’n Illustrasie wat een van NASA se tweeling Voyager-ruimtetuie uitbeeld. Albei Voyagers het die interstellêre ruimte binnegegaan, of die ruimte buite ons Son se heliosfeer. Krediet: NASA/JPL-Caltech
Terwyl NASA se Voyager 1 interstellêre ruimte ondersoek, maak sy digtheidsmetings golwe
In die yl versameling atome wat die interstellêre ruimte vul, het Voyager 1 'n langdurige reeks golwe gemeet waar dit voorheen net sporadiese uitbarstings opgespoor het.
Tot onlangs het elke ruimtetuig in die geskiedenis al sy metings in ons heliosfeer gemaak, die magnetiese borrel wat deur ons Son opgeblaas is. Maar op 25 Augustus 2012, NASAse Voyager 1 het dit verander. Soos dit die heliosfeer se grens oorgesteek het, het dit die eerste mensgemaakte voorwerp geword wat die interstellêre ruimte binnegaan – en meet. Nou agt jaar in sy interstellêre reis, lewer 'n fyn luister na Voyager 1 se data nuwe insigte oor hoe daardie grens is.
As ons heliosfeer 'n skip is wat interstellêre waters vaar, is Voyager 1 'n reddingsvlot wat pas van die dek afgeval is, vasbeslote om die strome te ondersoek. Vir nou is enige rowwe waters wat dit voel meestal uit ons heliosfeer se nasleep. Maar verder uit sal dit die roeringe van bronne dieper in die kosmos aanvoel. Uiteindelik sal ons heliosfeer se teenwoordigheid heeltemal vervaag van sy metings.
Hierdie grafika van Oktober 20218 toon die posisie van die Voyager 1- en Voyager 2-sondes relatief tot die heliosfeer, 'n beskermende borrel wat deur die Son geskep is wat ver verby die wentelbaan van Pluto strek. Voyager 1 het die heliopouse, of die rand van die heliosfeer, in 2012 oorgesteek. Voyager 2 is steeds in die helioskede, of die buitenste deel van die heliosfeer. (NASA's Voyager 2-ruimtetuig het in November 2018 die interstellêre ruimte binnegegaan.) Krediete: NASA/JPL-Caltech
"Ons het 'n paar idees oor hoe ver Voyager sal moet kom om so te sê meer suiwer interstellêre waters te begin sien," het Stella Ocker, 'n Ph.D. student aan Cornell Universiteit in Ithaca, New York, en die nuutste lid van die Voyager-span. “Maar ons is nie heeltemal seker wanneer ons daardie punt sal bereik nie.”
Ocker se nuwe studie, wat Maandag in Natuur Sterrekunde, rapporteer wat dalk die eerste deurlopende meting van die digtheid van materiaal in die interstellêre ruimte is. "Hierdie opsporing bied ons 'n nuwe manier om die digtheid van interstellêre ruimte te meet en maak 'n nuwe pad oop vir ons om die struktuur van die baie nabygeleë interstellêre medium te verken," het Ocker gesê.
NASA se Voyager 1-ruimtetuig het hierdie geluide van interstellêre ruimte vasgevang. Voyager 1's plasma golfinstrument het die vibrasies van digte interstellêre plasma, of geïoniseerde gas, van Oktober tot November 2012 en April tot Mei 2013 opgespoor. Krediet: NASA/JPL-Caltech
Wanneer 'n mens die goed tussen die sterre afbeeld - sterrekundiges noem dit die "interstellêre medium", 'n verspreide sop van deeltjies en straling - kan 'n mens 'n kalm, stil, rustige omgewing herverbeeld. Dit sou 'n fout wees.
"Ek het die frase 'die stil interstellêre medium' gebruik - maar jy kan baie plekke vind wat nie besonder stil is nie," sê Jim Cordes, ruimtefisikus by Cornell en mede-outeur van die koerant.
Soos die see, is die interstellêre medium vol onstuimige golwe. Die grootstes kom van ons sterrestelsel se rotasie, soos die ruimte teen homself smeer en golwings van tientalle ligjare in deursnee na vore bring. Kleiner (alhoewel steeds reusagtige) golwe storm van supernova-ontploffings af, wat miljarde kilometers van kruin tot kruin strek. Die kleinste rimpelings is gewoonlik van ons eie Son, aangesien sonuitbarstings skokgolwe deur die ruimte stuur wat ons heliosfeer se voering deurdring.
Hierdie neerstortende golwe onthul leidrade oor die digtheid van die interstellêre medium – 'n waarde wat ons begrip van die vorm van ons heliosfeer, hoe sterre vorm, en selfs ons eie ligging in die sterrestelsel beïnvloed. Soos hierdie golwe deur die ruimte weergalm, vibreer hulle die elektrone rondom hulle, wat op kenmerkende frekwensies uitklink, afhangende van hoe saamgeprop hulle is. Hoe hoër die toonhoogte van daardie luik, hoe hoër is die elektrondigtheid. Voyager 1 se Plasma Wave Substelsel – wat twee “bunny ear”-antennas insluit wat 30 voet (10 meter) agter die ruimtetuig uitsteek – is ontwerp om dit te hoor lui.
’n Illustrasie van NASA se Voyager-ruimtetuig wat die antennas wys wat deur die Plasma Wave-substelsel en ander instrumente gebruik word. Krediet: NASA/JPL-Caltech
In November 2012, drie maande nadat hy die heliosfeer verlaat het, het Voyager 1 vir die eerste keer interstellêre geluide gehoor (sien video hierbo). Ses maande later het nog 'n "fluit" verskyn - hierdie keer harder en selfs hoër. Dit het gelyk of die interstellêre medium dikker word, en vinnig.
Hierdie kortstondige fluitjies gaan voort met onreëlmatige tussenposes in Voyager se data vandag. Hulle is 'n uitstekende manier om die interstellêre medium se digtheid te bestudeer, maar dit verg 'n bietjie geduld.
"Hulle is net omtrent een keer per jaar gesien, so om op hierdie soort toevallige gebeurtenisse te vertrou, het beteken dat ons kaart van die digtheid van interstellêre ruimte nogal yl was," het Ocker gesê.
Ocker het probeer om 'n lopende maatstaf van interstellêre mediumdigtheid te vind om die gapings te vul – een wat nie afhanklik is van die skokgolwe wat af en toe van die Son af voortplant nie. Nadat sy deur Voyager 1 se data gefiltreer het, op soek na swak maar konsekwente seine, het sy 'n belowende kandidaat gevind. Dit het in die middel van 2017 begin optel, reg rondom die tyd van nog 'n fluitjie.
"Dit is feitlik 'n enkele toon," sê Ocker. "En met verloop van tyd hoor ons dit verander - maar die manier waarop die frekwensie rondbeweeg, vertel ons hoe die digtheid verander."
Swak maar byna deurlopende plasma-ossillasiegebeure – sigbaar as 'n dun rooi lyn in hierdie grafika/tk – verbind sterker gebeurtenisse in Voyager 1 se Plasma Wave Substelsel-data. Die beeld wissel tussen grafieke wat slegs die sterk seine (blou agtergrond) en die gefiltreerde data wys wat swakker seine wys. Krediet: NASA/JPL-Caltech/Stella Ocker
Ocker noem die nuwe sein 'n plasmagolfuitstraling, en dit het ook gelyk of dit die digtheid van die interstellêre ruimte volg. Wanneer die skielike fluitjies in die data verskyn, styg en daal die toon van die emissie saam met hulle. Die sein lyk ook soos een wat in die Aarde se boonste atmosfeer waargeneem word, wat bekend is om met die elektrondigtheid daar te volg.
"Dit is regtig opwindend, want ons kan gereeld die digtheid oor 'n baie lang stuk spasie, die langste stuk ruimte wat ons tot dusver het, proe," het Ocker gesê. "Dit verskaf ons die mees volledige kaart van die digtheid en die interstellêre medium soos gesien deur Voyager."
Gebaseer op die sein, het elektrondigtheid rondom Voyager 1 in 2013 begin styg en sy huidige vlakke ongeveer middel 2015 bereik, 'n ongeveer 40-voudige toename in digtheid. Die ruimtetuig blyk in 'n soortgelyke digtheidsreeks te wees, met 'n paar fluktuasies, deur die hele datastel wat hulle ontleed het wat vroeg in 2020 geëindig het.
Ocker en haar kollegas probeer tans om 'n fisiese model te ontwikkel van hoe die plasmagolfuitstoot geproduseer word wat die sleutel tot die interpretasie daarvan sal wees. Intussen stuur Voyager 1 se Plasma Wave-substelsel aan om data verder en verder van die huis af terug te stuur, waar elke nuwe ontdekking die potensiaal het om ons ons huis in die kosmos te laat herverbeeld.
Vir meer inligting oor hierdie navorsing, lees In die leegheid van die ruimte 14 miljard myl weg, Voyager I bespeur "gezoem" van plasmagolwe.
Verwysing: “Persistent plasma waves in interstellar space detected by Voyager 1” deur Stella Koch Ocker, James M. Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gurnett, William S. Kurth en Steven R. Spangler, 10 Mei 2021, Natuur Sterrekunde.
DOI: 10.1038/s41550-021-01363-7
