Ferðalag að endamörkum sólkerfisins

Á aðeins 50 árum á nýtt geimfar að komast í 150 milljarða kílómetra fjarlægð og í fyrsta sinn rannsaka útgeiminn á milli stjarna og sólkerfa. Til þess þarf heimsins öflugustu eldflaug og nánast fífldjarfa sveiflu þétt framhjá sólinni til að ná upp hraða.

BIRT: 20/01/2022

LESTÍMI:

8 mínútur
Share on facebook

Þegar geimfarið Interstellar Probe sveiflast fram hjá sólinni og tekur stefnuna út úr sólkerfinu fer hraðinn upp í 300.000 km/klst. Það er miklu meiri hraði en nokkurt manngert farartæki hefur áður náð og reyndar tæki Marsferð ekki nema átta daga á þeim hraða.

 

En Interstellar Probe á að fara miklu lengra. Þetta útgeimfar á að ferðast og halda áfram að senda gögn til jarðar í hálfa öld. Takmark ferðarinnar er útgeimurinn, tómið milli stjarna og sólkerfa, þar sem sólin sést aðeins eins og hver önnur stjarna í Vetrarbrautinni og ekki annað efni að finna en sáralítið af ryki og gasi.

 

Á 50 árum á útgeimfarið að komast þúsundfalt lengra frá sólinni en jörðin er og leggja 150 milljarða km að baki.

 

Bandaríski stjörnufræðingurinn Ralph McNutt hefur í meira en 15 ár talað fyrir því að senda hraðskreitt geimfar út úr sólkerfinu. Nú er tækni til þess innan seilingar.

Enn er Interstellar Probe aðeins til á teikniborðinu. Þetta er hugarfóstur bandaríska geimfræðingsins Ralphs McNutt, sem unnið hefur að fjölmörgum geimferðaverkefnum allt síðan 1992. Í meira en 15 ár hefur hann verið ákafasti talsmaður þess að senda geimfar út fyrir sólkerfið.

 

Hingað til hefur tæknin ekki leyft slíka ferð, en þegar ný ofureldflaug er í smíðum verður mögulegt að ná nægilegum hraða og hjá bandarísku geimferðastofnuninni, NASA, og þeirri evrópsku, ESA, eru menn farnir að taka hugmyndina alvarlega. Á næstum árum, trúlegast árið 2023, verður endanlega ákveðið hvort hugmyndin verður að veruleika.

Tæki til að safna ryki

Tæki um borð eiga m.a. að fanga og greina rykkorn og smásæjar eindir, mæla segulsvið og greina innrauða geislun.

Loftnet sendir gögn til jarðar

Loftnetsdiskurinn verður ríflega 2 m í þvermál til að senda alla leið til jarðar. Í 150 ma. km fjarlægð verða boðin 139 klst. á leiðinni.

Eldflaugahreyfill veitir aukinn hraða

Til að ná eins miklum hraða og hægt er, kveikir farið á öflugum eldflaugahreyfli þegar það er næst sólu. Þar hefur eldflaugin mest áhrif.

Plútón knýr tæki

Svokallaður hita- og ísótóparafall breytir hitanum frá sundrun geislavirks plútóns í raforku sem knýr tæki geimfarsins.

Skjöldur gegn sólarhitanum

Hitaskjöldur úr koltrefjum og wolfram hlífir viðkvæmum tækjum fyrir allt að 3.000 stiga hita á leið fram hjá sólu.

Jörðin lítill depill

Aðaltilgangur ferðarinnar verður að rannsaka hið pínulitla magn efnis og geislunar sem er að finna í tóminu milli áhrifasvæða stjarnanna.

 

Efni í þessu tómarúmi er ættað úr stórum stjörnum, sem fyrir ævalöngu eru útbrunnar og hafa endað dagana sem sprengistjörnur. Það er reyndar einmitt slíkt efni sem myndaði bæði sólina og allar reikistjörnurnar þegar risastórt gas- og rykský þéttist fyrir 4,6 milljörðum ára.

 

Átta daga tæki það geimfarið að ferðast til Mars á endanlegum hraða, 300.000 km/klst.

 

Mögulega gæti þarna verið að finna rykkorn með lífrænum sameindum, grunneiningum flóknari sameinda á borð við þær sem kveiktu líf á jörðinni. Þekking á efnunum getur veitt vísindamönnum einstæða vitneskju um tilurð sólkerfisins.

 

Þegar komið er langt frá sólinni og reikistjörnunum má líka sjá frá geimfarinu hvernig sólkerfið lítur út utan frá séð. Er sólkerfi okkar svipað og öll önnur sólkerfi eða er það að einhverju leyti sérstakt? Hvernig líta pláneturnar út úr mikilli fjarlægð og er unnt að sjá að líf sé á jörðinni þegar hún er orðin að litlum depli á mynd?

 

Sólarsveifla kemur farinu á fulla ferð

Geimfarið verður látið prófa sveiflu sem ekki hefur áður verið framkvæmd. Til að ná mesta mögulegum hraða á það að fara mjög nálægt sólinni og nýta þyngdarafl hennar.

 

1. Langar krókaleiðir

Útgeimfarið fer fyrst á braut um jörðu eftir geimskot með SLS. Af þeirri braut verður stefnan tekin á Júpíter.

 

2. Júpíter hægir á farinu

Geimfarið sveiflast um Júpíter í öfuga stefnu við snúning plánetunnar. Við það dregur úr hraðanum og geimfarið fellur inn að sólinni.

 

3. Hreyfillinn bætir í

Sveiflan skilar mjög auknum hraða. Skammt frá sólinni verður kveikt á eldflaugahreyflinum áður en hann er losaður af ásamt hitaskildinum. Nú stefnir farið út úr sólkerfinu á 300.000 km hraða.

 

 

Svörin við þessum spurningum geta hjálpað vísindmönnum í leitinni að lífi annarsstaðar í geimnum. Þegar hafa fundist nálægt 50 fjarplánetur af heppilegri stærð og með heppilegt hitastig fyrir líf.

 

Á jörðinni hafa lífverur breytt samsetningu gufuhvolfsins og frá geimfari utan sólkerfisins má fræðast um hvernig þessar breytingar sjást úr langri fjarlægð. Um leið verður ljósara en áður að hverju þarf að leita í ljósi frá fjarplánetum til að fræðast um hvort við séum alein í alheiminum.

 

Tvö geimför fyrir utan

Til að sjá sólkerfið utan frá þar geimfarið að komast út úr sólvindahvolfinu en svo kallast sú stóra geimblaðra sem sólvindurinn blæs út. Blaðran myndast fyrir tilverknað einda sem stöðugt streyma frá sólinni og halda útgeimsstraumum úti í allt að 18 milljjarða kílómetra fjarlægð.

 

Sólvindahvolfið er svo stórt að einungis tvö geimför hafa nú komist út úr því. Það eru Voyager-geimför NASA sem skotið var á loft árið 1977. Árið 2012, eftir 35 ára ferðalag, fór Voyager 1 gegnum sólhvörfin, mörkin milli sólvindahvolfsins og útgeimsins og árið 2018 gerði Voyager 2 slíkt hið sama.

 

Nýja geimfarið mun hraðskreiðara en Voyager

 

Voyager 1 er nú lengst í burtu

Skotið á loft: 1977.

Hraði: 61.000 km/klst.

Fjarlægð frá sólu 2020: 22 ma. km.

 

Útgeimfar fer fram úr Voyager

Skotið á loft: 2030?

Hraði: 300.000 km/klst.

Fjarlægð frá sólu 2080: 150 ma. km.

 

 

Bæði geimförin senda enn upplýsingar til jarðar en það eru afar takmarkaðar upplýsingar sem þau geta veitt okkur um útgeiminn. Þetta eru gömul geimför sem alls ekki voru hönnuð fyrir það hlutverk – Voyagerleiðangurinn var farinn til að afla upplýsinga um ytri reikistjörnurnar – og að auki tæmast rafhlöður þeirra beggja eftir fáein ár.

 

Mælingar þeirra tækja sem enn virka hafa engu að síður veitt nokkrar upplýsingar um muninn á sólvindahvolfinu og útgeimnum.

 

 

Þegar geimförin náðu sólhvörfunum mældu skynjarar þeirra skyndilega fjölgun einda. Þéttni rafeinda hækkaði úr 2.000 á rúmmetra upp í tuttugufalt það magn. Á móti lækkaði hitinn í hinu þunna gasi hlaðinna einda, sem eðlisfræðingarnir nefna plasma.

 

Til viðbótar sjá vísindamenn nú að Voyagergeimförin verða fyrir meiri geimgeislun í formi einda með mikla orku. Svo virðist sem sólvindhvolfið stöðvi um 70% þessarar geislunar, en hún væri lífverum hættuleg.

 

Voyagergeimförin urðu fyrir meiri geimgeislun eftir að þau yfirgáfu hið verndandi sólvindahvolf

Voyager 2 náði út í útgeiminn í 17,8 milljarða km fjarlægð frá sólinni en Voyager 1 þurfti 18,2 milljarða km til að ná sömu mörkum. Sólvindahvolfið er sem sagt ekki alveg kúlulaga og það er hugsanlegt að sólin skilji eftir sig langan hala einda á hringferð sinni um miðju Vetrarbrautarinnar.

 

Nálægt óþekktum hnöttum

Til að greina lögun sólvindahvolfsins og efnasamsetningu í útgeimnum þarf geimfar með sérhæfðan búnað til þeirra verkefna.

 

En í geimfarinu verða líka önnur tæki, sem verða virkjuð löngu áður en geimfarið nær takmarki sínu. Það er sem sé alveg upplagt að velja leiðina þannig að geimfarið fari nálægt einum eða fleiri himinhnöttum sem vísindamenn vilja kynnast aðeins nánar.

 

Á að yfirgefa sólkerfið

Þegar ferðinni er heitið út úr sólkerfinu mælast fjarlægðir í milljörðum kílómetra. Interstellar Probe á að komast á 50 árum þá vegalengd sem Voyagergeimförin leggja að baki á þremur öldum. Á leið út úr sólkerfinu á líka að skoða óþekkta himinhnetti.

1 SE / 0,15 milljarðar km: Jörðin er mælieining sólkerfisins

Stjörnufræðingar nota venjulega fjarlægðina milli jarðar og sólar sem mælieiningu í sólkerfinu. Fjarlægðin, sem er 150 milljónir km, er kölluð stjarnfræðieining og er skammstöfuð SE (Astronomical Unit eða AU).

Sólkerfinu er þjappað saman

Fjarlægðir í sólkerfinu eru gríðarlegar. Til að þjappa þeim saman er sólkerfið hér teiknað á lógaritmískan kvarða þar sem fjarlægðin er tífalduð fyrir hverja merkingu á fjarlægðarlínunni.

43 AU/ 6,5 ma. km: Íshnöttur á við hálfan Plútó

Meðal fjarlægra himinhnatta sem velja mætti til að skoða er litli íshnötturinn Quaoar. Himinhnötturinn fannst ekki fyrr en 2002 en gæti flokkast sem dvergpláneta. Þvermálið er um 1121 km og Quaoar því um helmingur á við Plútó að stærð.

120 AU/18 ma. km: Ríki sólarinnar nær aðeins að sólhvörfum

Öflugur vindur efniseinda streymir frá sólinni en því eru takmörk sett hve langt sólvindurinn kemst. Áhrif sólar ná aðeins að hinum svonefndu sólhvörfum. Utan við þau tekur útgeimurinn við og þar eru eindir frá öðrum stjörnum ráðandi.

122,7 og 147,9 /18 og 22 ma. km: Voyagergeimförin eru nú komin lengst

Engir manngerðir hlutir hafa komist jafnlangt út í geiminn og Voyagergeimförin tvö sem skotið var upp 1977 til að rannsaka ytri plánetur sólkerfisins. Þau halda áfram ferð sinni út á milli stjarnanna, en rafhlöðurnar fara að tæmast og gagnasendingum um leið.

400 AU / 60 ma. km: Pláneta 9 gæti leynst langt úti

Margir litlir íshnettir ferðast um brautir sem benda til áhrifa níundu plánetunnar, sem þá er mjög langt frá sólu. Útreikningar sýna að þessi dulræða pláneta sé um fimmfalt þyngri en jörðin og finnist hún verður braut útgeimfarsins lögð skammt frá henni.

1000 AU /150 ma. km: Sér sólkerfið utan frá

Þegar útgeimfarið kemst þúsundfalt lengra frá sólu en jörðin er, verður hún komin talsvert langt út í útgeiminn milli stjarnanna. Þaðan getur geimfarið skoðað sólkerfið utan frá, mælt efni og geislun frá öðrum stjörnum og mögulega fundið lífrænar sameindir – þá hornsteina sem mynduðu lífið á jörðinni.

2000-100.000 AU: Ísský snýst um sólkerfið

Oort-skýið er þyrping lítilla íshnullunga sem umlykja sólkerfið. Ekki er vitað mikið um skýið en það er talið vera um 2000 til 100.000 AU að stærð og er talið samanstanda af innri skífu og ytri kúlulaga skel.

2000-100.000 AU: 5000 ára ferðalag í gegnum skýið

Það tekur Interstellar Probe um 5.000 ár að ferðast í gegnum Oortskýið. Stjörnufræðingar telja að hin fjarlæga þyrping íshnullunga sé staðurinn þar sem langferðahalastjörnur með yfir 200 ára umferðartíma eigi uppruna sinn.

100.000 AU: Þyngdarafl sólarinnar fjarar út

Kúla Oortkýsins endar um 100.000 AU, eða 15 milljarða km fjarlægð. Þar er þyngdarafl sólarinnar svo veikt að hlutir snúast ekki lengur um hana.

268.000 AU / 4,2 ljósár: Fyrsta stjarnan birtist

Næsta nágrannastjarna sólarinnar er Proxima Centauri, rauður dvergur með aðeins um 14 prósent massa sólar. Stjarnan hefur að minnsta kosti eina plánetu – hugsanlega bergreikistjörnu á braut í lífvænlegri fjarlægð. Proxima Centauri er hluti af stjörnukerfinu Alfa Centauri sem telur einnig tvær aðrar stjörnur.

 

Við þekkjum pláneturnar átta nú þegar sæmilega vel, en í ysta hluta sólkerfisins leynast himinhnettir sem enn hafa ekkert verið skoðaðir.

 

Allra efst á óskalistanum er fjarlæg pláneta sem enn hefur ekki fundist. Hin svokallaða Pláneta 9 er reyndar ekki annað en kenning enn sem komið er, en hins vegar talsvert vel ígrunduð kenning.

 

Síðan 2016 hafa stjörnufræðingarnir Michael Brown og Konstantin Batygin fært rök fyrir því að til hljóti að vera óþekkt en nokkuð stór pláneta á braut mjög langt frá sólinni.

 

Kenning þeirra byggist á því að margir smærri íshnettir fyrir utan Neptúnus gangi eftir brautum sem líkist hver annarri og til þess þurfi stærri hnöttur að hafa hemil á þeim, reikistjarna sem sé nálægt fimmfalt þyngri en jörðin og staðsett enn utar en sólhvörfin.

 

„Til að rannsaka útgeiminn þurfum við að koma geimfari út úr sólkerfinu sem allra fyrst.“

Ralph McNutt stjörnufræðingur

 

Vegna þess hversu langt í burtu þessi mögulega pláneta hlýtur að vera, er afar illgerlegt að greina hana í sjónaukum, en stjörnufræðingar reyna það engu að síður. Finnist Pláneta 9 áður en útgeimfarinu verður skotið á loft, verður auðvitað afar hentugt að láta það fara nálægt þessari óþekktu plánetu og skoðað hana nánar.

 

Sólin eykur hraðann

Interstellar Probe leggur ekki af stað fyrr en í fyrsta lagi 2030 og þá verður Robert McNutt orðinn 75 ára. Ný kynslóð vísindamanna verður fyrir löngu tekin við, þegar geimfarið tekur að senda upplýsingar úr útgeimnum. McNutt hefur engar áhyggjur af því. Honum er miklu hugleiknara hvernig unnt verði að gera þetta rannsóknarverkefni að veruleika.

 

Væntanleg eldflaug NASA - SLS - getur gefið útgeimfarinu nægan hraða. Hin 100 m. háa eldflaug á einnig að senda geimfara til tunglsins og Mars.

Erfiðasti hlutinn verður að ná upp nægum hraða. Til þess þarf mjög öfluga eldflaug en hin 100 metra háa SLS-flaug sem nú er í hönnun hjá NASA verður fær um að koma geimfarinu af stað. Til viðbótar á svo mikil dirfskusveifla fram hjá sólinni að auka hraðann til mikilla muna.

 

Útgeimfar sem sendir til jarðar gögn úr 150 milljarða km fjarlægð má skoða sem eins konar undirbúningstilraun fyrir miklu lengri ferð til stjörnu með plánetum í kringum sig.

 

Slík ferð er ógerleg með núverarandi tækni enda eru 40.000 milljarðar km héðan til næstu stjörnu. En allar ferðir hefjast á fyrsta skrefinu og fyrirhuguð ferð Interstellar Probe gæti orðið upphafið að geimferðum út fyrir sólkerfið.

 

FARÐU Í FERÐALAG UM SÓLKERFIÐ með því að skrolla frá Sólinni til Neptúnusar

Hversu stórt væri sólkerfið ef tunglið væri einn punktur? Fylgdu hlekknum og sjáðu hversu langt er á milli plánetanna.

BIRT: 20/01/2022

HÖFUNDUR: Henrik Bendix

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: © Marvin Joseph/The Washington Post/Getty Images, © Claus Lunau, © Lasse Alexander Lund-Andersen, © NASA, © MSFC/NASA,

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu með áskrifandi að blaðinu?

Áskrifendur geta fengið áskrift af vefnum hér

FÁÐU AÐGANG AÐ VÍSINDI.IS

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is