Diskurs 159 – Die Reise durch das Sonnensystem und darüber hinaus: Die Odyssee der Sonden Voyager 1 und 2 | DOKUMENTATION

Die Reise durch das Sonnensystem und darüber hinaus: Die Odyssee der Sonden Voyager 1 und 2 | DOKUMENTATION

Die Reise der Voyager-Sonden begann am 20. August 1977, als Voyager 2 gestartet wurde, gefolgt von Voyager 1 am 5. September desselben Jahres. Die NASA, die seit langem an der Erforschung der vier am weitesten entfernten Planeten des Sonnensystems (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) interessiert war, plante eine Mission, die sich die Ende der 1970er Jahre von dem Ingenieur Gary Flandro berechnete günstige Ausrichtung der Umlaufbahnen zunutze machen sollte. Die Nutzung der Schwerkraftunterstützung war notwendig, um sich von Planet zu Planet zu bewegen, und hätte einen Start innerhalb dieses Zeitraums erfordert, da sich eine ähnliche Gelegenheit erst in 176 Jahren wieder ergeben würde.

Die Schwerkraftunterstützung ermöglicht es einer Raumsonde, ihre Geschwindigkeit und Flugbahn durch Ausnutzung der Schwerkraft des Planeten zu verändern. Um die Erfolgschancen zu erhöhen, schickte die NASA zwei Sonden mit einer geplanten Lebensdauer von fünf Jahren, die noch immer in Betrieb sind. Das Hauptziel bestand darin, Daten über Jupiter und Saturn zu sammeln, darunter Aspekte wie Kartografie, Geologie, Morphologie, Zusammensetzung der Atmosphäre sowie die Untersuchung der Ringe und Satelliten, insbesondere Titan. Sollten die anfänglichen Ziele erreicht werden, würde die Datenerfassung auf Uranus und Neptun ausgedehnt werden, über die zu diesem Zeitpunkt nur sehr wenige Informationen vorlagen.

Nach dem Start hatte Voyager 1 bereits am 18. September 1977 eine Entfernung von 11,66 Millionen Kilometern zur Erde erreicht und das erste Bild aufgenommen, das gleichzeitig die Erde und den Mond zeigte. Dank einer kürzeren Flugbahn überholte Voyager 1 im folgenden Dezember Voyager 2. Anschließend durchquerten beide die Asteroidengürtel, wofür sie neun Monate benötigten, und erreichten damit das erste Ziel der Mission.

Von 1979 bis 1989 erforschten die Voyager-Sonden die vier Gasriesen. Jupiter, der seit der Antike mit bloßem Auge sichtbar ist und 1610 von Galileo Galilei mit einem Teleskop beobachtet wurde, ist der größte Planet des Sonnensystems. 1973 flog Pioneer 10 am Jupiter vorbei, gefolgt von Voyager 1 und Voyager 2 im März bzw. Juli 1979, die sich dem Planeten bis auf 210.000 km (Voyager 1) bzw. 570.000 km (Voyager 2) näherten.

Die Sonden ermöglichten die Beobachtung von Io, einem der Monde des Jupiter, der zuvor als geologisch inaktiv galt. Die übermittelten Bilder zeigten eine junge, kraterfreie Oberfläche, was auf intensiven Vulkanismus hindeutete, der durch die spätere Entdeckung von neun aktiven Vulkanen bestätigt wurde. Die Materialfontänen können Geschwindigkeiten von über 1 km/s und eine Höhe von 300 km erreichen. Derzeit sind auf Io über 400 Vulkane identifiziert worden, was die erste Beobachtung dieser Art außerhalb der Erde darstellt. Die damals aufgenommenen Bilder hatten jedoch eine geringere Auflösung als heute üblich.

In den letzten fünf Jahren haben Forscher Bilder vom Gipfel eines hawaiianischen Vulkans gesammelt, um einen detaillierten Atlas von Io, dem Mond des Jupiter, zu erstellen. Sie haben festgestellt, dass die Vulkane ungewöhnlich verteilt sind: Die hellsten Eruptionen konzentrieren sich entgegen den theoretischen Modellen auf die Jupiter zugewandte Hemisphäre. Es ist unklar, ob der Untergrund aus einem Magmaozean, mehreren Kammern oder einer schwammartigen Schicht besteht. Das Verständnis dieser Rätsel könnte zur Erforschung der Entstehung der Erde beitragen.

Die starken Gezeiten, die durch die exzentrische Umlaufbahn von Io und die Anziehungskraft des Jupiter entstehen, verursachen innere Reibung, wodurch große Mengen an Wärme freigesetzt werden und eine im Sonnensystem einzigartige vulkanische Aktivität entsteht. Die durchschnittliche Oberflächentemperatur von Io beträgt -130 °C, aber die Lava erreicht 1500 °C, da die dünne Atmosphäre keine Wärme speichert. 10 % der Wärmeenergie stammt aus dem Vulkan Loki Patera, der mit neuen und alten Daten beobachtet wurde. Die Trümmer der Vulkane bedecken weite Gebiete und speisen die Magnetosphäre des Jupiter.

Io, der geologisch aktivste Körper des Sonnensystems, wurde auch von der Sonde Juno untersucht, die seine Vulkane und schwefelreichen Lavaseen aus nächster Nähe beobachtete. Der kontinuierliche Zusammenbruch der Kruste führt zu neuen Eruptionen.

Die Voyager 1 ermöglichte die Identifizierung der Jupiterringe und entdeckte drei neue natürliche Satelliten: Thebe, Metis und Adrastea. Außerdem dokumentierte sie die wichtigsten Galileischen Monde, nämlich Io, Europa, Ganymed und Callisto. Unter diesen ist Europa für die wissenschaftliche Gemeinschaft aufgrund seiner eisigen Oberfläche, unter der sich möglicherweise ein Ozean verbirgt, von besonderem Interesse. Die Missionen JUICE der Europäischen Weltraumorganisation und Europa Clipper der NASA sollen diesen Himmelskörper bis 2030 erforschen, um flüssiges Wasser unter der Eiskruste zu finden. Sonden haben bereits 1979 Ganymed überflogen und so dazu beigetragen, die Kenntnisse über die Größe und die morphologischen Eigenschaften des Mondes zu vertiefen.

Später wurde festgestellt, dass Ganymed Titan an Größe übertrifft und damit der größte natürliche Mond ist. Später lieferte die Sonde Galileo während sechs Überflügen zwischen 1996 und 2000 weitere Details über Ganymed. Voyager 1 übertrug auch die ersten Bilder der Jupiterringe und enthüllte Strukturen, die denen auf Saturn ähneln, die zuvor aufgrund ihrer Dünne und geringen Helligkeit nicht entdeckt worden waren; dies erforderte eine erhebliche Annäherung an den Planeten. Die Ringe sind in drei Hauptabschnitte unterteilt: den innersten torusförmigen Abschnitt, den Hauptring (etwa 30 km dick), der wahrscheinlich aus Staub besteht, der von den Monden Adrastea und Metis stammt, und den Gossamer-Ring, der am weitesten vom Planeten entfernt ist und aus Trümmern von Amalthea und Thebe besteht.

Letzterer ist mit einer Dicke von mehreren tausend Kilometern bemerkenswert dick und verschwindet allmählich im interplanetaren Raum.Außerdem gibt es einen sehr dünnen Außenring, der Jupiter in retrograder Richtung umkreist. Die Dichte der Jupiterringe ist deutlich geringer als die der Saturnringe, und die mikrometrischen Partikel streuen das Licht, sodass sie von der Erde aus kaum zu sehen sind. Die Lücken in den Ringen stimmen mit der Position der kleinen Monde Metis und Adrastea überein, während zwei weitere diffuse Ringe die Satelliten Amalthea und Thebe umgeben. Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese Ringe aus Staub entstanden sind, der bei Einschlägen von den Mondoberflächen ausgestoßen wurde. Insgesamt haben die Sonden etwa 33.000 Fotos vom Jupitersystem aufgenommen.

Dank des Vorbeiflugs der Voyager 1 in einer Entfernung von 350.000 km vom Jupiter und den dabei aufgenommenen Bildern konnten Wissenschaftler bestätigen, dass der Große Rote Fleck, der 1665 von Cassini beobachtet wurde, ein riesiger Hochdruckgebiet ist, das aus über 160 km dicken Wolken besteht. Außerdem wurde festgestellt, dass der Sturm allmählich abnimmt; seine Ausdehnung hat sich von 40.000 km, wie von den Wissenschaftlern des 17. Jahrhunderts geschätzt, auf 23.000 km im Jahr 1979 (Messung von Voyager 2) und auf 16.500 km nach Messungen des Weltraumteleskops Hubble im Jahr 2014 verringert. Obwohl man davon ausgeht, dass er innerhalb von siebzig Jahren verschwinden wird, bleibt seine räumliche Dynamik unvorhersehbar. Die Veränderung der Form des Flecks, der immer runder wird, deutet auf eine noch wenig verstandene Entwicklung hin.

Weitere Studien haben das Verständnis der atmosphärischen und magnetosphärischen Prozesse des Jupiter erweitert, darunter auch die Polarlichter, die dank hochentwickelter Magnetfeldmessungen sichtbar gemacht werden konnten. Die Magnetosphäre des Jupiter ist bis heute die ausgedehnteste und stärkste im Sonnensystem und erstreckt sich über sieben Millionen Kilometer in Richtung Sonne, was fast der Umlaufbahn des Saturn in der anderen Richtung entspricht. Diese Struktur absorbiert Energie aus dem Sonnenwind und gibt sie durch Phänomene wie magnetische Substürme und Polarlichter ab, die durch starke Magnetströme um die Pole herum erzeugt werden.

Aus atmosphärischer Sicht weist Jupiter die bedeutendste Zusammensetzung unter den Planeten des Sonnensystems auf, da er hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, mit Spuren von Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Wasser. Die atmosphärische Dicke erreicht 5.000 km und ist in Schichten unterteilt: Exosphäre, Thermosphäre, Stratosphäre und Troposphäre. Letztere beherbergt ein komplexes System aus geschichteten Wolken und Nebeln, die hauptsächlich aus Ammoniak und Hydrogensulfiten bestehen und von hellen und dunklen Streifen begleitet werden, deren chromatischer Ursprung noch untersucht wird. Diese atmosphärischen Elemente werden sorgfältig überwacht, insbesondere dank der Daten der Juno-Mission, die es ermöglicht hat, die breite Palette dynamischer Phänomene, Zyklone, Antizyklone, Stürme, Blitze, den Großen Roten Fleck und das Ba-Oval zu beobachten.

Seit Februar 2024 hat Jupiter 95 bestätigte natürliche Satelliten. Die Monde sind nun in sechs Hauptgruppen unterteilt, darunter die Amalthea-Gruppe mit engen Umlaufbahnen und minimaler Neigung. Nach Jupiter untersuchten die Voyager-Sonden den Saturn, analysierten seine Ringe und lieferten in den 1980er Jahren grundlegende Bilder. Voyager 1 beobachtete Titan aus einer Entfernung von 6490 km, Tethys (mit einer 2000 km langen Schlucht), Mimas, Enceladus und Hyperion. Voyager 2 entdeckte den großen Krater Odyssey auf Tethys. Saturn, der zweitgrößte Planet, ist wenig dicht und hat einige der schnellsten Äquatorialwinde im Sonnensystem. Seine Atmosphäre, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, weist parallele Streifen auf, die auf Methan zurückzuführen sind; die Wolken variieren mit der Tiefe.

Die Magnetosphäre des Saturn, die der des Jupiter ähnelt, erzeugt Polarlichter und ist dank der Geysire des Enceladus reich an Plasma. Voyager 1 entdeckte vier neue Monde, die als Herdensatelliten der Ringe fungieren. Enceladus zeigt Oberflächenaktivitäten und Geysire, die für die Suche nach Leben interessant sein könnten, auch wenn derzeit keine speziellen Missionen geplant sind.

Titan, außerhalb der Magnetosphäre des Saturn, ist dem Sonnenwind ausgesetzt. Er weist Seen und Flüsse aus flüssigem Methan und Ethan sowie eine extrem niedrige Oberflächentemperatur (-179 °C) auf. Seine dichte Atmosphäre macht die Oberfläche trocken; selbst ein Asteroideneinschlag und das vorübergehende Vorhandensein von flüssigem Wasser würden für die Entwicklung von Leben nicht ausreichen. Einige vermuten Lebensformen in unterirdischen Ozeanen, aber die Temperatur scheint zu niedrig zu sein, um biologische Reaktionen zu ermöglichen.

Die Bilder der Sonden waren Anlass für die Cassini-Mission, die 2005 die Sonde Huygens auf Titan landete. Saturn hat mindestens 146 Monde. Die Ringe wurden 1610 von Galileo beobachtet und 1655 von Huygens als solche identifiziert; später stellte sich heraus, dass sie aus vielen eisigen Partikeln bestehen. Die Voyager- und Cassini-Missionen haben ihre Zusammensetzung, Struktur und das Vorhandensein von Hirtenmonden, die ihre Ausdehnung begrenzen, aufgedeckt.

Voyager 2 übertrug Bilder von anderen Eismonden wie Tethys und Dione. Trotz einiger technischer Probleme während des Vorbeiflugs hat sich das Wissen über Saturn erheblich erweitert. Auf ihrem Weg zum Uranus sendete Voyager 2 zahlreiche Fotos und Daten über den Planeten, seine Monde und sein Magnetfeld und zeigte bisher unbekannte Details, insbesondere über die südliche Hemisphäre des Planeten.

Die südliche Hemisphäre des Uranus zeichnet sich durch eine helle Polkappe und dunkle Äquatorialstreifen aus; zwischen diesen beiden Regionen ragt ein heller Streifen hervor, der als „Südkragen” bezeichnet wird und zusammen mit der Kappe als dichte Methanwolken angesehen wird. Voyager 2 hat nördlich des Kragens zehn kleine helle Wolken entdeckt, ohne weitere nennenswerte Aktivitäten auf dem Planeten zu beobachten. Die Rotationsperiode des Uranus beträgt 17 Stunden und 14 Minuten, während die durchschnittliche Temperatur der oberen Atmosphäre bei -224 °C gemessen wurde, was sich selbst an den Polen, unabhängig von ihrer Sonneneinstrahlung, als überraschend gleichmäßig erwies.

Uranus ist der kälteste Planet des Sonnensystems, dessen Atmosphäre überwiegend aus Wasserstoff und Helium besteht. Das atomare Verhältnis dieser Elemente wurde durch spektroskopische Analysen und Beobachtungen der Sonnenfinsternis durch die Sonde Voyager 2 bestimmt. Das Vorhandensein von Methan verleiht dem Planeten seine charakteristische blaue Färbung. Die Atmosphäre des Uranus ist im Vergleich zu anderen Gasriesen bemerkenswert stabil, was durch die geringe Anzahl von Wolkenformationen belegt wird, die während des Vorbeiflugs der Voyager 2 beobachtet wurden.

Die Rotationsachse des Uranus ist stark geneigt, wodurch der Eindruck entsteht, dass der Planet entlang seiner Umlaufbahn „rollt” und die Nord- und Südpole am Äquator liegen. Im Laufe der Mission wurden elf neue Monde und weitere Ringe entdeckt; die entdeckten Monde wurden nach literarischen Figuren benannt, darunter Julia, Portia, Cressida, Desdemona, Rosalind, Belinda, Perdita, Cordelia, Ophelia und Bianca. Puck ist mit einem Durchmesser von 162 km der größte innere Mond und der einzige, von dem die Bilder der Voyager 2 bedeutende Details zeigen.

Die ersten Vermutungen über die Existenz der Ringe des Uranus stammen aus dem Jahr 1787, mit einer detaillierten Beschreibung des Epsilon-Rings; das System wurde 1977 offiziell bestätigt. Später identifizierte Voyager 2 bei Beobachtungen zwischen 1985 und 1986 zwei weitere Ringe; 2005 entdeckte das Hubble-Teleskop weitere, weiter entfernte Ringe. Diese Ringe, die im Vergleich zum Alter des Sonnensystems relativ jung sind, sollen aus Trümmern der Monde entstanden sein.

Vor dem Vorbeiflug der Sonde im Jahr 1986 lagen keine Daten über die Magnetosphäre des Uranus vor. Die Beobachtungen ergaben ein ungewöhnliches Magnetfeld, dessen Ursprung etwa 8.000 km vom geometrischen Zentrum entfernt und um 59° gegenüber der Rotationsachse geneigt ist, wodurch eine asymmetrische Magnetosphäre entsteht. Die magnetische Intensität variiert erheblich zwischen den Polen, und 2017 führten die Analysen der Voyager-2-Daten Wissenschaftler dazu, einen täglichen magnetischen Rekonnektionsprozess zwischen der Magnetosphäre des Uranus und dem Sonnenwind zu identifizieren. Diese besondere Konfiguration könnte angesichts der Ähnlichkeit mit Neptun ein gemeinsames Merkmal der Eisriesen sein. Trotz dieser Besonderheiten weist die Magnetosphäre des Uranus Ähnlichkeiten mit denen anderer Planeten auf, obwohl der Magnetstaart aufgrund der seitlichen Rotation eine Korkenzieherform aufweist; Polarlichter erscheinen als leuchtende Bögen um die Magnetpole.

Im Jahr 2020 ermöglichten eingehende Analysen der Magnetosphärendaten durch NASA-Astronomen die Entdeckung eines Plasmoids: einer autonomen Struktur aus Plasma und Magnetfeld, die nach und nach einen Teil der Planetenatmosphäre abzieht. Das Vorhandensein dieser Magnetblase war bereits 1986 registriert worden, aber erst dreißig Jahre später konnte sie tatsächlich identifiziert werden.

Voyager 2 lieferte im Januar 1986 außerdem Bilder von Miranda, einem Mond des Uranus, von dem dank der Sonde die besten Aufnahmen vorliegen, die jedoch aufgrund der Dunkelheit in der nördlichen Hemisphäre während des Überflugs auf die südliche Hemisphäre beschränkt sind. Miranda ist der kleinste der fünf Hauptmonde des Uranus mit einem Durchmesser von weniger als 500 km und einer Entfernung von 129.900 km vom Planeten. Die Oberfläche scheint aus Wassereis gemischt mit Silikaten, Karbonaten und Ammoniak zu bestehen und weist eine abwechslungsreiche Geografie mit überlappenden Kratern, Klippen und bis zu 20.000 m tiefen Canyons sowie bis zu 24.000 m hohen Bergen auf. Diese chaotische Landschaft deutet auf intensive geologische Aktivitäten in der Vergangenheit hin, deren Ursachen noch untersucht werden. Einige Wissenschaftler vermuten, dass Miranda zahlreichen Meteoriteneinschlägen ausgesetzt war oder unvollständige Differenzierungsprozesse in ihrem Inneren durchlaufen hat.

Der Vorbeiflug an Uranus fand am 24. Januar 1986 statt. Anschließend konnten mit dem Hubble-Weltraumteleskop und den wichtigsten Teleskopen auf der Erde detailliertere Bilder aufgenommen und saisonale Veränderungen, eine verstärkte meteorologische Aktivität und starke Winde festgestellt werden. Derzeit werden Pläne für die Entsendung eines Orbiters zum Uranus geprüft, die jedoch noch nicht im Detail festgelegt sind.

Die Erkundungstätigkeit wurde dann auf Neptun ausgedehnt, der 1989 mit einem Vorbeiflug in nur 48.000 km Entfernung erreicht wurde. Da Neptun der letzte Himmelskörper war, den Voyager 2 überflog, gab es keine Einschränkungen für die Flugbahn zum Verlassen des Planetensystems. Das wissenschaftliche Team entschied sich daher für einen nahen Vorbeiflug am Nordpol des Planeten, um die Schwerkraft zu nutzen und sich dem Mond Triton zu nähern. Voyager 2 näherte sich bis auf 4.950 km dem Nordpol, eine Entfernung, die die Funkverbindungen zunehmend erschwerte. In der Zeit vor dem Vorbeiflug wurden verschiedene Maßnahmen ergriffen, um das Netzwerk der Bodenantennen zu verstärken.

Das Plasmamessinstrument auf Voyager 1 war seit 1980 nicht mehr in Betrieb, aber das auf Voyager 2 ermöglichte 2018 detaillierte Analysen, die bestätigten, dass sich das Plasma in der Nähe der Heliopause verlangsamt, aufheizt und seine Dichte erhöht. Sowohl Voyager 1 als auch Voyager 2 stellten eine poröse Beschaffenheit der Heliopause fest und wiesen auf die Möglichkeit hin, dass Filamente interstellarer Partikel in die Heliosphäre selbst eindringen.

Die Beobachtungen zeigten, dass sich der Sonnenwind vor der Heliopausenschwelle deutlich abschwächt, was von beiden Sonden bestätigt wurde. Die Gesamtform der Heliosphäre bleibt jedoch ungewiss: Sie könnte oval, rund, halbmondförmig oder mit einem kometenartigen Schweif versehen sein, je nach Einfluss des interstellaren Mediums.

Die beiden Voyager-Sonden haben das Sonnensystem nicht verlassen, sondern setzen ihre Flugbahn in Richtung unerforschter Regionen jenseits des Sonnenwindes fort. Dieser zweite Teil der Mission wird als "Voyager Interstellar Mission" bezeichnet. Während der Reise traten verschiedene technische Probleme auf, für die Lösungen gefunden wurden. So ließ sich beispielsweise unmittelbar nach dem Start von Voyager 2 eine der Antennen nicht richtig schließen; das Problem wurde durch eine physikalische Änderung der Struktur gelöst. In einem anderen Fall musste die Anzahl der eingesetzten Triebwerke auf zwei reduziert werden, um den Treibstoffverbrauch zu optimieren.

Während der Manöver traten weitere Betriebsschwierigkeiten auf, wie z. B. der unerwartete Eintritt von Voyager 2 in den Sicherheitsmodus und Kommunikationsprobleme aufgrund der Unschärfe der Antenne. Die Betreiber ergriffen nach und nach manuelle Frequenzkontrollmaßnahmen, um die Funktionsfähigkeit wiederherzustellen.Die Morphologie von Triton deutet auf eine lange geologische Geschichte hin, was durch die jüngste Erneuerung eines Großteils der Oberfläche und eine besondere Rotationsachse belegt wird, die die Ausrichtung der polaren und äquatorialen Regionen zur Sonne beeinflusst. Voyager 2 hat Triton überflogen, als der Südpol unserem Stern zugewandt war. Man nimmt an, dass Triton zu etwa 25 Prozent aus Wassereis und der Rest aus felsigem Material besteht.

Die Mission lieferte auch die ersten Bilder von Neptuns Ringen und klärte bisher wenig bekannte Aspekte der 1984 entdeckten dunklen Ringe. Die Bilder bestätigen die Existenz vollständiger und zahlreicher Ringe: die drei wichtigsten sind Galle, Le Verrier und Adams. Der Adams-Ring umfasst Materialbögen mit den Namen Liberté, Egalité, Fraternité und Courage, die den hellsten Abschnitten entsprechen. Die Ringe des Neptun gelten ebenfalls als relativ jung und sind wahrscheinlich durch die Kollision bereits existierender Monde mit dem felsigen Rand des Planeten entstanden. Beobachtungen von der Erde aus deuten auf die instabile Natur der Ringe hin, wobei Bilder des VM Keck-Observatoriums aus dem Jahr 2002 eine Verschlechterung gegenüber den Daten von Voyager 2 zeigen: 2003 war der Courage-Bogen fast erloschen und verschwand bis 2009 vollständig.

Voyager 2 ist derzeit die einzige Sonde, die den Neptun überflogen hat, und lieferte wichtige Daten, die die wichtigste Quelle des derzeitigen Wissens über diesen Planeten darstellen. Die gesammelten Bilder wurden live in der Sondersendung "Neptune All Night" übertragen.

Die nächste Phase der Erforschung von Neptun und Triton ist Teil des Flaggschiffprogramms; diese Mission mit der Bezeichnung Trident könnte bis 2025 gestartet werden, mit dem Ziel, Triton im Jahr 2038 zu erreichen. Nach der Beobachtung der vier Gasplaneten folgte Voyager 2 einer südwärts gerichteten Flugbahn entlang der Ekliptik, der Ebene der Umlaufbahn der Planeten des Sonnensystems.

1990 erhielt Voyager 1 von der NASA den Auftrag, die von ihr besuchten Planeten von außen zu fotografieren, darunter ein Porträt der Erde aus einer Entfernung von 6,4 Milliarden Kilometern. 1994 wurde Voyager 2 - ebenfalls 6 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt - eingesetzt, um den Einschlag des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf dem Jupiter zu beobachten, wobei sie Radiosignale aufzeichnete, ohne direkt Spuren des Ereignisses zu entdecken.

Am 17. April 2010 war Voyager 1 112 Astronomische Einheiten von der Erde entfernt und im interstellaren Raum in Betrieb, nachdem sie 2012 die Heliosphäre passiert hatte, gefolgt von Voyager 2 im Dezember 2018. Die Heliosphäre, die durch den sogenannten terminalen Schock begrenzt wird, ist eine Region, in der sich der Sonnenwind auf einen Unterschallzustand verlangsamt; Voyager 2 durchquerte diese Zone im Jahr 2007 und trat in die Heliosheath ein, die aus heißen Gasen besteht, die im interstellaren Bereich von den Sonnenwinden ausgestoßen werden.

Anhand der gesammelten Daten konnte der Radius der Heliosphäre auf etwa 17 Milliarden Kilometer geschätzt werden, einschließlich der Sonne, der acht Planeten und zahlreicher kleinerer Körper in der Umlaufbahn. Die Grenze der Heliosphäre, die so genannte Heliopause, ist der Punkt, hinter dem der Sonnenwind durch das interstellare Medium gestoppt wird. Beide Sonden erreichten also den interstellaren Raum, der hauptsächlich aus einer Mischung aus Gas, kosmischer Strahlung und Staub besteht. Obwohl sie in Bezug auf die Dichte der angetroffenen Teilchen im Allgemeinen übereinstimmten, wichen die übermittelten Daten manchmal voneinander ab, was zu neuen Hypothesen über die Bewegungen der Sonne in der Galaxie führte.

Als Voyager 1 die Heliopause passierte, war das interstellare Magnetfeld zwei- bis dreimal so stark wie erwartet und übte einen höheren Druck aus als bisher angenommen. Dies war die erste Annäherung einer Sonde an den Neptun, die aufgrund der spektakulären Bilder sowohl in der Wissenschaft als auch in der Öffentlichkeit auf großes Interesse stieß. Die charakteristische blaue Farbe des Planeten ist auf die Absorption der roten Komponente durch Methan zurückzuführen, während andere, noch nicht identifizierte Gase zu dem blau-violetten Farbton beitragen. Bei ausschließlicher Abwesenheit von Methan hätte Neptun in der Tat eine grüne Farbe angenommen.

Voyager 2 hat etwa 10.000 Bilder zurückgeschickt, darunter eines von einem riesigen dunklen Fleck und Wolken, die auf eine starke atmosphärische Aktivität hindeuten, die in ihrer Dynamik dem Großen Roten Fleck des Jupiters ähnelt. Dieser Fleck stellt einen riesigen Antizyklon mit einem Durchmesser von mehr als 1 000 km dar, der sich bis in die obere Atmosphäre erstreckt und weiße Zirruswolken aus Methankristallen erzeugt, die innerhalb weniger Stunden sublimieren. Diese Wolkenphänomene bestehen auch nach 36 Stunden noch fort, was etwa zwei Umdrehungen des Planeten entspricht, und der große dunkle Fleck ist zwar verschwunden, aber durch andere ähnliche Formationen ersetzt worden.

Die Sonde dokumentierte auch einen kleinen dunklen Fleck mit einem leuchtenden Kern, der während der Annäherung wuchs. Die Atmosphäre des Neptun zeichnet sich durch eine hohe Variabilität aus und besteht aus 84 % Wasserstoff, 12 % Helium, 2 % Methan und Spuren von Ammoniak, Ethan und Acetylen, womit sie der des Uranus ähnelt. Auf Neptun wurden die stärksten Winde im Sonnensystem mit Geschwindigkeiten von über 2.000 km/h gemessen. Die atmosphärische Schichtung führt zu sehr kalten Bedingungen in der Peripherie und hohen Temperaturen in der Tiefe, wodurch Blasen entstehen, die diese heftigen Winde hervorrufen. Jüngste Messungen haben ergeben, dass die Masse des Planeten um 0,5 % geringer ist als ursprünglich angenommen, was ungefähr der Masse des Mars entspricht.

Es wurden schwache Polarlichter beobachtet, wobei das Magnetfeld um 47° zur Rotationsachse geneigt ist. Die Rotationsperiode des Neptun wurde mit 16 Stunden und 6 Minuten bestimmt. Voyager 2 entdeckte sechs neue Satelliten: Despina, Galatea, Larissa, Proteus, Naiades und Talassa, womit sich die Gesamtzahl der bekannten Monde auf 14 erhöht hat, die später auf 16 erhöht wurde. Die innersten Satelliten kreisen innerhalb der Ringe des Neptun; nur Proteus wurde rechtzeitig entdeckt, um eingehende Beobachtungen zu planen. Proteus hat eine unregelmäßige Form und ist die maximal mögliche Größe für ein Objekt seiner Dichte, ohne eine Kugelform anzunehmen.

Triton, der Haupttrabant, wurde 1846 entdeckt; neuere Daten haben Geysire mit bis zu 8 km hohen Plumes identifiziert. Voyager 2 näherte sich bis auf 39.790 km an die Oberfläche an und lieferte grundlegende Informationen über diesen Mond, einschließlich Beobachtungen von etwa 40 % seiner Oberfläche, die sich als relativ glatt erwies. Die südliche Polkappe, Hulanda Regio, war die erste Region, die von der Sonde untersucht wurde und eine unregelmäßige, rosafarbene, stark reflektierende Oberfläche aufwies. Der Durchmesser von Triton wird derzeit auf 2.700 km geschätzt.

Da Triton eine retrograde Umlaufbahn hat, muss er sich an einem anderen Ort gebildet haben und wurde anschließend von Neptun eingefangen. Die Gezeitenwechselwirkung mit dem Planeten führt zu einem allmählichen Energieverlust, der langfristig zur Fragmentierung oder zum Absturz des Satelliten führen könnte. Voyager 2 entdeckte eine dünne Atmosphäre um Triton, vergleichbar mit 1 % der Atmosphäre der Erde, und eine minimale Oberflächentemperatur von -235 °C, die niedrigste, die jemals im Sonnensystem gemessen wurde. Es wurden Beweise für Kryovulkanismus gefunden, der auf schmelzendes Eis zurückzuführen ist, mit Emissionen von flüssigem Stickstoff, Staub und Methanverbindungen aus dem Untergrund. Ein Bild zeigt einen Jet, der bis zu 8 km aufsteigt und von den Winden über weitere 140 km getragen wird.

Die Hardware- und Softwarekapazität der Sonden ist durch die technologischen Beschränkungen der 1970er Jahre begrenzt: Der verfügbare Speicher beträgt 69 KB und die Sendeleistung nur 23 W. Heute wird der verbleibende Betrieb von einem kleinen Team von Spezialisten gewährleistet.

Mit zunehmendem Alter der Sonden nehmen die technischen Probleme zu: Einige Haupttriebwerke haben an Effizienz verloren, aber es wurden Reservemotoren reaktiviert, um die Ausrichtung der Antennen zu regulieren. Seit 2002 nutzt Voyager 1 sein sekundäres Höhenkontrollsystem, während vereinzelte Fehler in den Computersystemen mehrere Fernwartungsphasen erforderlich machten, wie die vorübergehenden Ausfälle von Voyager 2 und Probleme mit der Antennenausrichtung oder der internen Datenweiterleitung zeigen.

Die Voyager-Sonden hatten mit verschiedenen technischen Schwierigkeiten zu kämpfen, darunter Probleme mit den Triebwerken und einer Fehlausrichtung der Antennen, die von den NASA-Ingenieuren behoben wurden. Voyager 1 sendet keine zuverlässigen Daten mehr, ist aber weiterhin aktiv. Die Suche nach Lösungen wird durch die Konsultation von Papierarchiven aus den 1970er Jahren und die langen Signalübertragungszeiten erschwert. Derzeit befindet sich Voyager 1 24 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt, Voyager 2 20 Milliarden Kilometer. Beide kommunizieren noch, obwohl viele Instrumente ausgeschaltet wurden, um Energie zu sparen. Die Kommunikation mit Voyager 2 wird voraussichtlich noch maximal fünf Jahre dauern. Die Kernreaktoren verlieren allmählich an Leistung, was die Funktionen der Sonden weiter einschränkt.

Beide transportieren die Golden Record, eine Schallplatte mit Klängen und Bildern der Erde, die als symbolische Botschaft für eventuelle außerirdische Zivilisationen konzipiert wurde. Die Sonden, die für eine Lebensdauer von fünf Jahren ausgelegt waren, haben fast ein halbes Jahrhundert im Einsatz verbracht und dank Zehntausender gesammelter Bilder und Daten einen enormen Beitrag zum Wissen über das Sonnensystem geleistet. Schätzungen zufolge wird Voyager 1 in vierzigtausend Jahren in der Nähe des Sterns a+79 3888 vorbeifliegen, während Voyager 2 in etwa 296.000 Jahren Sirius streifen wird. Wenn das Signal zu schwach wird, werden die Sonden ihre Reise durch den Weltraum ohne Kommunikation mit der Erde fortsetzen.

Die Milchstraße ist etwa 13 Milliarden Jahre alt und wird in vier Milliarden Jahren wahrscheinlich mit Andromeda kollidieren. Jüngste Studien mittels Astroseismologie haben es ermöglicht, das Alter ihrer dichten Scheibe zu revidieren und den alten Ursprung unserer Galaxie zu bestätigen. Insgesamt werden sich die beiden Galaxien zu einer einzigen Struktur verbinden.

Stellen Sie sich das außergewöhnliche Sternenpanorama vor, das diese neue Megagalaxie bieten könnte. In der Zwischenzeit weckt die Milchstraße weiterhin das Interesse der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Im Jahr 2010 identifizierten Astronomen Emissionen riesiger Gasblasen an den Seiten ihres Zentrums. Diese Strukturen, bekannt als Fermi-Blasen, zeichnen sich durch eine strahlenförmige Form aus, die der Zahl Acht ähnelt und senkrecht zur galaktischen Scheibe ausgerichtet ist. Derzeit ist die genaue Natur dieser Blasen noch unklar: Einige Wissenschaftler vermuten, dass ihre Symmetrie in direktem Zusammenhang mit dem galaktischen Zentrum stehen könnte. Sie könnten Manifestationen im Zusammenhang mit dem Tod von Sternen in der Region Sagittarius A* sein, dem Sitz des supermassiven Schwarzen Lochs unserer Galaxie.

Die Milchstraße entwickelt sich im Universum inmitten einer Vielzahl von Sternen. Es wurde festgestellt, dass sie zu einer Gruppe gehört, die als Lokale Gruppe bekannt ist und über sechzig Galaxien umfasst, hauptsächlich Zwerggalaxien, die alle durch gemeinsame Gravitationskräfte miteinander verbunden sind. Die Lokale Gruppe ist jedoch nur ein Bruchteil eines noch größeren Haufens, der Virgo-Superhaufen, an dessen Rand sich unser Galaxiensystem befindet. Dieser Superhaufen umfasst mindestens hundert Galaxiengruppen und -haufen und erstreckt sich über etwa zweihundert Millionen Lichtjahre. Sie selbst ist Teil einer noch ausgedehnteren Struktur, der Laniakea-Supergalaxienhaufen, der aus über hunderttausend Galaxien besteht und sich über mehr als 520 Millionen Lichtjahre erstreckt. Nicht alle Wissenschaftler sind sich über den gravitativen Zusammenhalt der Galaxien in dieser letzten Struktur einig; einigen Theorien zufolge könnten sich diese Untergruppen im Laufe der Zeit auflösen.

Zurück zur Lokalen Gruppe: Trotz ihrer geringen Größe weist sie eine vollständige Palette von Galaxientypen auf, mit Ausnahme der riesigen elliptischen Galaxien, die sich in so begrenzten Kontexten nicht entwickeln können. Die Größe der Lokalen Gruppe wird auf etwa zehn Millionen Lichtjahre geschätzt, mit einer Gesamtmasse von 2.300 Milliarden Sonnenmassen. Die am weitesten vom Sonnensystem entfernten Galaxien sind etwa fünf Millionen Lichtjahre voneinander entfernt. Obwohl die Gruppe überwiegend Zwerggalaxien umfasst, gehören ihr auch drei große und massereiche Galaxien an: die Andromeda-Galaxie, die wahrscheinlich größte, die Dreiecksgalaxie, die kleinste, und natürlich die Milchstraße. Die wichtigsten Mitglieder der Lokalen Gruppe, die Andromeda-Galaxie und die Milchstraße, sind von einer unterschiedlichen Anzahl von Satellitengalaxien umgeben; einige Galaxien der Gruppe scheinen jedoch unabhängig zu sein und werden Gegenstand weiterer Untersuchungen sein. Alle sind jedoch mit dem Gravitationszentrum der Lokalen Gruppe verbunden, das sich zwischen der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie befindet.

Die Milchstraße beherbergt Hunderte von Milliarden Sternen, wobei die Schätzungen zwischen 200 und 400 Milliarden liegen. Es wird angenommen, dass es mehr als 100 Milliarden Planeten in diesem riesigen Haufen gibt, dessen Durchmesser zwischen 100.000 und 200.000 Lichtjahren liegt. Die meisten Sterne sind im galaktischen Zentrum konzentriert, während ihre Anzahl jenseits von 120.000 Lichtjahren drastisch abnimmt. Jenseits der sichtbaren Grenzen der Milchstraße befindet sich eine Mischung aus interstellarem Gas, das im intergalaktischen Raum verstreut ist, aber es könnte noch weitere Objekte geben, die noch nicht entdeckt wurden.

Die Wechselwirkungen mit anderen Galaxien haben die Morphologie der Milchstraße erheblich beeinflusst. Jüngste Studien deuten darauf hin, dass vor etwa 700 Millionen Jahren ein naher Vorbeiflug erhebliche gravitative Störungen verursacht hat, deren Spuren noch heute in der galaktischen Scheibe zu sehen sind, die Verformungen und Bewegungen in Richtung des Sternbilds Pegasus mit einer Geschwindigkeit von fast 115.200 km/h (32 km/s) aufweist. Darüber hinaus wird die sphärische Zwerggalaxie Sagittarius, einer der der Milchstraße am nächsten gelegenen Satelliten, als Hauptverantwortliche für die an den äußeren Galaxienrändern beobachteten Wellen identifiziert und könnte zur Entstehung der Sonne beigetragen haben.

Kollisionen zwischen Galaxien manifestieren sich nicht durch explosive Ereignisse, sondern lösen Kettenreaktionen und fortschreitende dynamische Veränderungen aus, die die beteiligten Strukturen erheblich verändern können. Die Zwerggalaxie im Sternbild Schütze hatte in den letzten sechs Milliarden Jahren zahlreiche Begegnungen mit der Milchstraße, was zu Sternwellen führte und Sternentstehungsprozesse auslöste.

Nach einigen astrophysikalischen Simulationen begünstigte eine heftige Kollision vor sechs Milliarden Jahren die Entstehung der Andromeda-Galaxie. Die Modelle geben die strukturellen Merkmale dieser Galaxie originalgetreu wieder: die dünne Scheibe, den Gasring, die zentrale Ausbuchtung, die dicke und ausgedehnte Scheibe und die Ströme alter und heller Sterne in den Randbereichen. Studien deuten darauf hin, dass Andromeda das Ergebnis der Verschmelzung zweier Galaxien ist, von denen eine etwas massereicher als die Milchstraße und die andere dreimal kleiner war. Der Verschmelzungsprozess, der sich vor etwa 5,5 Milliarden Jahren vollzog, war angesichts der großen Menge an beteiligter Baryonenmasse das bedeutendste Ereignis in der Geschichte der lokalen Gruppe.

Die anfängliche Kollision war von beträchtlicher Intensität und führte zur Ausstoßung großer Gasmassen und Sterne in den Weltraum, die etwa einem Drittel der Masse der Milchstraße entsprachen und Gezeitenschweife bildeten, die sich später auflösten. Eine Hypothese führt den Ursprung der Magellanschen Wolken auf diese Gezeitenschweife zurück, da sowohl ihr Gasreichtum als auch ihre unregelmäßige Form mit den Eigenschaften von Formationen nach galaktischen Kollisionen übereinstimmen.

Diese Ergebnisse bestätigen einerseits, dass sich Spiralgalaxien durch aufeinanderfolgende Fusionen entwickelt haben, und andererseits, dass viele Zwerggalaxien aus Gezeitenausläufern entstanden sind. Das Rätsel um Zwerggalaxien, die offenbar nicht mit einer Wirtsgalaxie verbunden sind, bleibt jedoch bestehen. Es ist daher sinnvoll, andere Mitglieder der lokalen Gruppe, insbesondere die Einzelgalaxien, eingehender zu untersuchen.

Die unregelmäßige Zwerggalaxie im Sternbild Schütze, die sich von der berühmten gleichnamigen sphäroidischen Zwerggalaxie unterscheidet, befindet sich im Sternbild Schütze, etwa 4,2 Millionen Lichtjahre von der Sonne entfernt. Die Galaxie wurde 1977 auf Fotoplatten des Europäischen Südobservatoriums in Chile entdeckt und nimmt eine Randposition innerhalb der lokalen Gruppe ein, wodurch sie zu den exzentrischsten bekannten Galaxien zählt und heller ist als die Zwerggalaxie im Sternbild Wassermann. Ihre Sternpopulation umfasst zahlreiche Sterne mittleren Alters und 27 Kohlenstoffsterne, die sich durch eine kohlenstoffreiche Atmosphäre und eine rötliche Färbung aufgrund der Absorption kurzer Wellenlängen auszeichnen. Dennoch sind die meisten Sterne relativ jung und zwischen 4 und 8 Milliarden Jahre alt.

Die meisten Sterne der unregelmäßigen Zwerggalaxie im Sternbild Schütze sind metallarm mit einem Eisenmetallizitätsindex von weniger als 1,3. Diese Galaxie ohne definierte Form entwickelt sich autonom am Rande der lokalen Gruppe und wurde 2003 vom Hubble-Weltraumteleskop fotografiert, das die Spur eines Asteroiden neben ihr aufnahm. Das Bild zeigt 13 rötliche Bögen, die die Bahn des Asteroiden markieren, etwa 2,15 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt im Sternbild Ophiuchus.

Eine weitere unregelmäßige Zwerggalaxie, IC10, die 1889 von Lewis Swift entdeckt wurde, wurde in den 1960er Jahren aufgrund ihrer Radialgeschwindigkeit von 350 km/s als Galaxie der lokalen Gruppe identifiziert. Obwohl sie nahe liegt, ist sie schwer zu untersuchen, da sie von Staub und Sternen verdeckt wird, aber sie offenbart eine Population junger Sterne und mindestens 27 planetarische Nebel. IC10 ist bekannt für ihre hohe Sternaktivität; sie beherbergt durchschnittlich 5,1 Wolf-Rayet-Sterne pro Quadratkiloparsec und weist eine lange Geschichte der Sternentstehung auf, die durch eine ausgedehnte Hülle aus interstellarem Gas unterstützt wird. Die Rotation der IC10 umgebenden Wasserstoffblase ist unabhängig von der galaktischen Rotation. Im Kern stammen Röntgenstrahlen von einem Doppelsternsystem, das aus einem Wolf-Rayet-Stern und einem sehr massereichen stellaren Schwarzen Loch besteht.

Die irreguläre Zwerggalaxie Cetus (IC 16613 oder Caldwell 51), die sich etwa 2,4 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Walfisch befindet, beherbergt etwa 100 Millionen Sterne, darunter einige Cepheiden-Veränderliche, die eine wichtige Rolle bei der Messung kosmischer Entfernungen spielen. Die meisten Sterne dieser Galaxie entstanden vor etwa 7 Milliarden Jahren; derzeit findet keine Sternentstehung mehr statt. Sie wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt und erscheint als schwacher, diffuser Fleck, der nicht von interstellarem Staub verdeckt wird, was eine genaue Untersuchung ihrer variablen Sterne und eine präzise Bestimmung der Entfernungen ermöglicht. Caldwell 51 ist staubarm und leicht zu beobachten und ermöglicht somit eine direkte Analyse der Eigenschaften der Sterne.

Die variablen Sterne vom Typ RR Lyrae und rote Riesen, die periodische Veränderungen in Größe und Helligkeit aufweisen, haben Caldwell 51 für Entfernungsmessungen unverzichtbar gemacht. Die periodischen Helligkeitsschwankungen stehen in engem Zusammenhang mit der inneren Helligkeit der Sterne: Durch Messung dieser Periodizität können Astronomen die tatsächliche Helligkeit jedes Sterns ableiten. Der Vergleich dieser Helligkeit mit der jeweiligen scheinbaren Helligkeit ermöglicht dank der Rolle dieser Sterne als „Standardkerzen” die Berechnung der Entfernung. Diese Methode ermöglichte die Erstellung einer kosmischen Entfernungsskala, die zur Schätzung der Position zahlreicher Objekte im Universum verwendet wird.

Allerdings weisen nicht alle Galaxien so günstige Bedingungen auf wie Caldwell 51. Ein bedeutendes Beispiel ist die Zwerggalaxie Phoenix (PGC 6830), die sich 1,3 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Phönix befindet und 1976 von Hans Emil Schuster und Richard Martin West entdeckt wurde. Ursprünglich als Kugelsternhaufen klassifiziert, zeichnete sich Phoenix bereits bei den ersten Beobachtungen durch untypische Merkmale im Vergleich zu herkömmlichen Mustern aus. Die jüngeren Sterne befinden sich hauptsächlich in den inneren Regionen, verteilt entlang der Ost-West-Achse, während die älteren Sterne in den Randbereichen entlang der Nord-Süd-Achse liegen.

Obwohl Phoenix keine sphärische Zwerggalaxie ist, enthält sie nicht genügend Gas, um die Sternentstehung aufrechtzuerhalten, auch wenn ihr Kern Spuren regelmäßiger Aktivität im Laufe der galaktischen Entwicklung aufweist. Das Vorhandensein einer Gaswolke von etwa 10 Sonnenmassen in der Nähe der Galaxie, die wahrscheinlich durch wiederholte Supernova-Explosionen ausgestoßen wurde, unterstreicht den Einfluss dieser Ereignisse auf die jüngste Sternentstehung. Die Schwerkraft formte den Strom dann zu dem heutigen fadenförmigen Bogen, was seine Morphologie und das völlige Fehlen von Sternen erklärt.

In einer weiter entfernten Region des Kosmos, in der Nähe der Triangulum-Galaxie, wurde eine Hochgeschwindigkeits-Wolke (HVC 127-41-330) identifiziert, die sich 2,28 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt im Sternbild Fische (Pisces) befindet. Diese Struktur, die durch das Vorhandensein eines Halos aus dunkler Materie gekennzeichnet ist, das eine Scheibe aus baryonischem Gas und Staub einschließt, zeigt mögliche gravitative Wechselwirkungen mit der Zwerggalaxie Pisces. Da sie hauptsächlich aus neutralem atomarem Wasserstoff besteht, wird sie als H I-Region klassifiziert. Trotz ihrer massiven Ausdehnung - etwa 20.000 Lichtjahre - wurden in ihr keine Sterne entdeckt. Sollte sich bestätigen, dass es sich um eine Dunkelgalaxie handelt, wäre sie die erste ihrer Art in der Lokalen Gruppe.

Man geht davon aus, dass Dunkelgalaxien eine ursprüngliche Phase in der Entstehung der heutigen leuchtenden Galaxien darstellen, die durch ein sehr niedriges Verhältnis von baryonischer zu dunkler Materie gekennzeichnet ist, das zwischen 0,01 und 0,15 liegt. Diese Zusammensetzung ermöglicht keine effiziente Sternentstehung, so dass es äußerst schwierig ist, Sterne zu identifizieren. Einigen Schätzungen zufolge würde es mehr als 100 Milliarden Jahre dauern, die gesamte interstellare Materie in Sterne umzuwandeln, was dazu führt, dass diese Strukturen zu leuchtschwachen Oberflächengalaxien werden.

Es wird angenommen, dass solche dunklen Galaxien im frühen Universum weit verbreitet waren, und die Untersuchung solcher Objekte bietet wertvolle Informationen über die Entwicklungsprozesse heutiger Galaxien. Um sie aufzuspüren, schlug ein Forscherteam der Europäischen Südsternwarte 2012 eine Methode vor, die auf der Beleuchtung durch nahe Quasare beruht und die Fluoreszenz des Gases von Dunkelgalaxien zum Vorschein bringen kann, was ihre Identifizierung erleichtert. Fast 90 Prozent seiner Sterne sind weniger als 8 Milliarden Jahre alt, und das Vorhandensein von RR-Lyrae-Veränderlichen deutet auf eine Sternenpopulation von etwa 10 Milliarden Jahren hin. Der überwiegend junge Sterngehalt ist in der Regel das Ergebnis jüngster galaktischer Interaktionen, doch scheint Leo A keine konventionelle evolutionäre Entwicklung durchlaufen zu haben. Die Sterngeschichte dieser Galaxie wirft Fragen zu den Prozessen der Sternentstehung im Vergleich zu ähnlichen Galaxien auf.

In der lokalen Gruppe gibt es noch viele andere Galaxien und seltsame Phänomene. So ist die Große Magellansche Wolke in den Sternbildern Dorado und Mensa durch ein vom Hubble-Teleskop beobachtetes Ereignis in den Blickpunkt des Interesses gerückt: die Supernova LMC N49 in 160.000 Lichtjahren Entfernung. Dieser Supernova-Überrest, das Ergebnis der Explosion eines Sterns vor etwa 5.000 Jahren, besteht aus leuchtenden Fäden, die sich über etwa 75 Lichtjahre erstrecken. In der Endphase seines Lebens schleuderte der Stern energiereiches Gas aus und erzeugte eine Schockwelle, die das umgebende Material auf sehr hohe Temperaturen erhitzte.

In diesem Gashaufen wurde ein Neutronenstern mit einer sonnenähnlichen Masse und einem Durchmesser von wenigen Kilometern entdeckt, der aufgrund seiner hohen Dichte und schnellen Rotation als Pulsar eingestuft wird. Thermonukleare Explosionen dieser Art sind zwar kurzlebige Ereignisse, ermöglichen aber die Erfassung relevanter Daten über den Lebenszyklus eines Sterns und die Dynamik des interstellaren Mediums.

Magellansche Wolken sind auch mit Hochgeschwindigkeitswolken, wie dem Magellanschen Strom, verbunden. Solche Wolken, die aus interstellarem Gas bestehen, bewegen sich mit Geschwindigkeiten, die sich deutlich von der galaktischen Rotation unterscheiden und manchmal Hunderte von Kilometern pro Sekunde erreichen. Einige weisen eine geringe Metallizität auf, was auf einen Ursprung außerhalb der Wirtsgalaxie hindeutet, während andere Konzentrationen schwerer Elemente aufweisen, die wahrscheinlich auf den Auswurf durch Supernovae zurückzuführen sind. Der 1965 entdeckte Magellansche Strom umkreist die Milchstraße in einer Entfernung von 180.000 Lichtjahren und wird weiterhin untersucht, um seine Natur und seinen Ursprung zu verstehen.

Der Magellansche Strom hat aufgrund seiner besonderen Eigenschaften großes Interesse bei den Astronomen geweckt. Diese Formation, die aus interstellaren Wolken besteht, die sich fast 230° über die Himmelskugel erstrecken, hat eine Geschwindigkeit von fast 400 km/s. Sie ist nach der Milchstraße die zweitgrößte von der Erde aus beobachtete Struktur. Es bedurfte mehr als 40 Jahre der Beobachtung durch große Radioteleskope, um die Natur dieser Struktur zu verstehen. In einer Studie aus dem Jahr 2015 wurden die physikalischen Mechanismen ihrer Entstehung beschrieben und damit ihre Ursprünge geklärt.

Die Untersuchung ergab, dass der Magellansche Strom aus zwei bedeutenden Gasfilamenten besteht, die jeweils aus einer der beiden Magellanschen Wolken stammen. Diese Filamente bewegen sich auf die Milchstraße zu, indem sie deren Halo aus Gas durchqueren, das auf Temperaturen von fast einer Million Kelvin aufgeheizt ist, ähnlich der Flugbahn der jeweiligen Wolken, begleitet von großen Wirbeln. Während sich die Wolken der Milchstraße nähern, nimmt der vom galaktischen Halo ausgeübte Druck zu, so dass sie tendenziell in den Weltraum zurückgedrängt werden.

Außerdem fällt derzeit eine beträchtliche Menge kleinerer Gasblasen in unsere Galaxie, die Folge eines Schocks, der sich vor etwa 250 Millionen Jahren zwischen den beiden Magellanschen Wolken ereignete; durch dieses Ereignis entstand auch die Materiebrücke, die sie miteinander verbindet. Numerische Simulationen deuten darauf hin, dass sich die Entstehung des Stroms in zwei verschiedenen Phasen vollzog: Zunächst zog die größere Wolke Gas von der kleineren ab, als sie noch weit entfernt waren, während beide Galaxien bei ihrer Annäherung an die Milchstraße einen beträchtlichen Teil ihrer Masse zugunsten des Stroms selbst einbüßten. 10 Sonnenmassen in der Nähe der Galaxie, die wahrscheinlich durch wiederholte Supernovaexplosionen ausgestoßen wurden, verdeutlicht den Einfluss dieser Ereignisse auf die jüngste Sternbildung. Diese HI-Region aus neutralem atomarem Wasserstoff bleibt gravitativ an die Galaxie gebunden und dürfte sich ihr mit der Zeit wieder anschließen.

Was die sphäroidischen Zwerggalaxien der Lokalen Gruppe betrifft, so stellt die 2,8 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernte Galaxie Tucana ein isoliertes Mitglied dar, das den anderen Galaxien in Bezug auf unsere Galaxie fast diametral gegenübersteht. Sie besteht ausschließlich aus sehr alten Sternen, die in einer einzigen Entwicklungsphase entstanden sind, die parallel zu der der Milchstraße und ihrer Kugelsternhaufen verlief. Tucana weist eine zentrale Dispersionsgeschwindigkeit von 15,4 km/s und eine periphere Rotationsgeschwindigkeit von 16 km/s auf. Außerdem beträgt ihre Radialgeschwindigkeit in Bezug auf die Sonne 194 km/s, während sie sich mit 98,9 km/s vom galaktischen Zentrum der Milchstraße entfernt.

Diese 1990 entdeckte Galaxie war aufgrund ihrer Isolation häufig Gegenstand von Studien zum besseren Verständnis der Dynamik und Entwicklungsgeschichte der Lokalen Gruppe. Sie ist auch die zweitentfernteste Galaxie dieser Gruppe nach dem irregulären Zwerg Sagittarius, der etwa 3,6 Millionen Lichtjahre vom Gravitationszentrum entfernt ist. Nur von zwei sphäroidischen Zwerggalaxien ist bekannt, dass sie so isoliert sind: keine liegt in der Nähe der Milchstraße oder der Andromeda. Die isolierte Entwicklung von Tucana ermöglicht es den Wissenschaftlern, die entfernte Geschichte und den Einfluss der Umgebung auf die Entwicklungsprozesse von Zwerggalaxien zu untersuchen.

Ein weiterer interessanter Fall unter den isolierten Galaxien ist Wolf-Lundmark-Melotte (WLM), eine irreguläre Zwerggalaxie im Sternbild Walfisch, die etwa 3 Millionen Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Mit einer maximalen Ausdehnung von 8.000 Lichtjahren und einer Leuchtkraft, die etwas höher ist als die durchschnittliche Leuchtkraft von Kugelsternhaufen, weist WLM eine chemische Zusammensetzung auf, die der des frühen Universums ähnelt. IC 16613 befindet sich in seiner unmittelbaren Nähe, in einer Entfernung von einer Million Lichtjahren. Er wurde erstmals 1909 beobachtet und 1926 in die offizielle Liste der Kugelsternhaufen aufgenommen. Dort wurden massearme, als primitiv geltende Sterne entdeckt, von denen sich einige vor mehr als 12 Milliarden Jahren gebildet haben; etwa die Hälfte der Sterne liegt mehr als 9 Milliarden Jahre zurück.

Danach verlangsamte sich die Sternentstehung, um dann vor 1 bis 2,5 Milliarden Jahren wieder anzusteigen. In der Peripherie gibt es zahlreiche alte rote Sterne, während in den zentralen Regionen junge blaue Sterne überwiegen. Die langgestreckte Morphologie, die Isolation am Rande der Lokalen Gruppe und die stellaren Besonderheiten lassen darauf schließen, dass WLM nie mit anderen Galaxien der Gruppe oder kosmischen Objekten in Wechselwirkung getreten ist. Allerdings wurden in einigen Überriesen Anomalien in der Sauerstoffkonzentration festgestellt, die bis zu fünfmal höher sind als im interstellaren Medium, ähnlich denen, die in anderen Galaxien wie Barnard und der Kleinen Magellanschen Wolke beobachtet wurden. Diese Ergebnisse deuten auf ähnliche stellare Entwicklungspfade zwischen unabhängigen Galaxien hin.

Nicht alle Galaxien in der Lokalen Gruppe haben jedoch identische Entwicklungspfade durchlaufen. Dies gilt insbesondere für die Galaxie Leo A, die auch als Leo III bezeichnet wird. Die irreguläre Galaxie Leo A liegt 2,54 Millionen Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt, in Richtung des Sternbilds Löwe. Sie hat eine Ausdehnung von etwa 10.000 Lichtjahren und eine Masse von etwa 80 Millionen Sonnenmassen, von denen etwa 80 Prozent aus dunkler Materie bestehen. Nach Ansicht der Wissenschaftler weist diese Galaxie ungewöhnliche Merkmale auf: Sie hat keine klar definierten Strukturen und weist eine annähernd kugelförmige Sternmasse auf. Leo A ist eine der isoliertesten Galaxien der lokalen Gruppe und zeigt keine offensichtlichen Anzeichen einer Verschmelzung oder einer kürzlichen Interaktion mit anderen Galaxien in der Nähe.

Ein Beispiel dafür ist der Quasar HE 0450-2958, der 2005 von einem Team der Universität Lüttich entdeckt wurde. Dieser Quasar befindet sich mehr als drei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und weist eine zentrale Helligkeit auf, die jede mögliche Wirtsgalaxie verdeckt. Untersuchungen mit Hilfe von Spektrometrie und Infrarotaufnahmen haben keine Staubwolken oder Sterne in der Nähe ergeben, was die Bezeichnung "nackter Quasar" rechtfertigt. Die Astronomen beschränken ihre Beobachtungen daher nicht auf die hellsten und massereichsten Objekte, denn jede kosmische Komponente trägt zu unserem Verständnis des Universums bei.

NGC 2663 ist eine elliptische Galaxie im Sternbild Kompass, die etwa 100 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt ist. Jüngste Multi-Wellenlängen-Studien haben gezeigt, dass es sich um ein ovales, sehr großes und massereiches Objekt mit einer stellaren Masse von etwa 580 Milliarden Sonnen handelt. Überraschenderweise sendet sie zwei fast 1150 Lichtjahre lange Radiojets aus, die von ihrem supermassereichen schwarzen Loch erzeugt werden, das 50 Mal größer ist als die Galaxie selbst.

Ein weiteres Beispiel ist NGC 1275, die Hauptgalaxie des Perseus-Haufens, etwa 246 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie zeichnet sich durch eine komplexe Struktur, eine intensive Kernaktivität und ein Netz heißer Gasfäden aus. Diese linsenförmige Galaxie enthält große Mengen an molekularem Wasserstoff und weist eine beträchtliche Sternentstehungsaktivität auf, die durch die Verschmelzung mit einer nahe gelegenen HVS-Galaxie angeheizt wird. Ihr zentrales Schwarzes Loch trägt zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und zur Bildung von Plasmablasen bei, die die Gasfilamente stützen.

Im Jahr 2019 wurde eine kosmische Verschmelzung zwischen einem Schwarzen Loch von 23 Sonnenmassen und einem kompakten Objekt von mehr als 2,6 Sonnenmassen beobachtet; die Natur des letzteren bleibt ungewiss (es wird spekuliert, dass es ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch sein könnte). Das Ereignis erzeugte Gravitationswellen, die auch auf der Erde nachgewiesen wurden. Die Einzigartigkeit dieser Kollision liegt in dem hohen Massenverhältnis zwischen den beteiligten Objekten, das bisher noch nie aufgezeichnet wurde und das den Wissenschaftlern neue Perspektiven für die Fusionsprozesse zwischen kompakten Körpern im Universum eröffnet.

Jüngste Untersuchungen haben zu noch nie dagewesenen Gravitationstests geführt, die neue Fragen über die Entstehung von Doppelsternsystemen aufwerfen. Der Kosmos ist von zahlreichen astronomischen Objekten mit sowohl gewöhnlichen als auch außergewöhnlichen Eigenschaften bevölkert: Zu den kürzlich entdeckten Objekten gehören bedeutende Galaxien, der leuchtende Überrest der Großen Magellanschen Wolke, Hochgeschwindigkeitswolken, eine mögliche Dunkelgalaxie, Pulsare und Jets von supermassiven schwarzen Löchern. Dies sind einige der wichtigsten extragalaktischen Objekte, die derzeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft untersucht werden, obwohl das Universum noch viele Phänomene bietet, die es zu erforschen gilt.

Eines der interessantesten Objekte ist der Quasar, eine quasi-stellare Quelle, die bis zu Milliarden von Lichtjahren von der Erde entfernt ist. Ein Quasar stellt den aktiven Kern einer Galaxie dar und zeichnet sich durch das Vorhandensein eines supermassereichen schwarzen Lochs aus, das manchmal milliardenfach massiver ist als die Sonne. Nicht alle Galaxien mit schwarzen Löchern beherbergen einen Quasar: Er entspricht einer besonders kompakten und leuchtenden Umgebung. Wenn himmlisches Material in Richtung des Schwarzen Lochs gezogen wird, bildet sich eine Akkretionsscheibe aus Gas mit sehr hoher Temperatur, die intensive Strahlungsemissionen erzeugt.

Es gibt Hinweise darauf, dass Quasare vor neun bis zehn Milliarden Jahren am häufigsten auftraten, wobei sie während ihrer gesamten Existenz erhebliche Schwankungen aufweisen. Trotz ihrer geringen Größe zählen sie zu den aktivsten Quellen in galaktischen Kernen (AGN). Um als solche definiert zu werden, müssen diese schwarzen Löcher mindestens einen Stern vom Typ Sonne pro Tag verschlingen. Dieser Prozess wird durch die hohe Konzentration von Materie in der Umgebung begünstigt, die das Wachstum des Schwarzen Lochs selbst antreibt und die durch die induzierten Beschleunigungen erzeugten Magnetfelder verstärkt.

Die Ausdehnung des Universums führt zu einer geringeren Sterndichte, was die Häufigkeit von Kollisionen und die Verfügbarkeit von "Rohmaterial" verringert, wie aus den aktuellen Evolutionsmodellen für Galaxien hervorgeht. Es wird angenommen, dass viele Galaxien in der Vergangenheit eine Quasar-Phase durchlaufen haben, vor allem die massereichsten, die durch Aktivitätsperioden von schätzungsweise zehn bis hundert Millionen Jahren gekennzeichnet sind.

Die Entdeckung einer Begleitgalaxie in unmittelbarer Nähe (22.000 Lichtjahre), die sich durch eine intensive Sternproduktion auszeichnet, gibt weiteren Anlass zum Nachdenken. Diese Galaxie, Empfänger eines der starken Jets, die der Quasar aussendet, produziert etwa 350 Sterne mit Sonnenmasse pro Jahr. Es wurde eine Materiebrücke identifiziert, die den Quasar mit der Nachbargalaxie verbindet, was darauf hindeutet, dass die Aktivität des Schwarzen Lochs die Sternentstehung in der Galaxie selbst ausgelöst haben könnte.

Laufende Untersuchungen zielen darauf ab, den Ursprung der außergewöhnlichen Energie, die von diesen Objekten freigesetzt wird, zu klären, wobei der bedeutende Beitrag intergalaktischer Gasfilamente als Hauptquelle für den Quasar in Betracht gezogen wird. Wie alle kosmischen Objekte befindet sich auch der Quasar HE 0450-2958 in ständiger Bewegung im Weltraum und bietet damit neue Möglichkeiten zur Untersuchung der Dynamik und Entwicklung des Universums.

Im Laufe von mehreren zehntausend Kilometern wird dieses Objekt schließlich mit der jungen Galaxie verschmelzen, unabhängig davon, ob es tatsächlich isoliert ist oder nicht. In der Zukunft wird es unweigerlich von den Milliarden von Sternen, die sich derzeit bilden, umhüllt werden. Diese Beobachtungen stellen das bisherige Verständnis der wissenschaftlichen Gemeinschaft von solchen Systemen in Frage. Wenn man dieses Phänomen als ein mögliches fehlendes Glied betrachtet, könnte man untersuchen, warum die Masse der Schwarzen Löcher in Galaxien mit einer höheren Anzahl von Sternen größer ist.

Künftige Beobachtungen, die durch noch präzisere technische Instrumente der neuen Generation ermöglicht werden, werden sich auf ähnliche Objekte in größeren Entfernungen konzentrieren. Es ist denkbar, dass wir in Zukunft die Beziehung zwischen der Entstehung supermassereicher schwarzer Löcher und der Geburt von Galaxien im tiefen Universum analysieren können.

Wir haben den Abschluss dieser Reise über die Grenzen der Milchstraße hinaus erreicht. Im Laufe der Erkundung von Milliarden von Lichtjahren wurden kosmische Wunder sichtbar, die sich der Vorstellungskraft entziehen und die Komplexität und Schönheit des Universums sowie die extremen Ereignisse, die seine Eigenschaften mitunter bis an die Grenzen unseres Sonnensystems bestimmen, verdeutlichen. Auch die Anfangsphase der galaktischen Entwicklung wurde behandelt, wobei deutlich wurde, wie außergewöhnlich und schwer zu erklären diese Phänomene sein können.

Die Intensität und Erhabenheit dieser Vorgänge lässt uns über die Stellung der Menschheit im Universum nachdenken und macht deutlich, wie äußerst komplex und rätselhaft sie bleibt. Obwohl es den Astrophysikern gelungen ist, bestimmte Aspekte zu klären, werden sie immer wieder mit neuen Fragen konfrontiert. Technologische Innovationen ermöglichen es, ein bisher unerreichtes Maß an Beobachtung und Präzision zu erreichen, was darauf schließen lässt, dass noch viele Entdeckungen auf uns warten.

Die Instrumente der Zukunft werden es uns vielleicht ermöglichen, die Mechanismen des Kosmos vollständig zu verstehen, von seinen Ursprüngen mit dem Urknall bis zur künftigen Entwicklung des Universums. Auch wenn es derzeit nicht möglich ist, endgültige Antworten auf die wichtigsten existenziellen Fragen zu geben, so steht doch fest, dass das Verständnis der Auswirkungen der Weltraum- und Planetenerkundung für die wissenschaftliche Gemeinschaft und viele Enthusiasten von entscheidender Bedeutung ist.

You Tube: Die Reise durch das Sonnensystem und darüber hinaus / Die Odyssee der Sonden Voyager 1 und 2 | DOKUMENTATION. (In Italienisch)