När rymdsonden Interstellar Probe svänger runt solen och sätter kurs ut ur solsystemet når dess hastighet upp till 300 000 kilometer i timmen. Det är betydligt snabbare än någon annan farkost skapad av människan – så snabb att sonden skulle kunna färdas till Mars på bara åtta dagar.
Men Interstellar Probe ska mycket längre än så. Sonden ska färdas och skicka tillbaka information till jorden i ett halvt århundrade. Resans mål är rymden mellan stjärnorna, där solen har reducerats till en liten ljusprick bland många andra i Vintergatan, och det inte finns mycket mer än en liten mängd gas och stoft.
Under det 50 år långa uppdraget ska rymdsonden nå 1 000 gånger längre än vad solen ligger från jorden och totalt tillryggalägga 150 miljarder kilometer.
Den amerikanske astronomen Ralph McNutt har i drygt 15 år lobbat för en uppskjutning av en snabb sond ur solsystemet. Nu är tekniken snart tillgänglig.
Än ligger Interstellar Probe kvar på ritbordet. Det var den amerikanske rymdforskaren Ralph McNutt, som har arbetat på flera rymduppdrag sedan 1992, som fick idén. I drygt 15 år har han varit den ivrigaste förespråkaren för ett uppdrag utanför solsystemet.
Hittills har tekniken inte funnits, men i och med en kommande superraket blir det möjligt att ge en sond tillräckligt hög hastighet. Nu tas idén på allvar av den amerikanska rymdorganisationen, Nasa, och den europeiska, ESA. De närmaste åren – sannolikt år 2023 – kommer det avgöras om resan ut ur solsystemet blir verklighet.
Liten sond får sköld och raketmotor
Ingenjörerna ska konstruera en sond som är så lätt att den kan komma upp i riktigt hög hastighet och samtidigt har ett tillräckligt skydd mot solens värme. Den ska även kunna samla in stora mängder data på vägen och skicka tillbaka informationen till jorden.
Instrument samlar in damm
Sondens instrument har till uppgift att mäta magnetfält, fånga in och analysera damm och mikroskopiska partiklar samt registrera infraröd strålning.
Antenn skickar hem data till jorden
Radioantennen har en diameter på drygt två meter för att kunna nå hela vägen tillbaka till jorden. Det kommer att ta signalerna 139 timmar att färdas 150 miljarder kilometer.
Plutonium driver generator
En så kallad termoelektrisk radioisotopgenerator omvandlar värmen från sönderfallet radioaktivt plutonium till elektricitet, som driver sondens utrustning.
Raketmotor ökar farten
Sonden startar en kraftig raketmotor när den befinner sig som närmast solen för att komma upp i så hög hastighet som möjligt. Det är just där raketen har som största effekt.
Sköld skyddar mot solen
Skölden av kolfiber och wolfram ser till att rymdsonden och dess känsliga instrument överlever i de upp till 3 000 grader under manövern runt solen.
Jorden blir en liten prick
Huvudändamålet med en interstellär rymdsond är att studera den extremt tunna soppan av stoft och strålning som existerar i rymden mellan stjärnorna.
Stoftet i detta interstellära medium kommer från stora stjärnor som för länge sedan har brunnit upp och exploderat till supernovor. Det är av stoft som detta som solen och solsystemets alla planeter bildades när ett gigantiskt moln av stoft och gas kollapsade för 4,6 miljarder år sedan.
Åtta dagar tar det sonden att nå fram till Mars. Dess hastighet är 300 000 km/h.
Kanske innehåller dammet även organiska molekyler – byggstenarna till mer komplexa molekyler som dem från vilka livet uppstod. Kunskap om dammet kommer att ge forskarna en unik tillbakablick till solsystemets uppkomst.
På säkert avstånd från solen och planeterna kan rymdsonden även titta tillbaka och se hur solsystemet ser ut utifrån. Påminner vårt solsystem om alla andra eller skiljer det sig från andra? Hur ser planeterna ut från långt håll och går det att se att jorden är bebodd när vår planet förminskas till en pytteliten blå pixel på ett foto?
Gasen i botten under passage förbi solen
Sonden ska testa en manöver som aldrig tidigare har genomförts. För att komma upp i högsta möjliga hastighet måste den flyga riktigt nära solen för att utnyttja dess gravitationskraft.
1. Sonden tar en lång omväg
Den interstellära sonden skickas först ut i omlopp runt jorden med hjälp av raketen SLS. Från den banan skickas sonden vidare mot Jupiter.
2. Jupiter bromsar in sonden
Sonden kastar sig runt Jupiter i motsatt riktning jämfört med planetens bana runt solen. På så sätt bromsas den in och påbörjar fallet mot solen.
3. Raketmotor ger en extra knuff
Fallet sätter fart på sonden. I närheten av solen startar den kortvarigt en raketmotor och efter att ha släppt motorn sätter den kurs ut ur solsystemet i mer än 300 000 kilometer i timmen.
Svaren på dessa frågor kan hjälpa astronomerna i jakten på liv på andra platser i universum. De har redan identifierat cirka 50 planeter som kretsar runt andra stjärnor än solen och som har rätt storlek och temperatur för att hysa liv.
På jorden har de existerande levande organismerna förändrat atmosfärens sammansättning, och med en rymdsond utanför solsystemet kan forskarna undersöka hur denna förändring kan observeras på långt håll. På så sätt vet de även vad de ska söka efter i ljuset från andra planeter när de försöker ta reda på om vi är ensamma i universum.
Två sonder har nått gränsen
För att se solsystemet utifrån måste sonden lämna heliosfären, det vill säga den gigantiska bubbla som solen blåser ut i världsrymden. Bubblan bildas av partiklar som oavbrutet strömmar ut från solen. Solvinden skjuter undan den interstellära gasen från solen till ett avstånd på 18 miljarder kilometer.
Heliosfären är så stor att bara två rymdfarkoster har lyckats lämna den: Nasas Voyagersonder som skickades upp 1977. Efter 35 års resa bröt Voyager 1 år 2012 igenom heliopausen, som markerar gränsen mellan heliosfären och den interstellära rymden – och 2018 kom turen till Voyager 2.
Voyagersonderna skickar fortfarande hem information till jorden, men det finns gränser för hur mycket de kan berätta om den interstellära rymden. Dels är de gamla sonderna inte avsedda för den uppgiften – målet med Voyageruppdraget var att studera de stora gasplaneterna – och dels kommer sondernas radioaktiva batterier att ta slut inom ett par år.
Men mätningarna från de instrument som fortfarande fungerar på Voyager har trots allt avslöjat vissa saker om hur heliosfären skiljer sig från den interstellära rymden.
När de kom till heliopausen uppmätte Voyagers sensorer plötsligt många fler partiklar – densiteten av elektroner på 2 000 per kubikmeter tjugodubblades. Samtidigt föll temperaturen i den tunna gasen av laddade partiklar – så kallad plasma.
Dessutom kan forskarna se att Voyagersonderna nu utsätts för mer kosmisk strålning i form av partiklar med mycket hög energi. Det verkar som om heliosfären avskärmar solsystemet från 70 procent av den strålning som kan vara hälsoskadlig för levande varelser.
Voyagersonderna utsätts för kosmisk strålning efter att de har lämnat solsystemets skyddande heliosfär.
Voyager 2 inträdde i den interstellära rymden på 17,8 miljarder kilometers avstånd från solen, medan Voyager 1 färdades 18,2 kilometer för att nå dit. Heliosfären är alltså inte helt klotformad, och det är möjligt att solen lämnar en lång svans av partiklar efter sig på sin väg runt Vintergatans centrum.
Passerar förbi okända klot
Vilken form heliosfären har och exakt hur den interstellära rymden är sammansatt kan bara avslöjas av en interstellär sond med instrument framtagna specifikt för detta ändamål.
Men sonden ska också utrustas med andra instrument som aktiveras långt innan de når sitt slutliga mål. Rutten är nämligen tänkt att planeras så att sonden passerar nära en eller flera himlakroppar som astrofysikerna vill veta mer om.
Sonden ska lämna solsystemet
När sonden beger sig ut utanför solsystemet mäts avstånden i miljarder kilometer. Interstellar Probe ska färdas lika långt på 50 år som det skulle ta för Voyagersonderna att tillryggalägga 300 år. På vägen ut ur solsystemet träffar sonden på okända klot.
1 AU/0,15 miljarder kilometer: Jorden är solsystemets måttenhet
Astronomerna använder vanligtvis avståndet mellan jorden och solen som måttenhet i solsystemet. Avståndet, som är 150 miljoner kilometer, kallas en astronomisk enhet och förkortas AU.
Solsystemet dras ihop
Avstånden i solsystemet är enorma. För att klämma ihop dem har det här solsystemet tecknats enligt en logaritmisk skala i vilken avstånden tiodubblas för varje markering på linjalen.
43 AU/6,5 miljarder kilometer: Nytt isklot är hälften så stort som Pluto
Det lilla isklotet Quaoar är en av de avlägsna himlakroppar som sonden kan passera på nära håll och studera närmare Det gåtfulla objektet upptäcktes så sent som 2002 och kan vara en dvärgplanet. Med en diameter på cirka 1 121 kilometer är Quaoar ungefär hälften så stor som Pluto.
120 AU/18 miljarder kilometer: Solens rike slutar vid heliopausen
En kraftig vind av partiklar blåser ut från solen, men det finns gränser för hur långt ut den så kallade solvinden når. Solens inflytande slutar vid heliopausen. På andra sidan av den gränsen ligger den interstellära rymden som domineras av partiklar från andra stjärnor.
122,7 & 147,9 AU/18 & 22 miljarder kilometer: I dag är Voyagersonderna längst bort
Inga människoskapade objekt har kommit så långt ut i rymden som de två Voyagersonderna, som skickades upp 1977 för att studera solsystemets yttersta planeter. De kommer att fortsätta sin resa ut bland stjärnorna, men när strömmen tar slut upphör även radiosignalerna.
400 AU/60 miljarder kilometer: En nionde planet kan gömma sig i mörkret
Flera små isklot kretsar i banor som tyder på att en okänd nionde planet håller dem i schack. Den hypotetiska planeten kretsar runt solen utanför heliopausen och beräknas vara fem gånger så tung som jorden. HIttar forskarna den nionde planeten ska sonden ta vägen förbi den.
1000 AU/150 miljarder kilometer: Sonden ser solsystemet utifrån
När den interstellära sonden kommer 1 000 gånger så långt bort från solen som jorden är, befinner den sig utan tvekan ute i den interstellära rymden. Därifrån kan den betrakta solsystemet utifrån, mäta materia och strålning från andra stjärnor och kanske hitta organiska molekyler – de byggstenar som livet på jorden uppkommit ur.
2 000–100 000 AU: Moln av is kretsar runt solsystemet
Oortmolnet är en svärm av små iskroppar som omger solsystemet. Det hypotetiska molnet sträcker sig enligt teorin från omkring 2 000 till 100 000 AU och består troligen av en inre skiva och ett yttre klotskal.
2 000–100 000 AU: 5 000 års resa genom molnet
Det kommer att ta Interstellar Probe 5 000 år att resa igenom Oortmolnet. Astronomerna tror att den avlägsna svärmen av iskroppar är en plats där kometer med omloppstider på över 200 år uppstår.
100 000 AU: Solens gravitationskraft avtar
Oortmolnets klot av iskroppar slutar vid 100 000 AU, eller på 15 miljarder kilometers avstånd. Där är solens gravitationskraft så svag att objekt inte längre kretsar runt den.
268 000 AU/4,2 ljusår: Den första stjärnan dyker upp
Solens närmaste grannstjärna är Proxima Centauri, en röd dvärg med en massa på bara 14 procent av solens massa. Stjärnan har minst en planet – eventuellt en stenplanet – som kretsar inom den beboeliga zonen. Proxima Centauri ingår i stjärnsystemet Alfa Centauri, som även omfattar två andra stjärnor.
Vi har med tiden lärt oss mycket om de åtta planeterna, men i de yttre regionerna av solsystemet gömmer sig klot som ännu inte har utforskats.
Högst upp på astronomernas önskelista står en flygning förbi en avlägsen planet som ännu inte har upptäckts. Det är den så kallade Planet Nio som än sålänge bara är en hypotes, dock en välgrundad sådan.
Sedan 2016 har astronomerna Michael Brown och Konstantin Batygin hävdat att det måste finnas en hittills osedd och mycket stor planet som kretsar väldigt långt från solen.
De grundar idén på att många mindre isklot längre bortom Neptunus har banor som påminner om varandra, vilket kräver ett större objekt som så att säga håller dem i schack. Det objektet skulle kunna vara en planet, cirka fem gånger så tung som jorden, som ligger bortom heliopausen.
"För att verkligen utforska vad som finns där ute måste vi ta oss utanför solsystemet så snabbt som möjligt." Astronom Ralph McNutt
Eftersom den hypotetiska nionde planeten ligger så långt bort är den otroligt svår att få syn på i teleskop. Det får dock inte att astronomerna att ge upp. Om de lyckas hitta Planet Nio före uppskjutningen av en interstellär rymdsond tänker de inte missa chansen att flyga förbi den på nära håll och ta en närmare titt på den.
Solen ska användas som katapult
Interstellar Probe skjuts upp tidigast 2030, och vid det laget har forskaren Ralph McNutt fyllt 75 år. En ny generation kommer sedan länge att ha tagit över när sonden börjar skicka hem data från den interstellära rymden. Men det bekymrar inte McNutt som främst är upptagen med hur uppdraget genomföras.
Nasas raket SLS kan ge den interstellära sonden tillräckligt hög fart. Den 100 meter höga raketen ska dessutom skicka astronauter till månen och Mars.
Den stora utmaningen är att komma upp i tillräckligt hög hastighet. Det kräver en gigantisk rymdraket, men Nasas 100 meter höga Space Launch System – som håller på att byggas – ska kunna lösa uppgiften. Dessutom kan en djärv manöver runt solen ge sonden extra skjuts.
En interstellär sond, som skickar hem data om världsrymden 150 miljarder kilometer från solen, är att betrakta som en slags generalrepetition av en ännu längre resa till en stjärna med tillhörande planeter.
En sådan rymdresa kan genomföras med befintlig teknik eftersom solens närmaste grannstjärna befinner sig 40 000 miljarder kilometer bort. Men alla resor inleds med ett första steg och med Interstellar Probe kan människans resa ut ur solsystemet på allvar ta sin början.