Weltraumbereiche

 

 

Unterschiede im Universum

 

 

Weltraumbereiche – Erdnaher Weltraum

 

Der erdnahe Weltraum, englisch Geospace genannt, wird vom Erdmagnetfeld (und nicht vom Magnetfeld der Sonne) dominiert. Er reicht von den oberen Regionen der Atmosphäre bis an die Grenze der irdischen Magnetosphäre. Diese misst auf der Sonnenseite etwa zehn Erdradien (etwa 60.000 km), auf der Nachtseite in Form eines langen Schweifs etwa hundert Erdradien (600.000 km).

Die irdische Magnetosphäre lenkt den von der Sonne abströmenden Sonnenwind um die Erde herum ab und schützt sie so vor dem größten Teil des für Lebewesen gefährlichen Teilchenstroms. Nur ein kleiner Teil des Sonnenwinds gelangt in Polnähe in die Erdatmosphäre und wird dort als Polarlicht sichtbar.

Veränderungen des interplanetaren Mediums in dieser Zone werden als Weltraumwetter bezeichnet. Hauptsächliche Ursachen sind Veränderungen im Sonnenwind und der kosmischen Strahlung der Milchstraße. Durch diese Einflüsse gelangen in unregelmäßigen Abständen verstärkt Materie, Teilchen- und Strahlungsströme in das Umfeld der Erde.

Nicht alle Himmelskörper haben solche Magnetfelder. So ist zum Beispiel der Mond dem Sonnenwind schutzlos ausgesetzt.

 

Weltraumbereiche – Interplanetarer Raum

 

Der interplanetare Raum ist der vom interplanetaren Staub, vom Sonnenwind und dem Magnetfeld der Sonne erfüllte Raum in unserem Sonnensystem. Das Magnetfeld der Sonne interagiert mit dem Sonnenwind und bestimmt maßgeblich seinen Fluss. Umgekehrt leitet und verstärkt aber auch der Sonnenwind als elektrisch leitendes Plasma das Magnetfeld der Sonne.

Der interplanetare Raum ist der Raum innerhalb der Heliosphäre bis zur Grenzschicht der Heliopause. Die Heliosphäre hat einen geschätzten Radius von etwa 110 bis 150 AE und schützt das Sonnensystem und die Planeten wiederum vor sehr energiereichen Teilchen der kosmischen Strahlung.

 

Weltraumbereiche – Interstellarer Raum

 

Der interstellare Raum bezeichnet den Raum innerhalb einer Galaxie zwischen den Astropausen der Sterne. Er ist von der interstellaren Materie und vom galaktischen Magnetfeld erfüllt. Die interstellare Materie spielt eine wesentliche Rolle in der Astrophysik, da aus ihr Sterne entstehen, die mit Sternwinden und Supernovae auch wieder Materie in den interstellaren Raum abgeben.

Es gibt im interstellaren Raum Regionen mit höherer Teilchendichte, die interstellare Wolken genannt werden. Man unterscheidet nach ihrer Dichte, Größe und Temperatur verschiedene Typen solcher Wolken: in H-I-Gebieten liegt der Wasserstoff neutral atomar vor, in H-II-Gebieten ionisiert atomar (ein Plasmazustand aus einzelnen Protonen), und in Molekülwolken als molekularer Wasserstoff (H2). Durch gravitative Zusammenziehung entstehen aus Molekülwolken neue Sternensysteme. Auch unser Sonnensystem ist aus einer solchen Wolke entstanden, der Urwolke.

Weltraumbereiche - Interstellare Gas- und Staubwolke mit einer Länge von ca. 1 Lichtjahr

Die Materiedichte im interstellaren Medium kann stark variieren. Im Durchschnitt beträgt sie etwa 106 Teilchen pro Kubikmeter, aber in kalten Molekülwolken kann sie 108 bis 1012 Teilchen pro Kubikmeter betragen.

An den Grenzen der Astropausen können, wenn die Geschwindigkeit des Sterns relativ zum interstellaren Medium groß genug ist, Stoßfronten (englisch Bow Shocks) auftreten.

Im Fall der Sonne ist die Geschwindigkeit hierfür vermutlich zu gering, so dass am Termination Shock nur eine relativ sanfte Stoßwelle angenommen wird.

Am 12. September 2013 verkündete NASA, dass die Raumsonde Voyager 1 am 25. August 2012 die Heliosphäre verlassen habe, als sie einen plötzlichen Anstieg der Plasmadichte registrierte. Voyager 1 hat demnach als erstes menschengeschaffenes Objekt den interstellaren Raum erreicht.

Die Sonne durchquert seit ca. 100.000 Jahren eine Region im interstellaren Raum mit höherer Dichte, die Lokale Flocke, und wird diese voraussichtlich in 10.000 bis 20.000 Jahren wieder verlassen. Die Lokale Flocke befindet sich innerhalb der Lokalen Blase, einer Region der Milchstraße mit wenig interstellarer Masse.

 

Weltraumbereiche – Intergalaktischer Raum

 

Der intergalaktischer Raum ist der Raum zwischen Galaxien. Der größte Teil des Universums ist intergalaktischer Raum. Das intergalaktische Medium besteht hauptsächlich aus ionisiertem Wasserstoff-Gas/-Plasma (HII), also gleichen Mengen freier Protonen und Elektronen.

Das intergalaktische Medium zwischen den Galaxien ist nicht gleichförmig verteilt, sondern liegt in fadenförmigen Verbindungen, den Filamenten, vor. In deren Knotenpunkten befinden sich Galaxienhaufen und Superhaufen. Zwischen den Filamenten gibt es riesige Leerräume mit sehr viel geringerer Materiedichte, genannt Voids. Die Voids enthalten nur wenige Galaxien. Die Filamente und Voids sind die größten Strukturen im Universum.

Das intergalaktische Medium wird in zwei Arten eingeteilt. Das Gas, das aus den Voids in den Bereich der Filamente strömt, heizt sich dabei auf Temperaturen von 105 K bis 107 K auf. Dies ist heiß genug, dass bei Kollisionen von Atomen die Elektronen von den Wasserstoffkernen getrennt werden, weshalb es als ionisiertes Plasma vorliegt.

Dieses wird das Warm-Hot Intergalactic Medium (warm-heiße intergalaktische Medium, WHIM) genannt. (Obwohl das Plasma nach irdischen Standards sehr heiß ist, wird in der Astrophysik 105 K oft als „warm“ bezeichnet.) Computersimulationen und Beobachtungen deuten an, dass bis zur Hälfte aller atomaren Masse im Universum in diesem verdünnten, warm-heißen Plasmazustand existiert.

Dort, wo Gas von den Filamentenstrukturen des WHIM in die Knotenpunkte der kosmischen Filamente strömt, heizt es sich noch weiter auf und erreicht Temperaturen von 107 K bis 108 K, manchmal auch darüber. Dieses intergalaktische Medium wird Intracluster-Medium (ICM) genannt. Es ist durch seine starke Emission von Röntgenstrahlung beobachtbar.