A Voyager küldetés

A NASA fennállása óta rengeteg küldetést hajtott végre, most is többet folytat párhuzamosan. Ezek között az talán egyik legsikeresebb a Voyager-1 és -2 küldetés; de minden esetre ez a jelenleg leghosszabb ideje futó misszió.

A küldetés célja

A Voyager csillagközi küldetésnek eredeti célja a külső bolygók és szomszédságukon túli tájak felderítése, majd Nap által uralt térség (heliopauza) peremének felderítése. Ez az újradefiniált küldetés továbbra is kutatja a külső Naprendszer környezetét, keresi a heliopauza határát, a Nap mágneses mezejének határát, illetve a napszél kifelé irányuló áramlását. Ilyen messzire még egyetlen, ember által alkotott űreszköz sem jutott.

Áttekintés

A Voyager-1 és -2 szondák azt a helyet kutatják, amit ember korábban még soha. 1977-es fellövésük óta töretlenül folytatják útjukat, immár 45 éve, ráadásul mindkét szonda sokkal távolabbra került a Naptól, mint a Plutó kisbolygó pályájának legtávolabbi pontja. 2012. augusztusában a Voyager-1 szonda jutott ki az emberiség történetében legelőször a csillagközi térbe, amit a közeli csillagok évmilliárdokkal ezelőtti robbanása által kidobott anyag részecskéi alkotnak. A tudósok remélik, hogy minél többet megtudhatnak erről az ismeretlen régióról, főleg a Voyager-2 2018. novemberi helioszférából a csillagközi térbe való kilépése miatt. Mindkét űrszonda továbbra is tudományos információkat küld a környezetéről a Mélyűri Hálózat (Deep Space Network = DSN) segítségével.

A szondák elsődleges küldetése a Jupiter és a Szaturnusz vizsgálata volt. Számos tudományos sikerük után (pl. a Jupiter Io holdjának aktív vulkánjai, vagy a Szaturnusz gyűrűinek bonyolultsága) a küldetést a NASA tudósai meghosszabbították. A Voyager-2 folytatta útját az Uránusz és a Neptunusz felé. Mind a mai napig ez az egyetlen emberi szonda, mit meglátogatta ezt a két bolygót. A szondák a helioszférából való kilépés után jelenleg a csillagközi űrt tanulmányozzák.

Fellövés időpontja: 1977. szept. 5. A szonda a Jupiter és a Szaturnusz mellett is elhaladt, kihasználva az óriásbolygók gravitációs parittya-effektusát. 1979.márc.5-én haladt el a Jupiter mellett, majd 1980. nov. 12-én volt a Szaturnusznál. A Szaturnusz után a szonda kiröpült a bolygók pályáiról és elhagyta a Naprendszert. Részletesebben: https://svs.gsfc.nasa.gov/4139

Fellövés időpontja: 1977. aug. 20. A szonda 1979. júl. 7-én érte el a Jupitert, majd a bolygó gravitációs hatását kihasználva irányt változtatott. 1981. aug. 26-án érte el a Szaturnuszt, ahol újabb irányváltás jött. 1986. jan. 24-én érte el az Uránuszt, majd 1989. aug.25-én a Neptunuszt. Utána ez a szonda is elhagyta a Naprendszert. Részletesebben: https://svs.gsfc.nasa.gov/4140

Technikai-tudományos részletek

Maguk a szondák hasonló felépítésűek: háromtengelyes stabilizált rendszerek, amelyek az égi vagy giroszkópos helyzetmeghatározást felhasználva a fő antennájukat mindig a Föld felé irányítják. Mivel már elég messze vannak, ezért a legfényesebb pontot, a Napot veszik irányba. A tudományos műszercsomag 10 eszközből áll.

A vezérlő számítógép csupán szekvenciális és vezérlő funkciókat biztosít, rögzített rutinokat tartalmaz (pl. parancs-dekódolás, hibaészlelés, hibajavítás, antenna-mutató információk,…)

Az AACS (Attitude and Articulation Control Alsystem) szabályozza az űrszonda tájolását, fenntartja a nagy teljesítményű antenna Föld felé mutató pozícióját, vezérli a kontroll-manővereket, és pozícionálja a kutatási platformot.

A kommunikáció alapvetően az S-sávon keresztül történik, 16 bit/sec. sebességgel, míg az X-sávú adó a belső kommunikációért felelős 160 bit/sec. sebességgel. Az összes adatot egy 3,7 méteres nagy erősítésű antenna továbbítja a Föld felé.

Az elektromos áramot három rádióizotópos hőelektromos generátor szolgáltatja, A jelenlegi teljesítmény kb. 250 Watt. Az eszközök nem bírják a folyamatos terhelést ilyen hosszú ideig, így egyes részeket le kellett kapcsolni.

Érdemes megnézni a szondák 3 dimenziós modelljét: https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/spacecraft/

Képek és képek

A Voyager-szondák egyik legnagyobb tudományos vívmánya volt, hogy korának az egyik legjobb fényképezőgépét vitték magukkal. Minden bolygó-közelítéskor képek ezreit készítették, melyekből később igen sok tudományos eredmény született, valamint rengeteg érdekes grafika is. Ezek közül egyik, amely bemutatja a két szonda idővonalát:

(Kép eredetije: https://voyager.jpl.nasa.gov/downloads/#gallery-infographics-1)

A Voyager-1 1979 januárjában kezdte fényképezni a Jupitert és az öt főbb holdját, majd mellette elhaladva és visszanézve kb. 19ezer képet készített. A Voyager-2 április végétől augusztusig kb. 33ezret. A képek felbontása és részletgazdagsága messze meghaladta az akkor még csak a Föld felszínéről készíthető fotókat. Bár a csillagászok évszázadok óta tanulmányozták a Jupiter rendszerét, de a tudósokat is meglepték a Voyager szondák felfedezései. Így már sokkal jobban megértették az ottani fizikai, geológiai és légköri jelenségeket, közte is a mágneses tér különös formáit.

Közülük csak párat szeretnék bemutatni. (Képek eredetije: https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/jupiter/)

Maga a Jupiter bolygó és két nagy holdja:

Az Io hold aktív vulkánokkal: Mindezidáig ez az egyetlen csillagászati objektum, amelynek felszínén aktív vulkánikus tevékenységet sikerült lefényképezni. A tudósokat leginkább ez a fénykép lepte meg, mert erre senki sem számított. Úgy tűnik, hogy az Io az elsődleges nyersanyagforrása az egész Jupiter-rendszer törmelékének. A magnetoszféra külső peremén pedig ként, oxigént és nátriumot észleltek, amelyek valószínűleg az Io vulkánjaiból származhatnak, majd a viszonylag alacsony gravitáció miatt el tudtak szakadni a forrásnak számító holdtól.

Callisto hold:

És a nevezetes Nagy Vörös Folt a Jupiteren:

Már távolodóban volt a szonda, amikor a tudósok hirtelen ötlettől vezérelve akartak készíteni egy búcsú-fotót. Ekkor fedezték fel a Jupiter addig még ismeretlen, Földről nem látható, halvány gyűrűit:

A Szaturnusz képei

A szondák a Jupiter után a gyűrűiről ismert Szaturnuszt vették célba. A két szonda kilenc hónap különbséggel, 1980 novemberében, illetve 1981 augusztusában érte el a gyűrűs bolygót. A két szonda találkozása rengeteg adatot nyújtott és hatalmas ismeretanyaggal bővítette az évszázados földi megfigyelés hiányosságait.

A Szaturnusz légköre a szondák mérései alapján elsősorban hidrogénből és héliumból áll. A Voyager-1 mérései szerint a felső légkörnek csak 7%-a hélium, míg a többi hidrogén. (A Jupiternél ez 11% volt.) A hélium alacsony mennyisége a felső légkörben arra utalhat, hogy a nehezebb hélium csak lassabban süllyed a bolygó belsejébe – ez magyarázatot adhat a Szaturnusz által kibocsájtott energiára, ami felülmúlja a Naptól kapott mennyiséget. Ráadásul a Szaturnusz az egyetlen olyan általunk ismert bolygó, amelynek sűrűsége kisebb a víznél.

A bolygón nagy sebességű szelek uralkodnak. Az egyenlítő közelében 500 m/s-et mért a szonda. A szél többnyire keleti irányú. A legerősebb szelek az egyenlítőnél vannak, míg a sebesség egyenletesen csökken a bolygó szélességi íveivel. A 35. fok felett a szelek iránya már változatos. A keleti irányú szelek dominanciája azt jelzi, hogy a szelek nem csupán a felső légkörre korlátozódnak, hanem legalább 2000 km-re a bolygó magja felé kell terjedniük. Ezenkívül a Voyager-2 mérései feltűnő észak-déli szimmetriát mutatnak, ami arra készteti a tudósokat, hogy a szelek északról délre terjedjenek át a bolygó belsejében.

Szintén a Voyager-2 rádiósugarai segítségével behatolt a légkörbe és megmérte a hőmérsékletét, valamint sűrűségét. 82 K (kb. -191 ^oC) hőmérsékletet találtak 70 millibaros nyomáson (a Föld felszínén 1000 millibar az átlagos). Ez a hőmérséklet 143 K-ra (kb. -130 ^oC) emelkedett 1200 millibaron.

A szondák sarki fényhez hasonlító ultraibolya hidrogénkibocsátást találtak a légkör középső szélességein, de magát a fényjelenséget csak 65. fok felett. A magas szintű aurális aktivitás összetett szénhidrogénmolekulák képződéséhez vezethet, amelyek az Egyenlítő felé kerülnek, de ezek megjelenése az egyenlítő felett rejtély, mivel a Földön ezeket elektronok és ionok okozzák, ami csak a sarkok felett jellemző.

(Képek eredetije: https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/saturn/)

A Szaturnusz a Voyager-2 felvételén:

A bolygó két holddal:

A rejtélyes Enceladus hold:

A bolygó gyűrűi (1981.aug.23-án) – hamis színes felvétel:

A Titán nevű óriás hold és légköre (1980. nov.12.):

Az Uránusz képei

A Voyager-2 szonda 1986 januárjában közelítette meg a Naprendszer hetedik bolygóját, az Uránuszt. Legközelebb 1986. január 24-én volt, mindössze 81500 km-re a felhők tetejétől. A Voyager 2 több ezer képet és hatalmas mennyiségű egyéb tudományos adatot sugárzott rádión a bolygóról, holdjairól, gyűrűiről, légköréről, belsejéről és az Uránuszt körülvevő mágneses mezőkről.

A szonda felvételei az öt nagy holdról számtalan különleges tájat mutattak és utaltak a holdak változékony geológiai múltjára is. A kamerák 11, korábban nem észlelt holdat is mutattak. Számos műszer vizsgálta a bolygó gyűrűrendszerét, amelynek meglétét nem tudták egyértelműen bizonyítani a földi csillagászok. A szonda egy szokatlanul erős mágneses mezőt is talált. Ezen kívül a szonda által méret adatok szerint az egyenlítői hőmérséklet annak ellenére nagyjából megegyezik a sarkokéval, hogy az előbbi régió jóval több fényt kap.

(Képek eredetije: https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/uranus/)

A Miranda hold:

Valódi és hamis színes felvétel (1986. jan.17.) a bolygóról:

Három újonnan felfedezett holdacska:

Az Oberon hold legjobb felvétele, amely hűen mutatja a változatos múltat:

Mozaik az Ariel hold képeiből, amely hűen mutatja a rengeteg völgyet:

Búcsúfeltétel (1986.jan.25.):

A Neptunusz képei

nyarán közelítette meg a Voyager-2 a Neptunuszt, az utolsó bolygócélpontot. A gázóriás északi pólusa felett kb. 4950 km-re haladt el, majd mindössze öt órával később halad el a Triton holdóriástól kb. 40ezer km-re. A szonda amúgy 1989 júniusától októberéig szinte folyamatosan figyelte és fényképezte a Neptunuszt.

(Képek eredetije: https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/neptune/)

A Neptunusz bolygó:

A Neptunusz gyűrűi a bolygó kitakarásával:

A Triton hold – a mozaikfotón két különböző felbontású rész látható:

A Neptunusz Nagy Sötét Foltja, amely a felhők tetején látható:

Közeli felvétel a bolygó felső atmoszférájáról:

3 nappal a legjobb megközelítés után – A Neptunusz bolygó és a Triton hold:

Az arany bevonatú lemez

A NASA nem ismerte be földönkívüliek létezését és nem is nagyon támogatja az ilyen irányú kutatásokat (ellenpélda: Seti@Home). Ennek ellenére, vagy talán még inkább ezért a Voyager szondákra felraktak 1-1 arany bevonatú lemezt. A lemez tele van a Föld látnivalóival és hangjaival, beleértve az embereket és az állatokat ábrázoló képeket, hangokat, zenei felvételeket. Ez a lemez az idők során több filmben is szerepelt. Összesen 116 fotó van rajta, valamint a "Helló" 55 emberi nyelven.

A lemez bal felső sarkában van egy könnyen felismerhető rajz magáról a lemezről és egy ceruza, amely ezt lejátssza.

(Kép eredetije: https://voyager.jpl.nasa.gov/golden-record/golden-record-cover/)

A ceruza mutatója megfelelő helyzetben van ahhoz, hogy lejátssza az audió lemezt. Továbbá a lemezen rajt van bináris aritmetikával egy fordulat pontos ideje (3,6 másodperc) – összehasonlításképpen meg van adva a hidrogénatom energiaszintjei közötti 0,70 mikromásodperces egységben. A rajz azt is jelzi, hogy a lemezt kívülről befelé kell lejátszani. A rajz alatt a lemez és a ceruza oldalnézete látható egy bináris számmal, amely megadja a lemez egyik oldalának lejátszásához szükséges időt – körülbelül egy órát.

A bal alsó sarokban található rajz a korábbi Pioneer-10 és -11 szondákon elküldött üzenőtáblák egy része látható. Ez a Naprendszerünk pontos elhelyezkedését mutatja a környéken található 14 pulzárhoz képest, melyeknek periódusai is adottak.

A jobb alsó sarokban két kört tartalmazó rajz a hidrogénatom két legalacsonyabb állapotának rajza, egy összekötő vonallal és egy számjeggyel, amely jelzi, hogy az egyik állapotból a másikba való átmenethez tartozó időintervallum alapvető időskálaként használható, mind a borítón, mind a dekódolt képeken megadott időre.

Továbbá van információ arról, hogy a lemezen rögzített jelekből hogyan lehet képeket készíteni.

Részletesebb információ: https://voyager.jpl.nasa.gov/golden-record/golden-record-cover/

További információk

Ha minden jól megy, további a 2030-as évek közepéig kommunikálhatunk a két űrhajóval, amíg radioaktív áramforrásaik már nem tudnak elegendő elektromos energiát ellátni a kritikus alrendszerek ellátásához. Ennek segítésére a kutatók lekapcsoltak számos alrendszert, hogy minimalizálják az áramfogyasztást.

Érdekesség, hogy meg lehet nézni a szondák jelenlegi helyzetét és állapotát: https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/#where_are_they_now

Televíziós és filmes utalások

A Voyager szondáknak nagy hatása volt a televíziós/filmes világra is. Talán a legszélesebb körben ismert utalás az egyébként nem túl sikeres 1979-es Star Trek: A mozifilm c. filmben található. A filmben a V'Ger nevű gép - a kitalált, 1999-ben indított Voyager-6 űrszonda, amelynek intelligenciáját nagymértékben növeli egy idegen faj - teremtőjének, a Földnek az otthonát keresi, és azzal fenyeget, hogy közben pusztítást végez bolygónkon. A filmbeli Voyager szonda eltűnt egy fekete lyukban és a galaxis túlsó végén bukkant fel. Feltérképezve a primitív, XX. századi programozását az ottani lakosok egy hatalmas űrhajót építettek köré és visszaküldték a Földre azzal a paranccsal, hogy menet közben gyűjtsön össze minél több információt. Ám az űrhajó a visszaút során annyi tudást halmozott fel, hogy elérte az önálló intelligencia fokát, így mesterséges intelligenciává lett. A 2270-es években a Csillagflotta elfogta az űrhajóból érkező jeleket és az Enterprise-t küldte ki a probléma "megoldására".

A való életben John Casani, aki akkoriban a Voyager projekt menedzsere volt a NASA Jet Propulsion Laboratory-ban a kaliforniai Pasadenában, felajánlotta, hogy kölcsönad egy Voyager modellt a Star Trek alkotójának, Gene Roddenberrynek. Bár a filmváltozat megváltoztatta az eredeti tervet, mégis a küldetést használta inspirációként. Információ a filmről: https://www.imdb.com/title/tt0079945/

Az 1984-es Starman c. filmben egy idegen faj felfedezi a lemezt és egy követet küld a Földre, hogy megismerje azt. (https://www.imdb.com/title/tt0088172)

Az X-akták 1994-es "Kicsi zöld emberek" c. epizódja szintén a Voyager előtt tiszteleg. https://www.imdb.com/title/tt0751154/) Az epizód Fox Mulder FBI-ügynökkel kezdődik, aki leírja a Voyager küldetést és az Aranylemezt, beleértve a képeket, a zenét és a gyermekhangot, amely azt mondja: "Üdvözlet a Föld bolygó gyermekeitől." Mulder szerint a Voyagerek áthaladtak a Neptunusz pályáján, és az ügynök szerint "nem érkezett további üzenet", de a valóságban a Voyager szondák továbbra is minden nap kommunikálnak a Földdel.

A Star Trek V. részében (A végső határ; https://www.imdb.com/title/tt0098382/) a klingon Klaa parancsnok pusztítja el a Pioneer-10 szondát.

További utalások:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/the-voyagers-in-popular-culture

Felhasznált irodalom: