A Voyager-1 űrszonda a helioszféra határvidékén

Mit tapasztaltak a KFKI RMKI kutatói a nagyenergiájú ionokkal kapcsolatban a Naprendszer peremén?

A két Voyager űrszonda hosszú, veszélyekkel teli utat tett meg felbocsátásuk, 1977 óta, így már több mint 27 éve küldenek folytonosan adatokat hozzánk a Naprendszer egyre távolabbi térségeiből. A Voyager-1 a Jupitert és a Szaturnuszt, a Voyager-2 pedig ezeken túlmenően az Uránuszt és Neptunuszt is meglátogatta, s az utóbbi két bolygó környezetéről azóta is innen származnak legpontosabb ismereteink. A bolygórendszert 1989-ben végképp elhagyva az űrprogram fő céljává a napszél által a csillagközi szélbe fújt buborék, a helioszféra kutatása vált. A Voyager-1 valamivel gyorsabban, a Voyager-2 kissé mérsékeltebb tempóban repül kifelé Naprendszerünkből. Legtöbb berendezésük ma is működik; sajnos a Voyager-1 plazmadetektora a Szaturnusz környezetében elromlott, így a napszél jellemzőit közvetlenül nem tudja mérni. Az energikus részecskék intenzitását, sőt azok irányeloszlását, valamint a mágneses tér jellemzőit azonban most is méri mindkét szonda, és adataikat naponta továbbítják a NASA nagy rádiótávcsöveihez. 2005. január elsején a Voyager-1 távolsága Napunktól mintegy 94,2 CSE (Nap-Föld távolság), a Voyager-2-é 75,3 CSE, egymástól való távolságuk pedig 101 CSE lesz. Mindkét szonda évenként több mint 3 CSE sebességgel halad kifelé, és a jeleket továbbító rádióhullámok útja a Földig mindkét szonda esetén meghaladja a 10 órát.

A helioszféra az üstököshöz hasonlóan elnyúlt plazmatartomány, amelyet a Napból nagy sebességgel kifújó napszél tölt ki. A rendkívül ritka (köbcentiméterenként mintegy 0,2 atomot, ill. iont tartalmazó, de a Nap felszínéhez hasonló hőmérsékletű) csillagközi közeg a Naphoz képest áramlik, és a kétféle ‘szél’ ütközése bonyolult, a Föld magnetoszférájánál mintegy százezerszer nagyobb kölcsönhatási tartományt alakít ki. E tartomány igen fontos belső határfelülete a szuperszónikus napszelet szubszónikussá fékező lökéshullám (termination shock), ahol fontos és mindeddig kevéssé értett részecskegyorsítási folyamatok is zajlanak. A napszél erőssége és így e lökéshullám helyzete is változó. E lökéshullám környezetébe került a Voyager-1 űrszonda 2002-ben, majd ismét 2004 elején, és azóta is e tartományban tartózkodik. A lökéshullámokban való részecskegyorsítás megértése asztrofizikai szempontból is igen fontos, mivel a kozmikus sugárzás egyik része is hasonló galaktikus tartományokból származik, sőt a lökéshullámok a galaxishalmazok sugárzásánál is jelentős szerepet játszanak. Egy ilyen lökéshullám helyben történő tanulmányozása igen nagy tudományos jelentőséggel bír.

Az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet kutatói elsősorban a Voyager-1 nagyenergiájú ionok intenzitásváltozásaira és irányeloszlására vonatkozó adatait vizsgálják. A különböző energiájú ionok sebessége is különböző, így várható, hogy a kifelé haladó szondához a gyorsított részecskecsomagok nem egyszerre érkeznek, hanem energiájuk szerint más és más időben (diszperzió). Másrészt a nagyobb energiájú részecskék felgyorsulása hosszabb időt vehet igénybe, ezért nem triviális, hogy a gyorsulási vagy a terjedési idők határozzák meg elsősorban a különböző energiájú részecskék érkezési sorrendjét. Azt találtuk, hogy 10-20 mega-elektronvolt (MeV) energia alatt tipikusan a terjedés határozza meg a sorrendet, afölött viszont a gyorsulási időnek is jelentős szerepe lehet. Az anizotrópia irányát a 40 kilo-elektronvolttól (keV) 2 MeV-ig terjedő energiatartományban vizsgáljuk, és a mágneses tér mentén határozott kifelé áramlást észlelünk. Az adatok egyelőre közeli lökéshullám jelenlétére utalnak, de annak szerkezete a korábban feltételezettnél sokkal bonyolultabbnak látszik.

Király Péter

Kapcsolódó cikkek:
Csillagközi űrszondák (4. rész)
Voyager Csillagközi Küldetés

Kapcsolódó linkek:
A KFKI RMKI honlapja
A Voyager-program honlapja