Die Heliosphäre, ein Begriff der in der zweiten Hälfte der 60er Jahre geprägt wurde, ist der zirkumsolare Raum, den das von der Sonne emittierte Plasma, welches im wesentlichen aus Protonen und Elektronen besteht, einnimmt (Abb. 1).
Abb.1: Eine Skizze der Heliosphäre.
Infolge des Staudruckes des Sonnenwindes, der den mit lokaler Überschallgeschwindigkeit expandierenden Teil der äusseren Sonnenatmosphäre repräsentiert, bildet sich im lokalen interstellaren Medium (LISM), dessen Druck sich aus dem des thermischen Gases, dem der Kosmischen Strahlung und dem des lokalen interstellaren Magnetfeldes zusammensetzt, eine Plasmablase - eben die Heliosphäre - deren Form und Struktur auch durch die Bewegung der Sonne relativ zum LISM mitbestimmt wird.
Der Bedeutung der Heliosphärenphysik als wesentliches Bindeglied zur Astrophysik besteht in der Möglichkeit direkte Beobachtungen, d.h. Beobachtungen vor Ort durchführen zu können. Als Beispiel sind in Abb. 2 Spektren der Kosmischen Strahlung gezeigt, die mit Instrumenten an Bord der Raumsonden Pioneer 10 und 11 sowie Voyager 1 und 2 (siehe Abb. 1) gemessen wurden.
Die Spektren und auch die räumlichen Verteilungen der Kosmischen Strahlung werden mit Modellrechnungen verglichen. So zeigt z.B. Abb. 3 die Verteilung des niederenergetischen, sogenannten anomalen Wassestoffs bei einer kinetischen Energie von 11 MeV bei einer heliographischen Breite von 30 Grad. Diese Abb., die ebenfalls die Projektionen der Trajektorien der 1998 noch aktiven Raumsonden auf die angegebene heliosphärische Breite zeigt, beinhaltet z.B. die Vorhersage von noch nicht beobachteten longitudinalen Gradienten in der heliosphärischen Verteilung der Kosmischen Strahlung.
Abb. 2: Spektren der Kosmischen Strahlung, die mit den Pioneer- und Voyagersonden beobachtet wurden bzw. werden.
Über das Studium solcher spektraler und räumlicher Verteilungen hinaus, aus denen viele Eigenschaften der Heliosphäre sowie der Kosmischen Strahlung abgeleitet und mit Hilfe derer wichtige Plasmaprozesse, wie zum Beispiel die sogenannten Fermi-Beschleunigungen, analysiert werden können, ist auch der Sonnenwind selbst ein wichtiger Untersuchungsgegenstand. Er stellt als ein nicht im Gleichgewicht befindliches Plasma ein ausgezeichnetes Laboratorium für die Physik von Plasmawellen und Transportprozessen dar.Neben dem Verständnis der heliosphärischen Struktur als solcher, die als "Vorlage'' für viele Szenarien und Modelle der Astrophysik dient (z.B. stellare Winde, stellare Magnetfelder, Schocks, Planetensysteme), können also auch grundlegende Fragestellungen zur Plasmaphysik untersucht werden, da physikalische Zustände und entsprechende Plasmaeigenschaften direkt beobachtbar sind, die im Labor nicht oder nur sehr schwer erreicht oder simuliert und studiert werden können. Daher kann also die Heliosphärenphysik allgemein als ein wichtiges Bindeglied zwischen Grundlagenphysik und Astrophysik charakterisiert.
Abb. 3: Die Verteilung von Anomalem Wasserstoff mit einer kinetischen Energie von 11 MeV.
