Sondy kosmiczne Voyager 1 i Voyager 2 zostały wystrzelone 40 lat temu. W ciągu zaledwie 12 lat przelecieli w pobliżu czterech głównych planet Układu Słonecznego - Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Obie sondy kosmiczne działają w sposób ciągły i wysyłają dane na Ziemię, chociaż obecnie znajdują się daleko poza orbitą Plutona.
Wróćmy do 1965 roku, kiedy rywalizacja o lądowanie na Księżycu była w pełnym rozkwicie, a NASA miała pieniądze i pewność siebie, aby spełnić wielkie marzenie.
W tym momencie nikt nie myślał o Voyagerze, ponieważ wszyscy wierzyli, że technologia kosmiczna nie jest jeszcze gotowa do podróży wielu miliardów kilometrów poza Układ Słoneczny.
Ale były już pieniądze na rekrutację młodych i obiecujących matematyków pracujących w nauce w dużym kalifornijskim centrum badawczym JPL, a dwóch z tej grupy matematyków stworzyło podstawę do rozwoju Voyagera.
Zadaniem Michaela Minovicha i Gary'ego Flandro było zbadanie możliwych ścieżek lotu sond kosmicznych w Układzie Słonecznym. Było to badanie pod hasłem „Terminowa dyskrecja”, które miało trwać do momentu, gdy rakieta osiągnęła wymagany poziom rozwoju.
Nikt nie spodziewał się wybitnych wyników, ale ci dwaj młodzi matematycy ustalili, że między 1976 a 1979 rokiem istniała wyjątkowa okazja do wystrzelenia sondy kosmicznej w pobliże czterech głównych planet bez dużych wydatków na paliwo. Była to okazja, która pojawiała się raz na 176 lat. To właśnie w ciągu tych trzech lat planety były zlokalizowane w taki sposób, że można było wykorzystać grawitację jednej planety do przelotu sondy dalej na następną.
To było szczęśliwe odkrycie. Ostatni raz zdarzyło się to w 1801 roku, kiedy byliśmy zajęci wojnami Napoleona i bitwą morską w Kopenhadze. Ale następnym razem stanie się to w 2153 roku.
NASA nie przepuściła tej okazji: szybko opracowano plany dużej wyprawy do Układu Słonecznego.
Film promocyjny:
Planowano wysłać co najmniej cztery sondy kosmiczne, a dodatkowo zbadać odległego Plutona. W latach 1976-77 planowano wysłać dwie sondy na Jowisza, Saturna i Plutona, aw 1979 - jeszcze dwie na Jowisza, Urana i Neptuna.
Ale Kongres Amerykański, dowiedziawszy się, że ten projekt jest wart ponad miliard dolarów, nie spodobał się temu. Wtedy to było dużo pieniędzy. Kongres chciał przeznaczyć pieniądze na zaledwie dwie sondy kosmiczne, które wykorzystają korzystne położenie planety do eksploracji Jowisza i Saturna.
NASA przygotowuje się do „Wielkiego spaceru”
NASA popełniła mały akt obywatelskiego nieposłuszeństwa, który jednak jest teraz wybaczany.
Voyager 1 dokładnie wykonał oficjalny plan, który ograniczał się do odwiedzenia tylko Jowisza i Saturna, co umożliwiło zbadanie księżyca Jowisza Io oraz dużego księżyca Saturna Tytana z bliskiej odległości.
Ale oznaczało to również, że Voyager 1 otrzymał orbitę, z której nie można było polecieć dalej do Urana i Neptuna. Naukowcy wpadli na tajny pomysł, aby zatrzymać Voyagera 2 na stanie. Dostał powolny tor i dlatego cały czas leciał na Voyagera 1. Podczas gdy Voyager 1 wykonywał swoje zadania, Voyager 2 mógł ukończyć początkową misję i polecieć na cztery duże planety, to znaczy odbyć „Wielki spacer”, jak później nazwano tę ekspedycję.
Ta decyzja miała zabawne konsekwencje: Voyager 2 został wystrzelony przed Voyager 1. W rezultacie szybki Voyager 1 jako pierwszy dotarł do Jowisza i Saturna. Powolny Voyager 2 miał zadowolić się drugim miejscem, ale miał okazję stać się pierwszą sondą, która dotarła do Urana i Neptuna.
Duży przeoczenie prowadzi do dodatkowej pracy
Dlatego Voyager 2 został wystrzelony 20 sierpnia. I choć była to „powolna” sonda, to jednak osiągnęła prędkość 52 tys. Kilometrów na godzinę, w wyniku czego przeleciała poza orbitę Księżyca w mniej niż 10 godzin.
Dwa tygodnie później wystrzelono szybki Voyager 1 i teraz wszyscy liczyli na płynny lot na Jowisza. Ale potem doszło do awarii, w wyniku której znaczna liczba inżynierów musiała pracować w nadgodzinach przez następne 12 lat.
Centrum sterowania zapomniało wysłać rutynową wiadomość do Voyagera 2. Kiedy komputer Voyager 2 nie otrzymał oczekiwanego komunikatu, w jego instrukcji napisano, że może się to zdarzyć tylko w przypadku awarii odbiornika pokładowego. Uważano, że centrum sterowania po prostu nie może zapomnieć o tej operacji.
Voyager 2 posłusznie przełączył się na zapasowy odbiornik, ale nie miał odpowiedniego ustawienia i mógł odbierać sygnały tylko w bardzo wąskim zakresie częstotliwości 96 Hz, a to stwarzało problemy.
Centrum kontroli naturalnie wysyłało sygnały na bardzo określonej częstotliwości, ale ponieważ Voyager poruszał się bardzo szybko względem Ziemi, ze względu na efekt Dopplera, otrzymywał sygnał na innej częstotliwości. Dlatego odbiornik został dostrojony do odbioru sygnałów w zakresie 100 000 Hz.
Voyager 2 milczał
Pierwszą reakcją było przeniesienie Voyagera 2 do głównego odbiornika, ale ten odbiornik natychmiast się całkowicie zepsuł. W rezultacie NASA nie była w stanie wysyłać poleceń do sondy kosmicznej.
Okazało się to znacznie poważniejszym problemem niż oczekiwano. Prędkość względem Ziemi była łatwa do obliczenia, ale znacznie gorsze było to, że nawet bardzo małe zmiany temperatury sondy o mniej niż 0,3 stopnia zmieniały zakres częstotliwości odbiornika tak bardzo, że kontakt z Ziemią został przerwany. Stwierdzono, że nawet po włączeniu jednego instrumentu lub użyciu jednego z silników sterujących temperatura sondy kosmicznej ulegała zmianie.
Na przestrzeni lat inżynierowie NASA opracowali kompletny model matematyczny dla Voyagera, który mógł obliczyć temperaturę sondy z dokładnością do jednej setnej stopnia. Model został opracowany podczas całego przelotu sondy do Neptuna, komunikacja z nim została przerwana na kilka dni.
Voyager wysyła pierwsze zdjęcia na Ziemię
W marcu 1979 roku Voyager 1 dotarł do Jowisza, a naukowcy byli dosłownie zdumieni fantastycznymi zdjęciami wysłanymi do centrum: chmurami i czerwoną plamą na Jowiszu, pomarańczowym księżycu Io i białą, całą pokrytą lodem Europą.
Wielka czerwona plama Jowisza. Zdjęcie zrobione przez Voyager 1
Naukowcy dowiedzieli się, co oznacza „Instant Science”, gdy dziennikarze z JPL natychmiast poprosili o wyjaśnienia dotyczące zdjęć, które otrzymano zaledwie kilka godzin temu i dlatego nie zostały dokładnie przeanalizowane przez ekspertów.
Dla wielu naukowców przyzwyczajonych do spokojnego życia, którzy nagle znaleźli się w licznej publiczności przed dziesiątkami dziennikarzy pragnących uzyskać odpowiedź, był to prawdziwy test.
Deszczowa pogoda nad Australią stwarza problemy
Podczas lotu sondy nad Australią, gdzie znajduje się duża stacja śledząca, ulewny deszcz stwarzał problemy. Voyager wysłał swoje dane na Ziemię tylko z odległości 3,6 cm, a fale radiowe o tak małej długości ledwo przechodziły przez chmury deszczowe. Z tego powodu dane zniknęły w ciągu kilku godzin.
Ale nieoczekiwane zdarzenie wydarzyło się dopiero kilka dni później, kiedy Voyager 1 był w drodze z Jowisza na Saturna.
Aby zapewnić niezawodną nawigację, konieczne jest dokładne poznanie pozycji Voyagera, a to musiało nastąpić w szczególności poprzez fotografowanie satelity Io wraz z masą gwiazd w tle. Dlatego zastosowano długi czas otwarcia migawki, w wyniku czego Io na zdjęciu wyglądało jak oświetlony biały dysk.
Zadanie analizy zdjęć na komputerze wykonała młoda pracownik zespołu nawigacyjnego Linda Morabito. Odkryła, że nad Io było coś, co wyglądało jak chmura. Io nie ma atmosfery, więc nikt nie spodziewał się chmur kilkaset kilometrów nad powierzchnią.
Siły pływowe i aktywność wulkaniczna
Od razu podejrzewano, że była to erupcja wulkanu, ale eksperci, którzy mogli przestudiować zdjęcia, byli na weekendowym wypadu. Dlatego zajęło to pełne trzy dni, zanim NASA mogła stwierdzić, że odkryto pierwsze aktywne wulkany poza Ziemią.
Ta wiadomość miała szczególne znaczenie dla trzech amerykańskich naukowców. Zaledwie tydzień temu opublikowali artykuł w Science, przewidujący istnienie wulkanów jako konsekwencja potężnych sił pływowych Jowisza i sąsiednich księżyców, Europy i Ganimedesa, działających na Io.
Cztery miesiące później Voyager 2 zbliżył się do Jowisza. Naukowcy byli teraz gotowi do obserwowania wulkanów na Io i bliższego przyjrzenia się nieuszkodzonej powierzchni lodu Europy. Obecnie uważa się, że ta powierzchnia lodu kryje morze, którego głębokość może sięgać 100 km i w którym może istnieć życie.
Dzięki pomiarom Voyagera wiemy teraz, że siły pływowe powodują, że stała powierzchnia Io przesuwa się w górę iw dół przy zmianach wysokości do 100 metrów. Dlatego nie jest zaskakujące, że ciepło powstające w wyniku tego prowadzi do potężnej aktywności wulkanicznej.
Voyager 1 leci blisko Tytana
To był spokojny czas, zanim Voyager 1 poleciał na Saturna w listopadzie 1980 roku. Naukowcy mogli znowu po prostu siedzieć i patrzeć z zachwytem na fantastyczne zdjęcia pierścieni Saturna. Jednak największe oczekiwania wiązano z lotem w pobliżu Tytana. Ten lot obok Tytana wykluczył zdolność Voyagera 1 do kontynuowania lotu do Urana i Neptuna.
Ale jedyną rzeczą, jaką można było zobaczyć, była całkowicie nieprzenikniona pomarańczowa pokrywa chmur. Zbadano jednak skład atmosfery, czyli głównie dwutlenek węgla z niewielką ilością metanu. Ciśnienie powierzchniowe było 1,6 razy silniejsze niż ziemskie.
Pomiary wykazały, że w pomarańczowej mgle wokół Tytana powstają duże ilości cząsteczek organicznych, gdy metan jest wystawiony na działanie światła słonecznego. Oznacza to, że Tytan w każdym przypadku otrzymuje wiele cząsteczek, które są warunkiem wstępnym powstania życia. Niestety pomiary wykazały temperaturę minus 180 stopni. Jest chłodno na całe życie, ale jest to temperatura, która pozwala znaleźć metan na powierzchni morza.
Musiało minąć jeszcze 30 lat, zanim sonda kosmiczna Cassini wykorzystująca radar była w stanie zobaczyć słynne morza metanowe na północnym i południowym biegunie Tytana pomimo zachmurzenia.
Voyager 2 ponownie staje przed wyzwaniami
Voyager 2 przyleciał na Saturna w sierpniu 1981 roku i początkowo mimo problemów z odbiornikiem wszystko szło dobrze. Sfotografował mały księżyc Enceladus, który, jak wiemy dzisiaj, wybucha ogromnymi gejzerami z pęknięć w pokrytej lodem powierzchni, a także zrobił zdjęcia lodowatego księżyca Hyperion, który bardzo przypomina myjącą gąbkę.
Ale wtedy zaczęły się problemy. Gramofon z instrumentami naukowymi utknął, wiele danych zostało utraconych. Inżynierowie znowu musieli pracować więcej, ale sytuacja nadal się pogarszała, ponieważ NASA miała 108 zamiast 200 z powodu redukcji personelu.
Duże obciążenie pracą doprowadziło do zmęczenia fizycznego i psychicznego wielu pracowników.
Ale problemy zostały zidentyfikowane, były związane z przekładnią sterującą gramofonem. Problem polegał na smarowaniu. Kiedy platforma szybko się obracała, smar leciał z kół zębatych w stanie nieważkości, co oznaczało, że części metalowe stykały się ze sobą. Pojawiły się i odpadły małe metalowe opiłki, blokując ruch. Problemu można było uniknąć, powoli obracając platformę.
Lot do Urana
Na szczęście było wystarczająco dużo czasu, aby rozwiązać ten problem, ponieważ Voyager 2 musiał latać z Saturna na Urana przez prawie pięć lat. Niemniej był to trudny czas, ponieważ jak już wspomniano, lot na Urana nie był do końca spokojny.
Trzy duże stacje śledzące w Kalifornii, Hiszpanii i Australii musiały zostać zmodernizowane, aby odbierać krytyczne sygnały z małego nadajnika Voyagera, który miał tylko 20 watów. Jednym ze sposobów jest elektroniczne połączenie dużych 64-metrowych anten parabolicznych z mniejszymi antenami 34-metrowymi, aby mogły funkcjonować jako jedna duża.
Innym problemem była duża prędkość, z jaką Voyager 2 przeleciał obok Urana. Zdjęcia były bardzo rozmyte, ponieważ światło słoneczne w rejonie Urana jest tak słabe, że konieczne jest dłuższe trzymanie kadru. Wszystko to pomogło w znalezieniu genialnych rozwiązań - oprócz tego, co zrobiono z gramofonem (w końcu wszystko skończyło się na tym, że zamiast obracać tylko jedną platformę, z obawy, że znowu się zacina, zaczęli kręcić całą sondę).
Wypadek podczas spotkania z Uranem
Kiedy Voyager 2 poleciał do Urana w styczniu 1986 roku, jedyną rzeczą, jaką można było zobaczyć, była duża niebiesko-zielona kula bez widocznych śladów chmur. To, co zobaczył Voyager, wyglądało jak warstwa mgły w głębokiej atmosferze złożonej z lekkiego wodoru i helu, z niewielkimi ilościami metanu i innych węglowodanów.
Ale lot Voyagera został zapamiętany z czegoś innego.
Zdjęcie Urana z sondy Voyager 2
28 stycznia 1986 roku NASA miała przedstawić pierwsze zdjęcia małych satelitów Urana - w szczególności Mirandy, gdzie, jak się okazało, znajdują się strome lodowe klify wysokie na prawie 10 kilometrów. Ale konferencja prasowa nie odbyła się, ponieważ na ekranach telewizyjnych widowni pojawiły się inne materiały. Pokazano eksplozję promu kosmicznego Challenger, w której zginęło siedmiu astronautów.
Raz po raz pokazywał białą chmurę pary z eksplozji i dwie rakiety pomocnicze lecące w różnych kierunkach. Potem nikt nie chciał uczestniczyć w konferencji prasowej na Uranie. Dlatego Voyager 2 po cichu opuścił Urana i rozpoczął trzyletnią podróż do Neptuna.
Do widzenia i nowy początek
W sierpniu 1989 roku Voyager 2 poleciał do Neptuna, ostatniego celu Wielkiego Spaceru, na który Kongres nigdy nie zezwolił.
Tym razem chodziło o prawdziwy festiwal statków kosmicznych w Pasadenie, gdzie znajduje się JPL. Wzięły w nim udział tysiące osób, które zostały nagrodzone ciekawymi zdjęciami pięknego błękitnego Neptuna z białymi chmurami pędzonymi przez burzę z prędkością 2000 km na godzinę.
Pozostaje tajemnicą, jak planeta znajdująca się w tak dużej odległości od Słońca i z bardzo niską temperaturą - minus 215 stopni = może mieć wystarczająco dużo energii, aby wywołać tak potężne burze.
Wkrótce nadszedł czas, aby pożegnać się z Voyagerem 2. a tym pożegnaniem były zdjęcia dużego lodowatego księżyca Triton, który zaskoczył obecnością gejzerów. Znaleziono co najmniej 50 miejsc z długimi, ciemnymi śladami jakiejś formy erupcji.
Niektóre zdjęcia pokazują, że gejzery osiągają 8 kilometrów wysokości, gdzie napotykają prąd strumieniowy w bardzo rozrzedzonej atmosferze. Rozciąga zwykłe gejzery, zamieniając je w długie smugi dymu. Uważa się, że gejzery są tak ciemne, ponieważ zawierają nie tylko parę, ale także pył i materię organiczną.
Lot właśnie się rozpoczął
Lot obok Neptuna był końcem Wielkiego Spaceru, podróży, którą słusznie można porównać do lądowania na Księżycu. Nie było to jednak pożegnanie z Układem Słonecznym, którego ani Voyager 1, ani Voyager 2 jeszcze nie opuściły.
Na zakończenie w 1990 roku wykonano pożegnalne zdjęcie wszystkich planet Układu Słonecznego. Na nich Ziemia jest widoczna jako mała „jasnoniebieska kropka”. To zdjęcie naszej Ziemi z odległości 6 miliardów km stało się swego rodzaju symbolem pokazującym, jak mało miejsca zajmujemy we wszechświecie.
Obie sondy Voyager są teraz daleko od orbity Plutona i od pasa Kuipera, który składa się z małych lodowych planet. Jednak wciąż mają przed sobą tysiące lat podróży, zanim dotrą do ostatniego przyczółka naszego Układu Słonecznego, mianowicie Obłoku Oorta, który jest uważany za miejsce narodzin wielu komet.
Voyager 1 ustanowił rekord odległości 141 jednostek astronomicznych od Słońca (jedna jednostka AU to odległość od Ziemi do Słońca).
Powolny Voyager 2 przeleciał tylko 116 AU. Obie sondy nieustannie wysyłają dane na Ziemię, które są obecnie głównie związane z wiatrem słonecznym i słonecznym polem magnetycznym.
Naukowcy mają nadzieję pozostać w kontakcie z obiema starymi sondami kosmicznymi do 2025 roku. Te dwie sondy są prawie wiecznymi przedstawicielami ludzkości, chociaż jest mało prawdopodobne, aby zostały znalezione przez żadną inną cywilizację.
Przesłanie Ziemian
Obaj podróżnicy niosą ze sobą wiadomość od Ziemian, zapisaną na pozłacanej 30-centymetrowej płytce zamontowanej na pokładzie.
Wiadomość została opracowana przez komisję pod przewodnictwem znanego astronoma i astrobiologa Carla Sagana (Carl Sagan, 1934 - 1996). Ponieważ prawdopodobieństwo, że te sondy kiedykolwiek zostaną znalezione, jest nieskończenie małe, możemy przyjąć tę wiadomość jako wiadomość dla siebie.
Zawiera zarówno obrazy, jak i dźwięki, które są zaszyfrowane na płycie. To seria zdjęć opisujących, w jaki sposób można odtworzyć zawartość płyty. Zabawę należy wykonywać przy 16 2/3 obr / min za pomocą igły przymocowanej do płytki. Jest staroświecki, ale technicznie rozsądny, jeśli odbiorcy potrafią rozgryźć serię zdjęć.
Henrik og Helle Stub
