Fordította: Sipos Róbert
Források: http://voyager.jpl.nasa.gov/
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogallery-voyager.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_1
http://www.enc.hu/1enciklopedia/fogalmi/fiz_makro/helioszfera.htm

Eljutni oda, ahová szonda még nem merészkedett

A Voyager egy amerikai kutatási program, amely Naprendszerünk nagy gázóriásainak (Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz) felfedezését tűzte ki célul mégpedig úgy, hogy automata űrszondákat küldtek magukhoz a bolygókhoz. 1977-ben két szondát indítottak útnak, kihasználva a a 70-es évek végének kedvező bolygó-együttállását. Ez az együttállás (ami csak 177 évente következik be) lehetővé teszi, hogy egyetlen szondával megközelíthesség mind a négy gázóriást. Biztonsági okokból azonban nem egy, hanem két (egyébként azonos) szondát is útnak indítottak: a Voyager 1-et és a Voyager 2-t. Bár eredetileg úgy tervezték őket, hogy a gázóriások területén maradjanak, képesek voltak folytatni az útjukat a naprendszer külső része felé és a helioszférán átlépve kijutni a mélyűrbe, túl a naprendszerünk határán. A két szondát a dél-kaliforniai Jet Propulsion Laboratory (JPL) építette a NASA megbízásából és floridai Cape Canaveral űrközpontból lőtték ki. maps

Az évek során mind a két szonda nagy mennyiségű adatot gyűjtött a gázóriásokról és a körülöttük keringő holdakról, amiket korábban kevésbé ismertünk. Emellett röppályájájukat alapul véve az kiderült, hogy a Neptunuszon túl már nincs másik nagy bolygó a Naprendszerben (mert ha lenne, annak gravitációs hatása befolyásolta volna a pályájukat.) Mára a Voyager 1 lett a földtől legtávolabb lévő ember alkotta szerkezet. Már elég közel jár ahhoz, hogy belépjen a csillagközi térbe és az első ember alkotta tárgy legyen, ami elhagyja a Naprendszert. A szonda a cikk írásának idején 18 502 534 093 km-re van a Földtől (ez néha, amikor a Föld épp a szonda felé mozog, ideiglenesen csökken is), abba a távolságba a fény a Naptól több, mint 34 óra alatt jut el. A Voyager 2-t korábban indították, de a pályája más volt, mint társának, ezért némileg közelebb van: 15 180 767 803 km-re. A távolságok megadásakor az ún. csillagászai egység (vagy CsE) is használatos (angol terminológiában AU - Astrological Unit), ez a Nap és Föld átlagos távolsága, körülbelül 150 millió km.

kep1
A Voyager 1 indítása egy Titan IIIE-Centaur hordozórakétán 1977. szeptember 5-én
kep2
A Voyager 2 indítása egy Titan IIIE-Centaur hordozórakétán 1977. augusztus 20-án

A Voyager szondákat eredetileg a Mariner program részének tervezték és Mariner 11, Mariner 12 néven készültek. (A Mariner-program során 1962 és 1973 között a NASA szondákat küldött a Marshoz, Vénuszhoz és a Merkúrhoz.) Amikor azonban már látszott, hogy a két szonda építése mekkora mértékben túllőtt a célon, külön programmá váltak. Ezt eleinte Mariner Jupiter-Szaturnusznak hívták és csak később nevezték át Voyagerre. A program alapvetően a 60-as 70-es években a külső bolygókhoz tervezett "Nagy utazásnak" nevezett terv leszűkített változata volt. A JPL egyik mérnöke, Gary Flandro azt fedezte fel, hogy a bolygók elrendezése kihasználhatóvá tenné a Jupiter gravitációs terét, hogy a szonda a Szaturnuszhoz menjen, majd a Szaturnuszét, hogy az Uránuszhoz és a Neptunuszhoz. A Nagy utazás terve az volt, hogy különféle röppályákon több pár szondát küldjenek a külső bolygókhoz, beleértve a Plútót is (például a Jupiter-Szaturnusz-Plútó és Jupiter-Uránusz-Naptunusz pályákon). A Kongresszus költségcsökkentési döntése miatt azonban a Nagy Utazás tervét drasztikusan megnyirbálták. A Voyager program végére mégis sikerült az eredeti terv sok részét kivitelezni.

A program két szondája közül elsőként a Voyager 2-t indították. Röppályája úgy lett meghatározva, hogy a bolygók 177 évente bekövetkező együttállását kihasználja és ha minden jól megy, elérje mind a négy gázóriást. Természetesen komoly hiba vagy a rádió-adóvevőben bekövetkező bármilyen probléma esetén a hosszú küldetés azonnal véget ért volna, hiszen nem volt második szonda, ami átvehetné a helyét. Ezt a kockázatot a NASA és a JPL kénytelen volt vállalni. A Voyager 1 nem sokkal testvére után indult, de egy rövidebb és gyorsabb röppályán, ami hamarabb ér a Jupiterhez és a Szaturnuszhoz, de ennek az az ára, hogy így nem tud megvizsgálni több külső bolygót. Emellett ennek a szondának az is fontos feladata lett, hogy a Szaturnusz Titán nevű holdjához közel haladjon. Ez a hold azért volt érdekes, mert elég nagy és sűrű atmoszférája van. Kevésbé ismert tény a program történetében, hogy a Voyager 1 startja majdnem sikertelen lett. A Titan rakéta a második start során idő előtt leállt. A hiányzó tolóerőt a Centaur fokozat épphogy csak tudta pótolni, így a szökési sebességet (vagyis azt a sebességet, ami szükséges ahhoz, hogy a szerkezet eljusson a kívánt célhoz) a szonda még 3,4 másodperccel a hajtóanyag elfogyása előtt el tudta elérni. Így még kivitelezhető volt a Jupiter és Szaturnusz meglátogatása, de csak a szerencsén múlt, hogy nem a Voyager 2 kapta a rossz rakétát, ez esetben ugyanis ma sokkal kevesebbet tudnánk az Uránuszról és a Neptunuszról.

A 90-es években a Voyager 1 megelőzte a lassabb Pioneer 10 és 11 mélyűri szondákat és a Földtől lévő legtávolabbi ember alkotta szerkezet lett (ezt a rekordját az előre látható jövőben meg is fogja tartani). Még a New Horizons szonda sem fogja megelőzni, mert annak a végső sebessége a naprendszeren belüli manőverek után kevesebb lesz, mint a Voyager 1 mostani sebessége.

A New Horizons

A New Horizons a NASA "robotszondája" 2015. július 14-én haladt el a Plútó mellett. Ez volt az első szonda, ami megvizsgálta a Plútót és a holdjait (Charon, Nix, Hydra, S/2011 P 1 és S/2012 P 1). A begyűjtött adatokat a szonda még több hónapon keresztül fogja küldeni. Ezután megpróbálnak több kuiper-övi objektumot is megvizsgálni, ha lesz valami a "közelben". (A Kuiper-öv a Neptunusz pályáján kívül található kisbolygóöv, amit Gerard Kuiper csillagász tiszteletére nevezték el. Itt található a Plútó is.) A New Horizons-t 2006. január 19-én indították és közvetlenül egy Föld- és Nap-elhagyó pályára állították a Földhöz képest 16,26 km/s sebességgel (58536 km/h). Ez volt az eddigi legnagyobb indítósebesség, amit valaha ember alkotta szerkezet kapott. A szonda 2006-ban már elhagyta a Mars pályáját, 2007-ben a Jupiter, 2008-ban a Szaturnusz, 2011-ben pedig az Uránusz pályáját is. 2011. december másodika óta ez a Plútóhoz lévő legközelebbi ember alkotta szerkezet.

Ma, több mint 30 évvel az indítás után is rendszeresen felveszik mindkét Voyager szondával a kapcsolatot, hogy megvizsgálják az állapotukat. Radioaktív erőforrásaik továbbra is működőképesek és lehetővé teszik a további működés során a helioszféra vizsgálatát, ahol jelenleg haladnak. 1990 február 14-én, miután a szonda áthaladt a Neptunusz és a Plútó pályáján, a Voyager 1 fényképezőgépét visszafordították a Nap felé, hogy utoljára még készítsen egy sorozat képet a Napról és a bolygókról. Ez lett Naprendszerünk első kívülről fotózott "portréja".

2003 végén a Voyager 1 által küldött adatok azt jelezték, hogy áthaladt a határoló lökésfronton (Naprendszerünk külső tartományának határán), de ezeknek az adatoknak az értékelésén még mindig vitatkoznak, így az elfogadott nézet szerint a lökésfrontot véglegesen 2004 decemberében lépte át. A heliopauza még mindig ismeretlen távolságra van. 2007 december 10-én a Voyager 2 fedélzetén lévő műszerek adatai azt jelezték, hogy a naprendszer aszimmetrikus. Ez a szonda is elérte már a lökésfrontot, nagyjából 15 milliárd kilométerre attól, ahol a Voyager 1 is áthaladt és jelenleg nagyjából 3,3 CsE/év sebességgel halad kifelé. (Jelenlegi sebessége 17,26 km/s, vagyis 62136 km/h) 2009 augusztusában a Voyager 1 már 110,7 CsE távolságra volt a Naptól és ezzel belépett a Naprendszer mágneses hüvelyébe, ami a napszél határoló lökésfrontja és a heliopauza (a napszél határa) között helyezkedik el. A heliopauza mögött már a csillagközi területnek a naprendszerrel ütköző része van. Ha ezt a részt is elhagyják, akkor a szondák bekerülnek a csillagközi térbe. Ezzel a Nap gravitációs hatása legyengül és azt felváltja a Tejútrendszer általános gravitációs hatása. A heliopauzánál a Napból származó fény már 16 óra alatt érte el a szondát. 2010 december 10.-re a Voyager 1 elérte azt a területet, ahol a napszél hatása már nem érezhető. Ezen a ponton ezt már elnyomja a csillagközi szél (vagyis a csillagközi térből származó részecskék) hatása.

A Voyager 1 az ekliptikához képest 35 fok szögben északra a Kígyótartó csillagkép felé halad. Időszámításunk szerint 40272-ben Kis Medve csillagkép egyik névtelen csillagának 1,7 fényéves körzetében lesz (a csillag azonosítója: AC+79 3888). A Voyager 2 3,1 CsE/év sebességgel halad a Nyilas és Páva csillagképek felé. Nagyjából 40000 év múlva az Andromeda csillagkép egyik kis csillagának (Ross 248) 1,7 fényéves körzetében lesz, 296000 év múlva pedig 4,3 fényévre megközelíti az égbolt legfényesebb csillagát, a Szíriuszt.

A Helioszféra

A helioszféra a Naprendszer azon tartománya, melyet a Napból kiáramló nagy sebességű gázáram, a napszél tölt ki. Ezért a tulajdonságait elsősorban a kiáramló ionizált és mágnesezett plazma határozza meg. Külső határa a heliopauza, ez választja el a napszelet a csillagközi széltől, a csillagközi gáz részecskéitől. A csillagközi gáz semleges összetevői a heliopauzán áthatolva bejutnak a helioszférába, míg a töltött részek eltérülnek előtte. A heliopauza a Naptól mintegy 100-150 csillagászati egységre húzódik. Helyét a napszél és a csillagközi gáz ionizált részének nyomásviszonyai határozzák meg, a két nyomás a heliopauzánál van egymással egyensúlyban. A helioszféra alakja üstököshöz vagy a Föld magnetoszférájához hasonló, a méretek azonban több nagyságrenddel nagyobbak. A helioszféra határfelületeinek helye állandóan változik a naptevékenységtől függően. A napszél és a csillagközi plazma választóvonalát 2020. táján érheti el a Voyager 1, de akkoriban energiaellátó rendszere kimerülőben lesz már és nem biztos, hogy tud adatokat küldeni. A helioszféra külső tartományairól ezért egyhamar nem lesznek közvetlen ismereteink, mérési adataink.

helioszfera

Az űrszondák kialakítása

A két szonda megegyezik. Tömegük az indításkor 815 kg volt, ebből 105 kg-ot a tudományos műszerek tettek ki. Jelenlegi becsült tömegük a hidrazin üzemanyag fogyása miatt 733 (Voyager 1) és 735 (Voyager 2) kg körül van. A szondák háromtengelyű irányító rendszert tartalmaznak, ennek vezérléséhez giroszkóp és gyorsulásmérő is be van építve. Ezeket a helyzetvezérlő számítógép úgy irányítja, hogy nagy érzékenységű antennáját mindig a Föld felé, tudományos műszereit pedig pontosan a célra irányítsa. Ebben segít a mozgatható berendezéstartó állványzat, amin a kisebb műszerek és a képfelvevő berendezések foglalnak helyet. A nagy antenna 3,66 méter átmérőjű és az alatta elhelyezkedő 1,8 méter átmérőjű tízszögletű, elektronikát tároló részhez kapcsolódik. Van egy gömb alakú tank is, ami a meghajtó rendszerekhez szükséges hidrazin üzemanyagot tárolja. A nevezetes arany hanglemez a tízszögletű burkolat egyik oldalán található. A ferdén álló szögletes panel az optikai kalibrációhoz szükséges és a fölösleges hő eltávolítására szolgál. A három radioizotópos termoelektromos generátor (RTG) az alsó 3,7 méteres állványzat végére van szerelve. Ezek erőforrása plutónium-238 hasadóanyag. A szondák felbocsátásának idején még 30 V feszültségen 470 W teljesítményt adtak le, 2011. október 7-én ez a teljesítmény a Voyager 1-en 267 W-ra, testvérén pedig 269 W-ra csökkent. Ahogy a teljesítmény csökkent, az évek során egyre több funkciót ki kellett kapcsolni. A szonda magassága (a nagy antenna középső szerkezetének tetejétől mérve az elektronika házának aljára szerelt háromszögletű láb aljáig) nagyjából 3,8 méter, így a különböző eszközöket tartó rudazat nélkül akkora, hogy befér egy 4 méter oldalhosszúságú kockába. Az indítórakéta mindkét esetben Titan III E/Centaur típus volt, ami nagyjából 50 méter magas és 635 tonna tömegű.

voyager1

A szondákon lévő aranylemezre nagyon nagy tisztaságú uránium 238-at is raktak abból a célból, hogy az uránium felezési idejének ismeretében egy idegen civilizáció megállapíthassa a szerkezet felbocsátásának időpontját.

Aranylemez

Mindkét szonda tartalmaz egy arannyal bevont rézkorongot is abból a célból, hogy ha a szondát valaha földönkívüli értelmes lények megtalálják, akkor információkat kapjanak az emberekről. A lemezek fotókat tartalmaznak a Földről, annak életformáiról, sok tudományos információt, hangzó üzenetet az emberektől 55 különböző nyelven - köztük magyarul is (préselt hanglemez formájában, amiről a hangrezgéseket a lehető legegyszerűbben vissza lehet nyerni), hangmintákat és különböző zenéket J. S. Bachtól Chuck Berryig. A lemez alumínium tokja pedig olyan információkat, amikről némi természettudományos ismerettel (az idegeneknek vélhetően van ilyen, ha egyszer megtalálták a szondát az űrben) meg lehet fejteni az információk kinyerésének módját. Az általános nézet szerint ez az üzenet leginkább az embereknek vágyainak kielégítését szolgálta, hiszen nem sok esély van rá, hogy a szondát bármilyen idegen létforma megtalálja.

Mérőeszközök

A szondából a magnetométer alatt átlósan két 10 méteres antenna nyúlik ki. A 13 méteres Astromast háromtengelyes antenna átlósan balra lefelé áll és ez tartja a négy magnetométert. A 3 méteres eszközállvány felfelé nyúlik ki és alulról felfelé a következőket tartalmazza: kozmikus sugárzásmérő (CRS) balra; alacsony energiájú töltött részecske mérő (LECP) jobbra; plazma spektrométer (PLS) jobbra. Ezután következik a vizsgálóplatform, ami függőleges tengely szerint tud forogni. A vizsgálóplatform műszerei: infravörös spektrométer (IRIS - a legnagyobb kamera fönt jobbra), az ultraibolya spektrométer (UVS) pont az UVS fölött, két vidicon kamera (ISS az UVS bal oldalán) és fotópolariméter (PPS) az ISS alatt. Jelenleg öt kutatócsoport elemzi a mérési adatokat, amiket a szonda két kiegészítő eszköz segítségével rögzít: egy ún. adatkezelő rendszer (FDS) és egy nyolcsávos mágnesszalagos digitális háttértár (DTR) használatos az adatkezelő funkciókhoz. Az FDS vezérli a mérőberendezéseket és gyűjti a mérési adatokat, valamint formázza az adatokat a Földre való adáshoz. A DTR-re a nagy adatsűrűségű plazmahullám mérő rendszer (PWS) adatait rögzítik és hathavonta küldik vissza a Földre. A képalkotó berendezés egy nagylátószögű és egy szűklátószögű kamerából áll, amelyek a korábbi Mariner küldetések lassú vidicon kameráinak módosított változatai. A rendszer tartalmaz két televíziókamerát is, mindegyik nyolc különféle szűrővel ellátva, amit egy vezérelhető tárcsán helyeztek el a vidicon-ok előtt. Az egyik egy alacsony felbontású 200 milliméteres széles látószögű lencsét használ f/3-as apertúramérettel, a másik egy nagyobb felbontású 1,5 méteres szűklátószögű f/8,5-ös lencsét.

Az alábbi lista a Voyager műszereit és azok Voyager 1-en lévő állapotát sorolja fel.

Műszer (állapot) Rövidítés Leírás
Képalkotó rendszer (kikapcsolva) ISS Kétkamerás eszköz, ami képet ad a Jupiterről, Szaturnuszról és egyéb objektumokról.
Rádiótudományos rendszer (kikapcsolva) RSS A Voyager telekommunikációs rendszerét használja, hogy meghatározza a bolygók és holdak fizikai tulajdonságait (ionoszféra, atmoszféra, tömegek, gravitációs mezők, sűrűségek) valamint a Szaturnusz gyűrűinek méretét és mennyiségét.
Infravörös interferométer (kikapcsolva) Globális és helyi energiaegyensúly és az atmoszféra összetevőinek meghatározásához. Függőleges hőmérsékleti profilok szintén meghatározhatók a bolygókhoz és holdakhoz, emellett az összetétel, hőmérsékleti tulajdonságok és a Szaturnusz gyűrűinek mérete és részecskéi.
Ultraibolya spektrométer (aktív) UVS Atmoszféra tulajdonságainak meghatározására és sugárzás mérésére.
Magnetométer (aktív) MAG A Jupiter és a Szaturnusz mágneses mezőinek meghatározása, ezek kölcsönhatása a napszéllel. A bolygóközi mégneses mező kölcsönhatása a napszéllel és később a csillagközi mágneses mező mérése.
Plazma spektrométer (működésképtelen) PLS A plazmaionok makroszkopikus mérése és az 5 eV-1keV intervallumba eső elektronok mérése.
Kisenergiájú töltött részecske vizsgáló (aktív) LECP Az ionok, elektronok energiájának és irányának vizsgálata.
Kozmikus sugárzás rendszer (aktív) CRS A csillagközi kozmikus sugárzás származásának, történetének és dinamikájának vizsgálata.
Bolygó rádiócsillagászati vizsgálórendszer (inaktív) PRA A Jupiter és a Szaturnusz rádiósugárzásának vizsgálatához.
Fotópolariméter (működésképtelen) PPS Egy teleszkóp polarizátorral, ami a Jupiter és Szaturnusz felületének mintázatát és összetételét vizsgálta.
Plazmahullám rendszer (részben kikapcsolva) PWS Folyamatos méréseket ad a Jupiter és a Szaturnusz elektronsűrűségi profiljairól és a magnetoszféra tulajdonságairól.

voyagersvg

Kommunikáció

A Voyager felé egy S-sávú mikrohullámú kommunikációs csatornát használnak. A visszafelé jövő kommunikációt egy X-sávú mikrohullámú adó látja el a szonda fedélzetén, amihez egy S-sávú adó is tartozik tartalékként. Minden oda-vissza kommunikáció a Voyagerek 3,67 méteres nagy érzékenységű antennáját használva történik. A rádiókommunikáció inverz négyzetes törvénye miatt a digitális adatátviteli sebesség, amit a Voyagertől érkező adatok átvitelére használnak, folyamatosan csökken, ahogy az távolodik a Földtől. A Jupitertől például még 115000 bit per másodperces sebességet lehetett elérni, ez a Szaturnusznál azonban már csak a fele volt és azóta is folyamatosan csökken. 1982 és 1985 között a földi Deep Space Network (egy rádióteleszkópokból álló világméretű hálózat, ami a bolygóközi küldetéseket támogatja és a naprendszer rádiócsillagászati és radaros megfigyelésére is alkalmas) három parabolikus tányérantennájának átmérője közel 10 méterrel növekedett, jelentősen megnövelve a gyengülő mikrohullámú jelek vételéhez alkalmas területet. 1986 és 1989 között azonban már új módszereket kellett bevetni, hogy a több antennától beérkező jeleket összeadják egy jóval erősebb jellé, egyfajta antennarács használatával. Ezt Goldstone-ban, Kaliforniában, Canberrában és Madriban tették meg, ahol kiegészítő tányérantennák voltak elérhetőek. Emellett Ausztráliában a Parkers rádióteleszkópot maps is bevonták a rácsba a Neptunusz 1989-es felderítése során. Az Egyesült Államokban pedig az Új-Mexikóban lévő VLA (Very Large Array - Nagyon Nagy Antennarács) rádióteleszkópot maps vetették be átmenetileg, hogy a segítsenek legyőzni a kommunikációnál fellépő egyre nagyobb távolság jelentette problémát, amikor a Voyager már a Neptunusznál járt.

Voyager dátumok

Csillagközi küldetés

Az elsődleges Voyager küldetés 1989-ben befejeződött a Voyager 2 Neptunusz-utazásával. A csillagközi küldetés (az angol terminológiában VIM - Voyager Interstellar Mission) akkor kezdődött, amikor a szondák már 12 éve útban voltak. 2008-ban a NASA napfizikai részlegének ülésén úgy döntöttek, hogy a küldetést egyértelműen folytatni kell és ehhez biztosítható a szükséges Deep Space Network kapacitás is. Jelenleg a Voyager 1 és 2 vizsgálóplatformjai már ki vannak kapcsolva. A Voyager 1 ultraibolya spektrométerét 2003-ban kapcsolták ki, a giroszkópok a Voyager 2-n 2015-ig, a Voyager 1-en pedig 2016-ig lesznek üzemben. Ezeket arra használják, hogy évente 6-szor teljesen körbeforgassák a szondát annak mágneses mezőjét mérendő, hogy az eredményt kivonhassák a magnetométer által szolgáltatott adatokból. Mindkét szondának elegendő energiája van, hogy nagyjából 2025-ig működőképesek maradjanak, de ezután már nem lesz elegendő áram hozzá, hogy ellássák a tudományos műszereket. A szondák működése akkor fog leállni, útjuk viszont a belátható jövőben mindig folytatódni fog valahol kint, a csillagok között.

voyager2