erde mit unserer Entscheidung, diesen Planeten zu schützen und zu bewahren. Lass die Weite des Universums in deinem Bewusstsein widerhallen. Lass die Stille jenseits der Heliopause ein Ort der Ruhe sein und nimm mit aus dieser Reise das Wissen, dass unser Platz im Kosmos sowohl demütig als auch kostbar ist. Wir sind Kinder der Sterne, geformt aus Elementen, die in längst vergangenen Supernovae entstanden, aber. Wir sind auch Hüter eines einzigartigen Juwels unserer Erde.

22:10 Gute Nacht und mögen deine Träume, dich zu den Sternen tragen und sicher zurück nach Hause.