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Göttinger Forscher untersuchen All-Staubteilchen

Ulysses liefert Daten Göttinger Forscher untersuchen All-Staubteilchen

Den bisher größten Datensatz interstellarer Staubteilchen haben Forscher unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen analysiert. Ihre Bilanz: Im Einflussbereich der Sonne können sich Flugrichtung und -geschwindigkeit der Teilchen stärker als bisher gedacht ändern.

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Die Weltraummission Ulysses war ein Gemeinschaftsprojekt von NASA und ESA. Eines der Ziele der Mission war es, interstellare Staubteilchen, die ins Sonnensystem vordingen, zu vermessen.

Quelle: ESA

Göttingen. Als die Sonnensonde Ulysses 1990 auf ihre 19 Jahre währende Erkundungstour aufbrach, richteten die beteiligten Forscher ihr Augenmerk nicht nur auf unser Zentralgestirn, sondern auch auf deutlich kleinere Forschungsobjekte: interstellare Staubteilchen, die aus den Tiefen des Weltalls ins Sonnensystem vordingen. Als erste Mission hatte Ulysses unter anderem das Ziel , mit seinem Staubdetektor die winzigen Fremdlinge direkt zu vermessen, und spürte mehr als 900 von ihnen auf. Eine umfassende Analyse haben Forscher vom Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und des International Space Science Institute (ISSI) in Bern nun veröffentlicht.
„Die Daten von Ulysses, die wir jetzt erstmals in ihrer Gesamtheit ausgewertet haben, sind einzigartig“, erklärt Dr. Harald Krüger vom MPS, Principal Investigator  des Staubdetektors. 16 Jahre lang untersuchte das Staubinstrument an Bord der Sonde fast ohne Unterbrechungen den Teilchenstrom von außerhalb unseres Sonnensystems.

 

Den Daten der mehr als 900 Teilchen, die das Staubinstrument von Ulysses detektierte, konnten die Forscher die bisher detailliertesten Informationen über Masse, Größe und Flugrichtung der interstellaren Wanderer entnehmen. Computersimulationen halfen dabei, die verschiedenen Einflüsse der Sonne und des interplanetaren Magnetfeldes zu verstehen und voneinander zu trennen.

 

So bestätigten sich frühere Analysen, wonach der interstellare Staub stets in etwa derselben Richtung das Sonnensystem durchquert. Sie entspricht der Richtung, in der sich das Sonnensystem und die Lokale Flocke relativ zueinander bewegen. „Kleinere Abweichungen von dieser Hauptrichtung hängen von der Masse der Teilchen und vom Einfluss der Sonne ab“, so Strub.

 

2005 allerdings zeigte sich ein anderes Bild: Die weitgereisten Teilchen erreichten den Staubdetektor aus einer verschobenen  Richtung. „Unsere Simulationen legen nun nahe, dass auch dieser Effekt auf die Schwankungen des interplanetaren Magnetfeldes zurückzuführen ist“, erklärt Veerle Sterken vom ISSI, die die Simulationen durchführte und die Interpretation der Daten leitete. „Veränderte Ausgangsbedingungen in der Lokalen Flocke sind vermutlich nicht der Grund.“

 

Auch Größe und Beschaffenheit der Teilchen nahmen die Forscher unter die Lupe. Während der Großteil der Staubpartikel im Durchmesser zwischen einem halben und 0,05 Mikrometern misst, gibt es auch einige auffallend große Exemplare von mehreren Mikrometern Größe. „Bemühungen, die Staubteilchen außerhalb unseres Sonnensystems von der Erde aus zu beobachten und zu charakterisieren, liefern keine derart großen Teilchen“, so Krüger. Im Gegenzug finden sich die sehr kleinen Teilchen, die Astronomen mit Teleskopen typischerweise nachweisen, nicht in den Ulysses-Messungen. Wie Computersimulationen zeigen, laden sich diese Winzlinge im Vergleich zu ihrer Masse im Sonnensystem stark elektrisch auf, werden abgelenkt und so aus dem Hauptteilchenstrom herausgefiltert.

 

Die Simulationen deuten zudem daraufhin, dass der exotische Staub eine geringe Dichte aufweist und somit porös ist. „Die innere Struktur der Teilchen kann der Ulysses-Staubdetektor zwar nicht messen“, so Sterken. „Am Computer können wir jedoch verschiedene Dichten ausprobieren. Mit porösen Teilchen lassen sich die Messdaten von Ulysses am besten rekonstruieren“, fügt die Belgierin hinzu.

 

Die Zusammensetzung der interstellaren Teilchen konnten die Forscher mit dem Staubinstrument auf Ulysses nicht untersuchen. Dies ist jedoch mit dem am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg entwickelten Nachfolgeinstrument auf der Cassini-Sonde möglich. Diese Messungen werden ganz neue Einblicke in die Entstehungsbedingungen und die Entwicklung der interstellaren Teilchen ermöglichen. Die Messungen interstellarer Staubteilchen im Sonnensystem erlauben somit einen Blick in die Lokale Flocke, die sonst nur durch Beobachtungen von der Erde aus untersucht werden kann. Bei zukünftigen Ausschreibungen der europäischen Weltraumbehörde ESA wollen sich Staubforscher mit eigenen Vorschlägen für Weltraummissionen zur Untersuchung von interstellarem Staub beteiligen.

 

Die Weltraumission Ulysses war ein Gemeinschaftsprojekt der ESA und der NASA. Der Ulysses-Staubdetektor wurde am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg unter Beteiligung des Deutsche Zentrums für Luft- und Raumfahrt gebaut und betrieben. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft und das International Space Science Institute in Bern haben die Auswertung der Langzeitmessungen von interstellarem Staub ermöglicht.

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