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Erstmals gesamte Grenze des Sonnensystems erforscht

Ein Jahr nach dem Start seiner Mission liefert der Explorer-Satellit «IBEX» erste vielversprechende Resultate: Dank den am Physikalischen Institut der Universität Bern mitentwickelten Messgeräten wurden Himmelskarten aufgenommen, die ein ganz neues Bild der Grenze unseres Sonnensystems liefern.

Der «Interstellar Boundary Explorer» (IBEX) der NASA erforscht die Grenzschicht zwischen unserem Sonnensystem und dem interstellaren Raum. In dieser Grenzschicht treffen der heisse Sonnenwind und die kalte interstellare Materie, ein Gemisch aus Gas und Staub, aufeinander und vermischen sich. Dabei bildet der Sonnenwind eine schützende Blase – die Heliosphäre – welche unser Sonnensystem umgibt und vor einem Teil der kosmischen Strahlung abschirmt.

Mit der IBEX-Mission wollen die Forschenden ein besseres Verständnis dieser Grenzschicht und ihren vielfältigen Wechselwirkungsprozessen erlangen. Dazu braucht es keine jahrezentelange Reise zum Rand des Sonnensystems: IBEX erkundet die Grenzschicht von einer Erdumlaufbahn aus. Dabei ist die Distanz extrem: Mehr als 10 hoch 10 Kilometer – also 100mal der Abstand zwischen Erde und Sonne. An Bord trägt der Satellit zwei von Berner Physikern mitentwickelte Sensoren, «IBEX-Hi» und «IBEX-Lo». Die Sensoren können selbst aus dieser Entfernung Partikel abbilden, welche in der Grenzschicht entstehen. Dank dieser beiden Sensoren konnte nun die Verteilung verschiedener Partikel in der gesamten Grenzschicht kartografiert werden. Dabei wurde eine grosse Ansammlung von elektrisch neutralen Atomen entdeckt, die durch das Aufeinandertreffen von geladenen Teilchen im Sonnenwind und der interstellaren Materie entstehen. Diese Ansammlung neutraler Partikel zieht sich als helles Band durch fast die ganze Grenzschicht. Damit ergibt sich ein ganz neues physikalisches Bild der Grenze unseres Sonnensystems. Die Resultate der insgesamt sechs IBEX-Studien werden nun im Journal «Science» publiziert.

Messungen ermöglichen bessere Simulationen 

In den letzten 40 Jahren gab es zur Grenzschicht unseres Sonnensystems praktisch nur Computersimulationen und Theorien wegen sehr wenigen experimentellen Anhaltspunkten. Auch viele Eingaben für IBEX basierten auf theoretischen Vermutungen über die dortigen physikalischen Verhältnisse. Die Messungen zeigen nun ein ganz anderes Bild als die vorgängigen Modellrechnungen.

«Wir müssen unsere Annahmen massiv revidieren», erklärt Prof. Dr. Peter Wurz vom Physikalischen Institut der Universität Bern. So ist auf den Himmelskarten auch das Magnetfeld der interstellaren Materie erkenntlich. Die Stärke und Richtung dieses Magnetfeldes lässt sich nun durch neue Modellrechnungen eruieren. Diese wiederum ermöglichen genaue Computersimulationen der dortigen Prozesse. «Es werden aufregende Jahre der Datenanalyse auf uns zukommen. Erstmals liegen Messungen über physikalische Vorgänge vom Rand unseres Sonnensystems vor, und wir Berner werden daran teilhaben», freut sich Wurz.

Berner Entwicklungen haben die IBEX-Mission erst ermöglicht 

In den vergangenen Jahren haben sich die beiden Raumsonden Voyager 1 und 2 bereits dem Rand des Sonnensystems genähert und dort lokale Messungen durchgeführt. IBEX hingegen nimmt keine Messungen vor Ort vor, sondern erforscht die gesamte Grenzschicht aus einer Erdumlaufbahn.

Der nur 41 Kilogramm leichte Satellit sucht speziell nach elektrisch neutralen Partikeln. Diese dringen mit hoher Energie ins Innere des Sonnensystems vor und ermöglichen damit die Fernerkundung der Grenzschicht aus der Erdbahn. Dabei registrieren die beiden Sensoren sowohl hochenergetische (IBEX-Hi) wie auch niederenergetische neutrale Teilchen (IBEX-Lo). In IBEX-Lo wird eine Nachweistechnologie für energetische Neutralteilchen verwendet, die über die letzten zehn Jahre an der Universität Bern entwickelt und zur Anwendungsreife für die Weltraumforschung gebracht wurde. An der Universität Bern wurde zudem die einzige Anlage weltweit entwickelt, die eine Eichung solcher Instrumente ermöglicht. Ohne diese Technologie wäre die IBEX-Mission nicht möglich gewesen. Dank der IBEX-Mission wird es erstmals möglich sein, ein globales Bild der Vorgänge in den verschiedenen Grenzschichten des Sonnensystems zu erhalten.

Disclaimer NASA:
IBEX ist das jüngste Projekt einer Serie von kostengünstigen, rasch entwickelten «Small Explorers»- Weltraummissionen. Geleitet und entwickelt wurde die Mission vom Southwest Research Institute in San Antonio (USA) und einem Team von nationalen und internationalen Partnern. Das «Explorer»-Programm wird vom NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt (USA) im Auftrag der NASA-«Science Mission»-Leitung in Washington verwaltet.

Quellenangabe:

D.J. McComas, F. Allegrini, P. Bochsler et al.: Global Observations of the Interstellar Interaction from the interstelllar Boundary Explorer IBEX, Science Express, Oktober 2009, Science DOI: 10.1126/science.1180906
S.A. Fuselier, F. Allegrini, H.O. Funsten et al.: Width and Variation of the ENA Flux Ribbon Observed by the Interstellar Boundary Explorer, Science Express, Oktober 2009, Science DOI: 10.1126/science.1180981
E. Möbius, P. Bochsler, M. Bzowksi, et al.: Direct Observations of Interstellar H, He, and O by the Interstellar Boundary Explorer, Science Express, Oktober 2009, Science DOI: 10.1126/science.1180971

16.10.2009