Faktencheck: Traf Voyager wirklich auf eine 90.000 Grad heiße Feuerwand am Rand des Sonnensystems?

Eine 90.000 Grad heiße Feuerwand am Rand unseres Sonnensystems. Zwei Raumsonden, die mitten hindurchfliegen und trotzdem nicht schmelzen. Und dahinter beginnt der interstellare Raum. Es ist eine dieser Geschichten, bei denen Science-Fiction und Wirklichkeit gefährlich nah beieinanderliegen. Doch was hat Voyager tatsächlich entdeckt? Woher stammen die ominösen 90.000 Grad? Und gibt es diese kosmische Feuerwand wirklich?

Die Schlagzeile klingt spektakulär:

„Voyager-Raumschiff traf eine 90.000°-Feuerwand am Rande des Sonnensystems.“

Sie kursiert in unterschiedlichen Varianten immer wieder durch das Internet. Manchmal sind es 90.000 Grad, manchmal sogar 90.000 Grad Celsius. Voyager soll demnach eine gigantische Feuerwand durchquert haben, die unser Sonnensystem umgibt.

Das Problem: So stimmt es nicht.

Die Wahrheit dahinter ist allerdings kaum weniger spektakulär. Voyager 2 hat tatsächlich eine extrem heiße Plasmaregion unmittelbar außerhalb der Heliosphäre untersucht. Die dort gemessenen Temperaturen erreichten 30.000 bis 50.000 Kelvin, also ungefähr 29.700 bis 49.700 Grad Celsius.

Von einer echten Feuerwand kann trotzdem keine Rede sein. Und die berühmten 90.000 Grad haben eine erstaunlich einfache Erklärung.

Zeit für einen Faktencheck.

Woher kommen die 90.000 Grad?

Beginnen wir mit der Zahl, denn genau hier liegt der Ursprung eines großen Teils der Verwirrung.

Voyager 2 durchquerte am 5. November 2018 die Heliopause und trat damit in den interstellaren Raum ein. Die Sonde befand sich zu diesem Zeitpunkt rund 119 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Eine Astronomische Einheit entspricht der mittleren Entfernung zwischen Erde und Sonne, also ungefähr 150 Millionen Kilometern.

Das bedeutet: Voyager 2 war rund 17,8 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt.

Besonders wertvoll waren die Messungen des noch funktionierenden Plasma Science Experiments, kurz PLS. Dieses Instrument konnte Geschwindigkeit, Dichte, Temperatur und Druck des Plasmas untersuchen. Die Auswertung der Daten zeigte, dass das sehr lokale interstellare Medium unmittelbar außerhalb der Heliopause deutlich heißer war als erwartet.

Die 2019 in Nature Astronomy veröffentlichte wissenschaftliche Arbeit kommt zu einem bemerkenswerten Ergebnis:

„Voyager 2 observations show that the temperature is 30,000–50,000 K.“

Auf Deutsch: Die Beobachtungen von Voyager 2 zeigen Temperaturen von 30.000 bis 50.000 Kelvin.

Umgerechnet sind das ungefähr 29.700 bis 49.700 Grad Celsius.

Woher kommen dann die oft genannten 90.000 Grad?

Aus Fahrenheit.

50.000 Kelvin entsprechen etwa:

49.700 °C

oder

89.500 °F

Aus rund 90.000 Grad Fahrenheit wurde in manchen Schlagzeilen schlicht eine „90.000 Grad heiße Feuerwand“. Ohne Angabe der Einheit entsteht für deutsche Leser fast zwangsläufig der Eindruck, es seien 90.000 Grad Celsius gemeint.

Das ist falsch.

Die Zahl 90.000 wurde also nicht vollständig erfunden, aber sie wird ohne die entscheidende Einheit zu einer irreführenden Behauptung. Tatsächlich sprechen wir von maximal ungefähr 50.000 Kelvin beziehungsweise knapp 50.000 Grad Celsius.

Und bevor jetzt jemand denkt, das sei ja nur ungefähr halb so schlimm: Nein. Das ist immer noch absurd heiß.

Wie heiß sind knapp 50.000 Grad Celsius eigentlich?

Zahlen wie 30.000 oder 50.000 Grad sind so weit von unserer Alltagserfahrung entfernt, dass sie schnell abstrakt werden. Deshalb ein paar Vergleiche.

Wasser kocht bei normalem Luftdruck bei 100 °C.

Aluminium schmilzt bei ungefähr 660 °C.

Eisen schmilzt bei etwa 1.538 °C.

Wolfram besitzt den höchsten Schmelzpunkt aller reinen Metalle und wird erst bei ungefähr 3.422 °C flüssig.

Die sichtbare Oberfläche unserer Sonne, die Photosphäre, hat eine Temperatur von rund 5.500 °C.

Das von Voyager 2 gemessene Plasma erreichte dagegen Temperaturen von bis zu ungefähr 49.700 °C.

Damit kann das Plasma nahe der Heliopause rund neunmal heißer als die sichtbare Oberfläche der Sonne sein. Gegenüber geschmolzenem Eisen reden wir von einer fast 32-mal höheren Temperatur.

Und trotzdem flog eine Raumsonde hindurch, die in den 1970er-Jahren gebaut wurde.

Keine magischen Schutzschilde. Keine experimentelle Alien-Technologie. Nicht einmal eine Hitzesenke aus Elite Dangerous musste ausgeworfen werden.

Wie ist das möglich?

Warum ist Voyager nicht geschmolzen?

Der entscheidende Punkt ist der Unterschied zwischen Temperatur und übertragener Wärmeenergie.

Im Alltag erleben wir beides meistens gemeinsam. Eine heiße Herdplatte ist gefährlich, weil sehr viel Materie vorhanden ist, die ihre Energie auf unsere Haut übertragen kann. Bei einem Topf mit kochendem Wasser gilt das Gleiche.

Im Weltraum herrschen völlig andere Bedingungen.

Die Temperatur eines Gases oder Plasmas beschreibt vereinfacht gesagt die durchschnittliche Bewegungsenergie seiner Teilchen. Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto höher ist die Temperatur.

Doch an der Grenze zum interstellaren Raum gibt es extrem wenige Teilchen.

Das bedeutet: Die einzelnen Teilchen können unglaublich energiereich sein und sich mit enormen Geschwindigkeiten bewegen. Aber es sind schlicht nicht genug vorhanden, um große Mengen Wärme auf Voyager zu übertragen.

Ein anschaulicher Vergleich ist ein Funke.

Ein einzelner Funke eines Lagerfeuers kann eine Temperatur von mehr als 1.000 °C besitzen. Landet ein winziger Funke für einen kurzen Moment auf der Haut, führt das trotzdem nicht zwangsläufig zu einer schweren Verbrennung. Seine Masse ist winzig und damit auch die gesamte Energie, die er übertragen kann.

Eine Herdplatte mit nur 300 °C ist dagegen wesentlich gefährlicher, weil sie eine enorme Menge Energie gespeichert hat und kontinuierlich auf deine Hand übertragen würde.

Bei Voyager ist dieser Unterschied noch viel extremer.

Die wenigen vorhandenen Plasmateilchen können einer Temperatur von fast 50.000 °C entsprechen, ohne die Raumsonde auch nur annähernd auf diese Temperatur aufzuheizen.

Voyager flog also tatsächlich durch extrem heißes Plasma. Sie flog aber nicht durch eine dichte Umgebung, die sich wie eine 50.000 Grad heiße Atmosphäre verhalten würde.

Wäre das Plasma dort so dicht wie unsere Erdatmosphäre, wäre von Voyager selbstverständlich nichts übrig geblieben.

Gibt es die Feuerwand wirklich?

Nein. Zumindest nicht, wenn man unter einer Feuerwand eine tatsächliche Wand aus Flammen versteht.

Der Begriff „Feuerwand“ oder auf Englisch „wall of fire“ ist eine journalistische Metapher. Die NASA selbst spricht von der Heliopause, dem very local interstellar medium, kurz VLISM, und von heißem Plasma außerhalb der Heliosphäre.

Es gibt dort keine Flammen.

Feuer, wie wir es auf der Erde kennen, ist eine chemische Verbrennungsreaktion. Dafür braucht es einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. An der Heliopause findet keine gigantische kosmische Verbrennung statt.

Es gibt dort auch keine feste Wand.

Die Heliopause ist eine Grenzregion zwischen zwei unterschiedlichen kosmischen Umgebungen: dem Einflussbereich des Sonnenwinds und dem interstellaren Medium.

Man könnte sie sich eher als eine unsichtbare, dynamische Grenze vorstellen, an der sich die Bedingungen des umgebenden Plasmas verändern.

Die Wirklichkeit ist also weniger dramatisch als eine brennende Mauer im All. Wissenschaftlich ist sie dafür umso interessanter.

Was ist die Heliosphäre?

Unsere Sonne strahlt nicht nur Licht und Wärme ab. Sie schleudert permanent einen Strom elektrisch geladener Teilchen ins All: den Sonnenwind.

Dieser Sonnenwind breitet sich weit über die Umlaufbahnen der Planeten hinaus aus und erzeugt eine gigantische Blase um unser Sonnensystem. Diese Blase wird Heliosphäre genannt.

Innerhalb der Heliosphäre dominiert der Einfluss des Sonnenwinds. Doch irgendwann trifft dieser auf das interstellare Medium, also die Materie und Strahlung im Raum zwischen den Sternen.

Der äußere Bereich unseres kosmischen Einflussgebiets besteht dabei aus mehreren Zonen.

Zunächst erreicht der Sonnenwind den sogenannten Termination Shock. Hier wird er stark abgebremst, weil er auf den Widerstand des interstellaren Mediums trifft.

Dahinter liegt die Heliosheath, eine turbulente Übergangsregion.

An deren äußerer Grenze befindet sich schließlich die Heliopause. Hier endet der Bereich, in dem der Sonnenwind dominiert.

Voyager 1 durchquerte diese Grenze am 25. August 2012 und wurde damit zum ersten von Menschen geschaffenen Objekt im interstellaren Raum.

Voyager 2 folgte am 5. November 2018.

Doch zwischen den beiden Grenzübertritten gab es einen entscheidenden Unterschied.

Warum Voyager 2 etwas sehen konnte, das Voyager 1 verborgen blieb

Voyager 1 war zwar sechs Jahre früher im interstellaren Raum angekommen, doch ein wichtiges Instrument funktionierte nicht mehr: das Plasma Science Experiment.

Das PLS von Voyager 1 war bereits 1980 ausgefallen.

Bei Voyager 2 arbeitete dieses Instrument dagegen noch, als die Sonde die Heliopause überquerte. Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler deshalb direkte Plasmamessungen auf beiden Seiten dieser Grenze vergleichen.

John Richardson vom Massachusetts Institute of Technology, leitender Wissenschaftler für das Plasma-Instrument von Voyager 2, beschrieb die Bedeutung dieser Messungen so:

„Even though Voyager 1 crossed the heliopause in 2012, it did so at a different place and a different time, and without the PLS data. So we're still seeing things that no one has seen before.“

Auf Deutsch:

„Obwohl Voyager 1 die Heliopause bereits 2012 überquerte, geschah dies an einem anderen Ort, zu einer anderen Zeit und ohne die Daten des Plasma-Instruments. Wir sehen also immer noch Dinge, die noch niemand zuvor gesehen hat.“

Dieser Satz bringt die Bedeutung der Voyager-Mission erstaunlich gut auf den Punkt. Wir reden hier über Raumsonden, die 1977 gestartet wurden und ursprünglich für eine wesentlich kürzere Mission vorgesehen waren. Jahrzehnte später lieferten sie Daten aus einer Region, die zuvor noch kein menschliches Raumfahrzeug direkt untersucht hatte.

Das Plasma war heißer als erwartet

Die Messungen von Voyager 2 lieferten noch eine weitere Überraschung.

Wissenschaftliche Modelle und frühere Beobachtungen hatten für das sehr lokale interstellare Medium nahe der Heliopause Temperaturen von ungefähr 15.000 bis 30.000 Kelvin vorhergesagt.

Voyager 2 maß jedoch 30.000 bis 50.000 Kelvin.

Die Umgebung war also deutlich heißer als erwartet.

Das Jet Propulsion Laboratory der NASA erklärte dazu, dass das Plasma unmittelbar außerhalb der Heliosphäre nicht nur etwas wärmer als erwartet war. Die höheren Temperaturen könnten auch darauf hindeuten, dass das Plasma in der Nähe der Heliopause komprimiert wird.

Und hier wird deutlich, warum der Begriff einer klaren „Wand“ die tatsächlichen Verhältnisse nur schlecht beschreibt.

Die Heliopause ist keine starre Schale. Sie ist eine dynamische Grenzregion, die auf Veränderungen des Sonnenwinds und des interstellaren Mediums reagiert. Teilchen, Magnetfelder, kosmische Strahlung und Druckverhältnisse spielen dabei zusammen.

Voyager 1 und Voyager 2 haben die Heliopause zudem an unterschiedlichen Orten und zu unterschiedlichen Zeiten durchquert. Die beiden Sonden liefern uns deshalb verschiedene Perspektiven auf eine Grenze, die wir gerade erst zu verstehen beginnen.

Hat Voyager wirklich das Sonnensystem verlassen?

Hier müssen wir etwas genauer werden, denn auch die Formulierung vom „Rand des Sonnensystems“ kann irreführend sein.

Voyager 1 und Voyager 2 befinden sich tatsächlich im interstellaren Raum. Sie haben die Heliopause überschritten und damit die vom Sonnenwind dominierte Heliosphäre verlassen.

Aber haben sie das Sonnensystem verlassen?

Nicht unbedingt. Es hängt davon ab, wie man das Sonnensystem definiert.

Die Gravitation der Sonne reicht wesentlich weiter als die Heliosphäre. Weit draußen wird außerdem die Oortsche Wolke vermutet, eine gigantische Region aus eisigen Körpern, die als Heimat vieler langperiodischer Kometen gilt.

Voyager hat diese Region noch nicht einmal erreicht.

Nach Schätzungen der NASA wird Voyager 1 noch ungefähr 300 Jahre benötigen, um die innere Grenze der Oortschen Wolke zu erreichen. Bis die Sonde auch deren äußeren Rand hinter sich gelassen hat, könnten etwa 30.000 Jahre vergehen.

Wenn also eine Schlagzeile behauptet, Voyager habe am „Rand des Sonnensystems“ eine Feuerwand entdeckt, ist das stark vereinfacht.

Präziser wäre:

Voyager 2 untersuchte eine extrem heiße Plasmaregion nahe der Heliopause, der äußeren Grenze der vom Sonnenwind dominierten Heliosphäre.

Zugegeben, damit gewinnt man vermutlich keinen Preis für die klickstärkste Überschrift des Jahres. Aber es entspricht wesentlich besser dem, was tatsächlich geschehen ist.

Kleines Intermezzo: Eine goldene Flaschenpost für Außerirdische

An Bord von Voyager 1 und Voyager 2 reist übrigens etwas ganz Besonderes mit: die Voyager Golden Record, eine vergoldete Kupferplatte mit Bildern, Geräuschen, Musik und Grüßen von der Erde. Sie ist gewissermaßen unsere kosmische Flaschenpost, gedacht für den äußerst unwahrscheinlichen Fall, dass irgendwann eine außerirdische Zivilisation eine der beiden Sonden findet.

Auf der Platte befinden sich unter anderem Naturgeräusche von der Erde, Musik verschiedener Kulturen, gesprochene Grüße in 55 Sprachen und 115 Bilder, die etwas über unseren Planeten und seine Bewohner erzählen sollen. Auf der Hülle sind außerdem wissenschaftliche Symbole und Anleitungen eingraviert, mit denen hoffentlich erklärt wird, wie die Platte abgespielt werden kann und woher Voyager stammt.

Die Außerirdischen sollten sich mit dem Fund allerdings nicht unbedingt beeilen. Voyager 1 wird erst in etwa 40.000 Jahren einem anderen Stern vergleichsweise nahe kommen und den Stern Gliese 445 in rund 1,6 Lichtjahren Entfernung passieren. Voyager 2 benötigt ebenfalls ungefähr 40.000 Jahre, um sich dem Stern Ross 248 auf rund 1,7 Lichtjahre anzunähern. Und selbst dann ist natürlich keineswegs garantiert, dass dort jemand wohnt, zufällig eine alte Raumsonde einsammelt und auch noch einen passenden kosmischen Plattenspieler besitzt.

Falls es doch passiert, bleibt nur zu hoffen, dass unsere außerirdischen Nachbarn nach dem Anhören der Platte zu dem Schluss kommen: „Die Musik war ganz gut. Schauen wir mal vorbei.“

Und nicht: „Okay, jetzt wissen wir, wo sie wohnen.“

Die Voyager-Mission: Eigentlich sollten es nur fünf Jahre werden

Die Geschichte wird noch erstaunlicher, wenn man sich vor Augen führt, wofür die Voyager-Sonden ursprünglich gebaut wurden.

Voyager 1 und Voyager 2 starteten beide im Jahr 1977. Ihre ursprüngliche Hauptmission sollte nur etwa fünf Jahre dauern und Jupiter sowie Saturn erforschen.

Voyager 2 nutzte anschließend eine seltene günstige Stellung der äußeren Planeten und flog weiter zu Uranus und Neptun. Bis heute ist sie die einzige Raumsonde, die beide Eisriesen aus der Nähe besucht hat.

Die beiden Sonden wurden zu einer der erfolgreichsten Forschungsmissionen in der Geschichte der Raumfahrt.

Und Jahrzehnte nach ihrem Start begannen sie eine Mission, die beim Abflug noch weit in der Zukunft lag: die direkte Erforschung der Grenze zwischen unserer Heliosphäre und dem interstellaren Raum.

John Richardson brachte dieses Gefühl auf den Punkt:

„Working on Voyager makes me feel like an explorer, because everything we're seeing is new.“

Oder auf Deutsch:

„Die Arbeit an Voyager gibt mir das Gefühl, ein Entdecker zu sein, denn alles, was wir sehen, ist neu.“

Es fällt schwer, eine passendere Beschreibung für die Voyager-Mission zu finden.

Faktencheck: Was stimmt und was nicht?

Behauptung: Voyager traf auf eine 90.000 Grad heiße Region.

Urteil: Irreführend. Die wissenschaftlich gemessenen Temperaturen lagen bei etwa 30.000 bis 50.000 Kelvin. Das entspricht maximal ungefähr 49.700 °C oder 89.500 °F. Die berühmten 90.000 Grad stammen aus Fahrenheit.

Behauptung: Voyager flog durch eine Feuerwand.

Urteil: Falsch, wenn man es wörtlich nimmt. Es gibt dort keine Flammen und keine feste Wand. Der Begriff ist eine journalistische Metapher für extrem heißes und sehr dünnes Plasma nahe der Heliopause.

Behauptung: Die Region ist heißer als die Oberfläche der Sonne.

Urteil: Richtig. Die sichtbare Oberfläche der Sonne hat eine Temperatur von rund 5.500 °C. Das von Voyager 2 untersuchte Plasma erreichte umgerechnet bis zu ungefähr 49.700 °C.

Behauptung: Voyager hätte bei diesen Temperaturen schmelzen müssen.

Urteil: Falsch. Die Teilchendichte ist extrem gering. Deshalb wird trotz der hohen Temperatur nicht genügend Wärmeenergie auf die Sonde übertragen, um sie entsprechend aufzuheizen.

Behauptung: Voyager hat das Sonnensystem verlassen.

Urteil: Nur mit Einschränkung richtig. Voyager 1 und Voyager 2 haben die Heliosphäre verlassen und befinden sich im interstellaren Raum. Sie stehen aber weiterhin unter dem gravitativen Einfluss der Sonne und haben die weit entfernte Oortsche Wolke noch nicht erreicht.

Das Urteil der Sternen Schmiede

Die Schlagzeile von der „90.000 Grad heißen Feuerwand am Rand des Sonnensystems“ ist ein Paradebeispiel dafür, wie aus echter Wissenschaft eine Geschichte entsteht, die spektakulärer klingt als die tatsächlichen Messungen.

Die 90.000 Grad sind nicht völlig erfunden. Sie beziehen sich auf Fahrenheit. In Celsius sind es maximal knapp 50.000 Grad.

Die Feuerwand ist ebenfalls keine echte Feuerwand. Es gibt dort weder Flammen noch eine feste Barriere. Voyager 2 durchquerte eine Grenzregion mit extrem dünnem, ungewöhnlich heißem Plasma.

Und auch der „Rand des Sonnensystems“ ist eine starke Vereinfachung. Die Sonden haben die Heliosphäre verlassen und den interstellaren Raum erreicht, aber die gravitative Heimat unserer Sonne reicht noch viel weiter hinaus.

Eigentlich ist es schade, dass die Geschichte überhaupt Clickbait braucht.

Zwei Raumsonden aus dem Jahr 1977, ausgestattet mit einer Technik, die heute hoffnungslos veraltet erscheint, fliegen seit fast einem halben Jahrhundert durch das All. Sie haben Jupiter und Saturn besucht, Voyager 2 zusätzlich Uranus und Neptun. Beide haben schließlich die Heliopause durchbrochen und sind in eine Region vorgedrungen, die nie zuvor eine menschliche Maschine direkt erforscht hatte.

Eine von ihnen maß dort Plasma, das bis zu neunmal heißer sein kann als die sichtbare Oberfläche unserer Sonne.

Und sie flog einfach weiter.

Ganz ohne Schilde, ohne Frame Shift Drive und sogar ohne eine einzige Hitzesenke im optionalen Modulslot.

Manchmal ist die Wirklichkeit eben schon spektakulär genug.