Claus Lunau

Rejsen til Solsystemets ende

På kun 50 år skal en ny sonde rejse ud af Solsystemet og studere rummet mellem stjernerne. Men det kræver en farlig manøvre, der aldrig er prøvet før.

Når rumsonden Interstellar Probe svinger rundt om Solen og sætter kursen ud af Solsystemet, når dens hastighed op på 300.000 km/t. Det er langt hurtigere end noget andet menneskeskabt fartøj – faktisk så hurtigt, at sonden kunne rejse til Mars på kun otte dage.

Men Interstellar Probe skal meget længere. Sonden skal rejse og sende data tilbage til Jorden i et halvt århundrede. Rejsens mål er rummet mellem stjernerne, hvor Solen er reduceret til en lille lysplet blandt mange andre i Mælkevejen, og der ikke findes andet end en ganske lille smule gas og støv.

I løbet af den 50 år lange mission vil rumsonden nå 1000 gange så langt fra Solen, som Jorden er, og tilbagelægge 150 milliarder km.

Den amerikanske astronom Ralph McNutt har i mere end 15 år været fortaler for at sende en hurtig sonde ud af Solsystemet. Nu er teknologien ved at være inden for rækkevidde.

© Marvin Joseph/The Washington Post/Getty Images

Endnu er Interstellar Probe dog kun på tegnebrættet. Idéen er fostret af den amerikanske rumforsker Ralph McNutt, der har arbejdet på flere rummissioner siden 1992. I mere end 15 år har han været den ivrigste fortaler for en mission ud af Solsystemet.

Hidtil har teknologien bare ikke været til rådighed, men med en kommende superraket bliver det muligt at give en sonde tilstrækkelig fart på, og nu bliver idéen taget alvorligt af det amerikanske rumagentur, NASA, og det europæiske, ESA. I løbet af de kommende år – sandsynligvis i 2023 – vil det blive afgjort, om rejsen ud af Solsystemet bliver til virkelighed.

Lille sonde får skjold og raketmotor

Ingeniørerne skal konstruere en sonde, der på én gang er let nok til at få høj fart på og samtidig er godt beskyttet mod Solens varme. Den skal også kunne indsamle store mængder data og sende dem til Jorden.

Instrumenter indsamler støv

Sondens instrumenter har til opgave at indfange og analysere støv og mikroskopiske partikler, måle magnetfelter og opfange infrarød stråling.

1

Antenne sender data til Jorden

Radioantennen har en diameter på godt to meter for at kunne række helt til Jorden. I en afstand af 150 mia. km vil signalerne være 139 timer undervejs.

2

Plutonium driver generator

En såkaldt termoelektrisk radioisotopgenerator omdanner varmen fra henfaldet af radioaktivt plutonium til elektricitet, som driver sondens udstyr.

3

Raketmotor giver ekstra fart

For at få så meget fart på, som den kan, tænder sonden en kraftig raketmotor, når den er tættest på Solen. Netop her har raketten den største effekt.

4

Skjold værner mod solen

Skjoldet af kulfiber og wolfram sørger for, at rumsonden og dens følsomme instrumenter overlever de op til 3000 °C ved manøvren rundt om Solen.

5
© Claus Lunau

Jorden bliver en lille plet

Hovedformålet med en interstellar rumsonde er at studere den ekstremt tynde suppe af stof og stråling, som findes i rummet mellem stjernerne.

Stoffet i dette interstellare medie stammer fra store stjerner, der for længst er brændt ud og er eksploderet som supernovaer. Det er stof som dette, Solen og alle Solsystemets planeter blev skabt af, da en gigantisk sky af støv og gas faldt sammen for 4,6 milliarder år siden.

8 dage ville det tage sonden at nå til Mars. Dens hastighed er 300.000 km/t.

Måske rummer støvet også organiske molekyler – byggestenene til mere komplekse molekyler som dem, livet opstod fra. Viden om stoffet vil give forskerne et enestående kig tilbage til Solsystemets fødsel.

I solid afstand fra Solen og planeterne kan rumsonden også kigge tilbage og se, hvordan Solsystemet ser ud udefra. Ligner vores solsystem alle andre, eller er der noget særligt ved det? Hvordan ser planeterne ud på lang afstand, og er det muligt at se, at Jorden er beboet, når vores planet er reduceret til en ganske lille blå pixel på et foto?

© Lasse Alexander Lund-Andersen

Svingtur om Solen giver fuld fart på

Sonden skal afprøve en manøvre, der aldrig er forsøgt før. For at nå op på den størst mulige hastighed skal den helt tæt på Solen og udnytte dens tyngdekraft.

1. Sonden rejser en lang omvej
Den interstellare sonde sendes først op i kredsløb om Jorden ved hjælp af raketten SLS. Fra denne bane sendes sonden videre mod Jupiter.

2. Jupiter bremser sonden ned
Sonden slynger sig rundt om Jupiter modsat den retning, planeten har i sin bane om Solen. Derved bremses den og begynder sit fald ind mod Solen.

3. Raketmotor giver et ekstra skub
Faldet giver sonden fart på. Tæt på Solen tænder den kortvarigt en raketmotor, og efter at have smidt motoren og solskjoldet sætter den kursen ud af Solsystemet med over 300.000 km/t.

Svarene på disse spørgsmål kan hjælpe astronomerne i jagten på liv andre steder i universet. De har allerede identificeret et halvt hundrede planeter, der kredser om andre stjerner end Solen, og som har størrelsen og temperaturen til at huse liv.

På Jorden har tilstedeværelsen af levende organismer ændret sammensætningen af atmosfæren, og med en rumsonde uden for Solsystemet kan forskerne finde ud af, hvordan denne ændring kan observeres på lang afstand. Dermed ved de også, hvad de skal kigge efter i lyset fra andre planeter, når de prøver at finde ud af, om vi er alene i universet.

To sonder har nået grænsen

For at se Solsystemet udefra skal sonden ud af heliosfæren, som er navnet på den gigantiske boble, Solen blæser i verdensrummet. Boblen dannes af partikler, der uophørligt strømmer ud fra Solen. Denne solvind skubber den interstellare gas væk fra Solen helt ud til en afstand af 18 milliarder km.

Heliosfæren er så stor, at kun to rumfartøjer har forladt den: NASA’s Voyagersonder, der blev opsendt i 1977. I 2012, efter 35 års rejse, brød Voyager 1 igennem heliopausen, som markerer grænsen mellem heliosfæren og det interstellare rum, og i 2018 blev det tvillingen Voyager 2’s tur.

Voyagersonderne sender stadig data tilbage til Jorden, men det er begrænset, hvor meget de kan fortælle os om det interstellare rum. Dels er de gamle sonder slet ikke designet til den opgave – målet med Voyagermissionen var at studere de store gasplaneter – og dels løber sondernes radioaktive batterier tør for energi om ganske få år.

Men målingerne fra de af Voyagersondernes instrumenter, der stadig fungerer, har trods alt fortalt forskerne en del om, hvordan heliosfæren adskiller sig fra det interstellare rum.

Da de nåede heliopausen, målte Voyager-sensorerne pludselig mange flere partikler – tætheden af elektroner steg fra 2000 pr. kubikmeter til det 20-dobbelte. Til gengæld faldt temperaturen i den tynde gas af ladede partikler, som fysikerne kalder et plasma.

Desuden kan forskerne se, at Voyagersonderne nu rammes af mere kosmisk stråling i form af partikler med meget høj energi. Det lader til, at heliosfæren skærmer Solsystemet mod 70 procent af denne stråling, der kan være sundhedsskadelig, hvis den rammer levende væsener.

Voyagersonderne bliver ramt af mere kosmisk stråling, efter at de har forladt Solsystemets beskyttende heliosfære.

© NASA

Voyager 2 mødte det interstellare rum i en afstand af 17,8 milliarder km fra Solen, mens Voyager 1 skulle 18,2 milliarder km ud. Heliosfæren er altså ikke helt kugleformet, og det er muligt, at Solen efterlader en lang hale af partikler på sin vej rundt om Mælkevejens centrum.

Passerer forbi ukendte kloder

Hvilken form heliosfæren har, og hvordan det interstellare rum præcis er sammensat, vil kun kunne afsløres af en interstellar sonde med instrumenter udviklet specielt til det formål.

Men sonden vil også blive udstyret med andre instrumenter, som skal aktiveres, længe før den når sit endelige mål. Det vil nemlig være oplagt at vælge en rute, som lader sonden passere tæt forbi et eller flere himmellegemer, som astrofysikerne gerne vil vide mere om.

Sonden skal forlade Solsystemet

Når turen går helt ud af Solsystemet, måles afstandene i milliarder af kilometer. Interstellar Probe skal rejse lige så langt på 50 år, som Voyagersonderne ville være 300 år om at rejse. På vej ud af Solsystemet møder sonden ukendte kloder.

Lasse Alexander Lund-Andersen

1 AU/0,15 mia. km: Jorden er Solsystemets måleenhed

Astronomerne bruger typisk afstanden mellem Jorden og Solen som måleenhed i Solsystemet. Afstanden, der er 150 millioner km, kaldes en astronomisk enhed og forkortes AU.

Lasse Alexander Lund-Andersen

Solsystemet er klemt sammen

Afstandene i Solsystemet er enorme. For at klemme dem sammen er Solsystemet her tegnet på en logaritmisk skala, hvor afstanden bliver tidoblet for hver markering på afstandslinealen.

Lasse Alexander Lund-Andersen

43 AU/6,5 mia. km: Ny isklode er halvt så stor som Pluto

Blandt de fjerne himmellegemer, som sonden kan passere tæt forbi og nærstudere, er den lille isklode Quaoar. Det gådefulde objekt blev opdaget så sent som i 2002 og er muligvis en dværgplanet. Med en diameter på ca. 1121 km er Quaoar omtrent halvt så stor som Pluto.

Lasse Alexander Lund-Andersen

120 AU/18 mia. km: Solens rige stopper ved heliopausen

En kraftig vind af partikler blæser ud fra Solen, men der er grænser for, hvor langt den såkaldte solvind når ud. Solens indflydelse stopper ved heliopausen. På den anden side af grænsen ligger det interstellare rum, der er domineret af partikler fra andre stjerner.

Lasse Alexander Lund-Andersen

122,7 & 147,9 AU/18 & 22 mia. km: Voyagersonderne er længst væk i dag

Ingen menneskeskabte objekter er nået så langt ud i rummet som de to Voyagersonder, der i 1977 blev sendt op for at studere Solsystemets yderste planeter. De vil fortsætte deres rejse ud blandt stjernerne, men løber snart tør for strøm, så radiosignalerne stopper.

Lasse Alexander Lund-Andersen

400 AU/60 mia. km: En niende planet kan gemme sig i mørket

Flere små iskloder kredser i baner, der tyder på, at en ukendt niende planet holder dem i skak. Den hypotetiske planet kredser om Solen uden for heliopausen og er ifølge beregninger fem gange så tung som Jorden. Hvis det lykkes at få øje på den, skal sonden lægge vejen forbi.

Lasse Alexander Lund-Andersen

1000 AU/150 mia. km: Sonden ser Solsystemet udefra

Når den interstellare sonde kommer 1000 gange så langt væk fra Solen, som Jorden er, er den for alvor ude i det interstellare rum. Herfra kan den betragte Solsystemet udefra, måle stof og stråling fra andre stjerner og måske finde organiske molekyler – de byggesten, livet på Jorden opstod af.

Lasse Alexander Lund-Andersen

2000-100.000 AU: Sky af is kredser om Solsystemet

Oortskyen er en sværm af små islegemer, der omslutter Solsystemet. Den hypotetiske sky strækker sig ifølge teorien fra omkring 2000 til 100.000 AU og menes at bestå af en indre skive og en ydre kugleskal.

Lasse Alexander Lund-Andersen

2000-100.000 AU: 5000 års rejse gennem skyen

Interstellar Probe vil være 5000 år om at rejse igennem Oortskyen. Astronomerne mener, at den fjerne sværm af islegemer er det sted, hvor kometer med omløbstider på over 200 år stammer fra.

Lasse Alexander Lund-Andersen

100.000 AU: Solens tyngdekraft fader ud

Oortskyens kugle af islegemer slutter omkring 100.000 AU, eller 15 mia. km, væk. Her er Solens tyngdekraft så svag, at objekter ikke længere går i kredsløb om den.

Lasse Alexander Lund-Andersen

268.000 AU/4,2 lysår: Den første stjerne dukker op

Solens nærmeste nabostjerne er Proxima Centauri, en rød dværg med en masse på kun 14 pct. af Solens. Stjernen har mindst én planet – muligvis en klippeplanet, der kredser i den beboelige afstand. Proxima Centauri indgår i stjernesystemet Alfa Centauri, der også tæller to andre stjerner.

Lasse Alexander Lund-Andersen

Vi ved efterhånden rigtig meget om de otte planeter, men i de yderste egne af Solsystemet gemmer der sig kloder, som endnu ikke er udforsket.

Allerøverst på astronomernes ønskeseddel står en forbiflyvning af en fjern planet, der slet ikke er opdaget endnu. Den såkaldte Planet 9 er indtil videre blot en hypotese, men en velbegrundet en af slagsen.

Siden 2016 har astronomerne Michael Brown og Konstantin Batygin argumenteret for, at der må findes en hidtil uset og ganske stor planet, der kredser meget langt fra Solen.

De baserer idéen på, at mange mindre iskloder længere ude end Neptun har baner, der minder om hinanden, og det kræver et større objekt, der så at sige holder dem i skak – en planet cirka fem gange så tung som Jorden, endnu længere ude end heliopausen.

"For virkelig at udforske det derude skal vi ud af Solsystemet hurtigst muligt." Astronom Ralph McNutt

Fordi den hypotetiske niende planet er så langt væk, er den uhyre vanskelig at få øje på i teleskoper, men astronomerne forsøger alligevel. Hvis det lykkes at finde Planet 9 før opsendelsen af en interstellar rumsonde, vil det være oplagt at flyve tæt forbi og finde ud af mere om den.

Solen skal bruges som katapult

Interstellar Probe bliver tidligst sendt op i 2030, og til den tid vil Ralph McNutt have rundet de 75 år. En ny generation vil for længst have taget over, når sonden begynder at sende data hjem fra det interstellare rum. Men det bekymrer ikke forskeren, der er mere optaget af, hvordan missionen kan blive til virkelighed.

NASA's kommende raket SLS kan give den interstellare sonde tilstrækkelig fart på. Den 100 m høje raket skal også sende astronauter til Månen og Mars.

© MSFC/NASA

Den store udfordring er at få fart nok på. Det kræver en gigantisk rumraket, men NASA’s 100 meter høje Space Launch System, som er under konstruktion, vil kunne løse opgaven. Desuden kan en dristig manøvre rundt om Solen give sonden et ekstra spark.

En interstellar sonde, der sender data hjem om verdensrummet 150 milliarder km fra Solen, kan ses som en generalprøve på en endnu længere tur til en stjerne med tilhørende planeter.

Sådan en rumrejse kan ikke foretages med den nuværende teknologi, for Solens nærmeste nabostjerne er hele 40.000 milliarder km væk. Men alle rejser begynder med det første skridt, og med Interstellar Probe kan menneskets rejse ud af Solsystemet for alvor tage sin begyndelse.