Die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 wurden vor 40 Jahren auf den Markt gebracht. In nur 12 Jahren flogen sie in die Nähe der vier Hauptplaneten des Sonnensystems - Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Beide Raumsonden arbeiten kontinuierlich und senden Daten zur Erde, obwohl sie sich derzeit weit außerhalb der Umlaufbahn von Pluto befinden.
Gehen wir zurück auf das Jahr 1965, als der Wettbewerb um die Mondlandung begann und die NASA das Geld und das Vertrauen hatte, um einen großen Traum zu verwirklichen.
In diesem Moment dachte niemand an Voyager, weil alle glaubten, dass die Weltraumtechnologie noch nicht bereit war, viele Milliarden Kilometer außerhalb des Sonnensystems zu reisen.
Aber es gab bereits Geld, um junge und vielversprechende Mathematiker zu rekrutieren, die im großen kalifornischen Forschungszentrum JPL in der Wissenschaft arbeiten, und zwei dieser Mathematiker bildeten die Grundlage für die Entwicklung der Voyager.
Michael Minovich und Gary Flandro wurden beauftragt, mögliche Flugwege für Raumsonden im Sonnensystem zu untersuchen. Dies war eine Studie unter dem Motto "Timely Discretion", die bis zu dem Zeitpunkt fortgesetzt werden sollte, an dem die Raketentechnik das erforderliche Entwicklungsniveau erreichte.
Niemand erwartete herausragende Ergebnisse, aber diese beiden jungen Mathematiker stellten fest, dass zwischen 1976 und 1979 die einmalige Gelegenheit bestand, eine Raumsonde in der Nähe von vier großen Planeten ohne großen Treibstoffverbrauch in den Flug zu bringen. Es war eine Gelegenheit, die sich alle 176 Jahre ergab. In diesen drei Jahren befanden sich die Planeten so, dass die Schwerkraft eines Planeten genutzt werden konnte, um die Sonde weiter zum nächsten Planeten zu fliegen.
Dies war eine glückliche Entdeckung. Das letzte Mal geschah dies 1801, als wir mit Napoleons Kriegen und der Kopenhagener Seeschlacht beschäftigt waren. Aber das nächste Mal wird es 2153 passieren.
Die NASA ließ diese Gelegenheit nicht aus: Pläne für eine große Expedition zum Sonnensystem wurden schnell ausgearbeitet.
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Es war geplant, mindestens vier Raumsonden zu senden und zusätzlich das entfernte Pluto zu erkunden. 1976-77 war geplant, zwei Sonden an Jupiter, Saturn und Pluto und 1979 zwei weitere Sonden an Jupiter, Uranus und Neptun zu senden.
Aber der amerikanische Kongress, der erfahren hatte, dass dieses Projekt mehr als eine Milliarde Dollar wert war, mochte es nicht. Es war damals viel Geld. Der Kongress wollte Geld für nur zwei Raumsonden bereitstellen, um die günstige Position des Planeten für die Erforschung von Jupiter und Saturn zu nutzen.
Die NASA bereitet sich auf den "Great Walk" vor
Die NASA hat einen kleinen Akt des zivilen Ungehorsams begangen, der jedoch jetzt vergeben ist.
Voyager 1 führte den offiziellen Plan genau aus, der sich darauf beschränkte, nur Jupiter und Saturn zu besuchen, was es ermöglichte, Jupiters Mond Io und Saturns großen Mond Titan aus nächster Nähe zu untersuchen.
Es bedeutete aber auch, dass Voyager 1 eine Umlaufbahn erhielt, von der aus es unmöglich war, weiter nach Uranus und Neptun zu fliegen. Wissenschaftler hatten eine geheime Idee, Voyager 2 auf Lager zu halten. Er hatte eine langsame Spur und flog deshalb die ganze Zeit für Voyager 1. Während Voyager 1 seine Aufgaben löste, durfte Voyager 2 die erste Mission erfüllen und zu vier großen Planeten fliegen, dh den „Großen Spaziergang“machen, wie diese Expedition später genannt wurde.
Diese Entscheidung hatte eine lustige Konsequenz: Voyager 2 wurde vor Voyager 1 gestartet. Infolgedessen erreichte die schnelle Voyager 1 als erste Jupiter und Saturn. Und die langsame Voyager 2 sollte sich mit dem zweiten Platz zufrieden geben, aber sie hatte die Möglichkeit, als erste Sonde Uranus und Neptun zu erreichen.
Ein großes Versehen führt zu zusätzlicher Arbeit
Daher wurde Voyager 2 am 20. August gestartet. Und obwohl es sich um eine "langsame" Sonde handelte, erreichte sie dennoch eine Geschwindigkeit von 52.000 Stundenkilometern, wodurch sie in weniger als 10 Stunden an der Umlaufbahn des Mondes vorbeiflog.
Zwei Wochen später wurde die schnelle Voyager 1 gestartet, und jetzt hofften alle auf einen reibungslosen Flug nach Jupiter. Aber dann gab es einen Fehler, wodurch eine beträchtliche Anzahl von Ingenieuren in den nächsten 12 Jahren Überstunden leisten musste.
Das Kontrollzentrum hat vergessen, eine Routinemeldung an Voyager 2 zu senden. Wenn der Voyager 2-Computer die erwartete Nachricht nicht empfangen hat, wurde in seinen Anweisungen geschrieben, dass dies nur passieren kann, wenn der integrierte Empfänger eine Fehlfunktion aufweist. Es wurde angenommen, dass das Kontrollzentrum diese Operation einfach nicht vergessen konnte.
Voyager 2 wechselte pflichtbewusst zu einem Ersatzempfänger, hatte jedoch nicht die entsprechende Einstellung und konnte nur Signale in einem sehr engen Frequenzbereich von 96 Hertz empfangen, was zu Problemen führte.
Das Kontrollzentrum sendete natürlich Signale auf einer ganz bestimmten Frequenz, aber da sich die Voyager aufgrund des Doppler-Effekts sehr schnell relativ zur Erde bewegte, empfing sie ein Signal auf einer anderen Frequenz. Daher wurde der Empfänger so eingestellt, dass er Signale im Bereich von 100.000 Hertz empfängt.
Voyager 2 schwieg
Die erste Reaktion bestand darin, Voyager 2 auf den Hauptempfänger zu übertragen, aber dieser Empfänger war sofort vollständig defekt. Infolgedessen konnte die NASA keine Befehle an die Raumsonde senden.
Dies stellte sich als viel schwerwiegenderes Problem heraus als erwartet. Die Geschwindigkeit relativ zur Erde war leicht zu berechnen, aber viel schlimmer war, dass selbst sehr kleine Änderungen der Sondentemperatur von weniger als 0,3 Grad den Frequenzbereich des Empfängers so stark veränderten, dass der Kontakt mit der Erde unterbrochen wurde. Es wurde festgestellt, dass sich die Temperatur der Raumsonde änderte, selbst wenn ein Instrument eingeschaltet oder eine der Steuermotoren verwendet wurde.
Im Laufe der Jahre entwickelten die NASA-Ingenieure ein vollständiges mathematisches Modell für Voyager, mit dem die Sondentemperatur auf ein Hundertstel Grad genau berechnet werden konnte. Das Modell wurde während des gesamten Fluges der Sonde nach Neptun entwickelt, die Kommunikation mit ihr wurde für mehrere Tage unterbrochen.
Die Voyager sendet erste Bilder zur Erde
Im März 1979 erreichte die Voyager 1 den Jupiter, und die Wissenschaftler waren buchstäblich erstaunt über die fantastischen Fotos, die ins Zentrum geschickt wurden: Wolken und ein roter Fleck auf Jupiter, Ios orangefarbenem Mond und weißem, alles eisbedecktem Europa.
Jupiters großer roter Fleck. Foto aufgenommen von Voyager 1
Wissenschaftler erfuhren, was "Instant Science" bedeutet, als Journalisten bei JPL sofort nach Erklärungen zu Fotos fragten, die erst vor wenigen Stunden eingegangen waren und daher von Experten nicht sorgfältig analysiert wurden.
Für viele Wissenschaftler, die an ein ruhiges Leben gewöhnt sind und sich plötzlich vor Dutzenden von Journalisten, die eine Antwort wünschen, in einem großen Publikum wiederfinden, war dies ein echter Test.
Regenwetter über Australien schafft Probleme
Während des Fluges der Sonde über Australien, wo sich eine große Verfolgungsstation befindet, verursachte starker Regen Probleme. Die Voyager schickte ihre Daten nur in einer Entfernung von 3,6 cm zur Erde, und Funkwellen von so kurzer Länge gingen kaum durch Regenwolken. Aus diesem Grund verschwanden die Daten innerhalb weniger Stunden.
Das unerwartete Ereignis ereignete sich jedoch erst wenige Tage später, als die Voyager 1 auf dem Weg vom Jupiter zum Saturn war.
Für eine zuverlässige Navigation ist es notwendig, die Position der Voyager genau zu kennen, und dies musste insbesondere geschehen, indem der Satellit von Io zusammen mit der Masse der Sterne im Hintergrund fotografiert wurde. Daher wurde eine lange Verschlusszeit verwendet, wodurch Io auf dem Foto wie eine beleuchtete weiße Scheibe aussah.
Die Analyse der Fotos am Computer wurde von einer jungen Mitarbeiterin des Navigationsteams Linda Morabito durchgeführt. Sie entdeckte, dass sich über Io etwas befand, das wie eine Wolke aussah. Io hat keine Atmosphäre, daher erwartete niemand Wolken einige hundert Kilometer über der Oberfläche.
Gezeitenkräfte und vulkanische Aktivität
Es wurde sofort vermutet, dass es sich um einen Vulkanausbruch handelte, aber Experten, die die Fotos studieren konnten, waren an einem Wochenendausflug. Daher dauerte es volle drei Tage, bis die NASA feststellen konnte, dass die ersten aktiven Vulkane außerhalb der Erde entdeckt wurden.
Die Nachricht war für drei amerikanische Wissenschaftler von besonderer Relevanz. Erst vor einer Woche veröffentlichten sie einen Artikel in Science, in dem die Existenz von Vulkanen als Folge der starken Gezeitenkräfte des Jupiter und der benachbarten Monde Europa und Ganymed, die auf Io einwirken, vorhergesagt wurde.
Vier Monate später näherte sich Voyager 2 Jupiter. Die Wissenschaftler waren nun bereit, die Vulkane auf Io zu beobachten und die unbeschädigte Eisoberfläche Europas genauer zu betrachten. Heute wird angenommen, dass diese Eisoberfläche das Meer verbirgt, dessen Tiefe 100 km erreichen kann und in dem Leben existieren kann.
Und dank der Messungen von Voyager wissen wir jetzt, dass Gezeitenkräfte dazu führen, dass sich die feste Oberfläche von Io bei Höhenänderungen von bis zu 100 Metern auf und ab bewegt. Daher ist es nicht überraschend, dass die dadurch erzeugte Wärme zu einer starken vulkanischen Aktivität führt.
Voyager 1 fliegt in der Nähe von Titan
Es war eine ruhige Zeit, bevor Voyager 1 im November 1980 zum Saturn flog. Die Wissenschaftler konnten wieder einfach nur sitzen und die fantastischen Fotos der Saturnringe mit Freude betrachten. Die größten Erwartungen waren jedoch mit dem Flug in der Nähe von Titan verbunden. Dieser Flug an Titan vorbei schloss die Fähigkeit von Voyager 1 aus, den Flug nach Uranus und Neptun fortzusetzen.
Aber das einzige, was zu sehen war, war eine völlig undurchdringliche orangefarbene Wolkendecke. Es wurde jedoch die Zusammensetzung der Atmosphäre untersucht, bei der es sich hauptsächlich um Kohlendioxid mit einer geringen Menge Methan handelt. Der Oberflächendruck war 1,6-mal stärker als der der Erde.
Messungen haben gezeigt, dass im orangefarbenen Dunst um Titan große Mengen organischer Moleküle entstehen, wenn Methan dem Sonnenlicht ausgesetzt wird. Dies bedeutet, dass Titan auf jeden Fall viele Moleküle erhält, die eine Voraussetzung für die Entstehung von Leben sind. Leider zeigten die Messungen eine Temperatur von minus 180 Grad. Es ist lebenslang kalt, aber es ist eine Temperatur, die es ermöglicht, Methan auf der Meeresoberfläche zu finden.
Es musste noch 30 Jahre dauern, bis die Cassini-Raumsonde mit Radar trotz der Wolkendecke die berühmten Methanmeere am Nord- und Südpol von Titan sehen konnte.
Voyager 2 steht erneut vor Herausforderungen
Die Voyager 2 flog im August 1981 zum Saturn, und trotz Problemen mit dem Empfänger lief zunächst alles gut. Er fotografierte den kleinen Mond Enceladus, der, wie wir heute wissen, riesige Geysire aus Rissen in der eisbedeckten Oberfläche ausbricht, und fotografierte den eisigen Mond Hyperion, der einem Waschschwamm sehr ähnlich ist.
Aber dann begannen die Probleme. Der Plattenteller mit wissenschaftlichen Instrumenten blieb hängen, viele Daten gingen verloren. Wieder mussten die Ingenieure extra arbeiten, aber die Situation verschlechterte sich weiter, weil die NASA aufgrund von Personalabbau 108 statt 200 hatte.
Die hohe Arbeitsbelastung hat bei vielen Mitarbeitern zu körperlicher und geistiger Müdigkeit geführt.
Aber die Probleme wurden identifiziert, sie bezogen sich auf das Getriebe, das den Plattenteller steuert. Das Problem war die Schmierung. Als sich die Plattform schnell drehte, flog das Fett in Schwerelosigkeit von den Zahnrädern, was bedeutete, dass sich die Metallteile berührten. Kleine Metallspäne erschienen und lösten sich und blockierten die Bewegung. Das Problem könnte vermieden werden, indem die Plattform langsam gedreht wird.
Flug nach Uranus
Glücklicherweise blieb genügend Zeit, um dieses Problem zu lösen, da Voyager 2 fast fünf Jahre lang von Saturn nach Uranus fliegen musste. Trotzdem war es eine schwierige Zeit, denn wie bereits erwähnt, verlief der Flug nach Uranus nicht ganz ruhig.
Drei große Verfolgungsstationen in Kalifornien, Spanien und Australien mussten aufgerüstet werden, um kritische Signale von Voyagers kleinem Sender zu empfangen, der nur 20 Watt betrug. Eine Möglichkeit besteht darin, große 64-Meter-Parabolantennen elektronisch mit kleineren 34-Meter-Antennen zu verbinden, damit sie als eine große funktionieren können.
Ein weiteres Problem war die hohe Geschwindigkeit, mit der Voyager 2 an Uranus vorbeiflog. Die Fotos waren sehr verschwommen, da das Sonnenlicht in der Uranus-Region so schwach ist, dass der Rahmen lange aufbewahrt werden muss. All dies half dabei, geniale Lösungen zu finden - zusätzlich zu dem, was mit dem Plattenteller gemacht wurde (Am Ende endete alles mit der Tatsache, dass anstatt nur eine Plattform zu drehen, aus Angst, dass sie sich wieder verklemmen würde, die gesamte Raumsonde gedreht wurde).
Unfall beim Treffen mit Uranus
Als Voyager 2 im Januar 1986 nach Uranus flog, war nur ein großer bläulich-grüner Ball ohne sichtbare Anzeichen von Wolken zu sehen. Was die Voyager sah, schien eine Dunstschicht in einer tiefen Atmosphäre zu sein, die aus leichtem Wasserstoff und Helium mit geringen Mengen Methan und anderen Kohlenhydraten bestand.
Aber Voyagers Flug wurde für etwas anderes in Erinnerung behalten.
Foto von Uranus von Voyager 2
Am 28. Januar 1986 sollte die NASA die ersten Fotos von Uranus 'kleinen Satelliten einreichen - insbesondere von Miranda, wo sich, wie sich herausstellte, fast 10 Kilometer hohe Eisklippen befinden. Die Pressekonferenz fand jedoch nicht statt, da andere Aufnahmen auf den Fernsehbildschirmen des Publikums erschienen. Die Explosion des Space Shuttles Challenger wurde gezeigt, bei der sieben Astronauten starben.
Immer wieder zeigten sich eine weiße Dampfwolke von der Explosion und zwei Raketenhilfsmittel, die in verschiedene Richtungen flogen. Danach wollte niemand mehr an der Pressekonferenz über Uranus teilnehmen. Daher verließ Voyager 2 Uranus leise und begann seine dreijährige Reise nach Neptun.
Auf Wiedersehen und ein neuer Anfang
Im August 1989 flog Voyager 2 nach Neptun, dem endgültigen Ziel des Great Walk, das der Kongress nie zugelassen hatte.
Diesmal ging es um ein echtes Raumfahrzeugfestival in Pasadena, wo sich JPL befindet. Es nahmen Tausende von Menschen teil, die mit interessanten Fotos eines wunderschönen blauen Neptun mit weißen Wolken belohnt wurden, die vom Sturm mit einer Geschwindigkeit von 2.000 km / h angetrieben wurden.
Es bleibt ein Rätsel, wie ein Planet in so großer Entfernung von der Sonne und mit einer sehr niedrigen Temperatur - minus 215 Grad = - genug Energie haben könnte, um so starke Stürme zu erzeugen.
Bald war es Zeit, sich von Voyager 2 zu verabschieden. und dieser Abschied waren Fotografien des großen eisigen Mondes Triton, der durch die Anwesenheit von Geysiren überrascht wurde. Es wurden mindestens 50 Stellen mit langen, dunklen Spuren irgendeiner Form von Eruption gefunden.
Einige Fotos zeigen, dass die Geysire eine Höhe von 8 Kilometern erreichen, wo sie in einer sehr verdünnten Atmosphäre auf einen Jetstream treffen. Sie streckt schiere Geysire und verwandelt sie in lange Rauchschwaden. Es wird angenommen, dass die Geysire so dunkel sind, weil sie nicht nur Dampf, sondern auch Staub und organische Stoffe enthalten.
Der Flug hat gerade begonnen
Der Flug an Neptun vorbei war das Ende des Großen Spaziergangs, eine Reise, die zu Recht mit der Landung auf dem Mond verglichen werden kann. Dies war jedoch kein Abschied vom Sonnensystem, das weder Voyager 1 noch Voyager 2 verlassen hatten.
Zum Abschluss wurde 1990 ein Abschiedsfoto aller Planeten im Sonnensystem aufgenommen. Auf ihnen ist die Erde als kleiner "hellblauer Punkt" sichtbar. Diese Momentaufnahme unserer Erde aus einer Entfernung von 6 Milliarden km ist zu einer Art Symbol geworden, das zeigt, wie wenig Platz wir tatsächlich im Universum einnehmen.
Beide Voyager-Sonden sind jetzt weit von Plutos Umlaufbahn und vom Kuipergürtel entfernt, der aus kleinen eisigen Planeten besteht. Aber sie haben noch eine Reise von Tausenden von Jahren vor sich, bevor sie den letzten Außenposten unseres Sonnensystems erreichen, nämlich die Oort-Wolke, die als Geburtsort vieler Kometen gilt.
Voyager 1 stellte einen Rekord für Reisen von 141 AU von der Sonne auf (eine AU ist die Entfernung von der Erde zur Sonne).
Die langsame Voyager 2 reiste nur 116 AU. Beide Sonden senden ständig Daten zur Erde, die jetzt hauptsächlich mit dem Sonnenwind und dem Sonnenmagnetfeld zusammenhängen.
Wissenschaftler hoffen, bis 2025 mit beiden alten Raumsonden in Kontakt zu bleiben. Diese beiden Sonden sind fast ewige Vertreter der Menschheit, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass sie von einer anderen Zivilisation gefunden werden.
Nachricht der Erdlinge
Beide Voyager tragen eine Nachricht der Erdlinge mit sich, die auf einer vergoldeten 30-Zentimeter-Platte an Bord geschrieben ist.
Die Botschaft wurde von einer Kommission unter der Leitung des renommierten Astronomen und Astrobiologen Carl Sagan (Carl Sagan, 1934 - 1996) entwickelt. Da die Wahrscheinlichkeit, dass diese Sonden jemals gefunden werden, unendlich gering ist, können wir diese Nachricht als Nachricht für uns selbst nehmen.
Es enthält sowohl Bilder als auch Töne, die auf der Platte verschlüsselt sind. Dies ist eine Reihe von Bildern, die beschreiben, wie der Inhalt der Platte reproduziert werden kann. Das Spiel sollte mit 16 2/3 U / min unter Verwendung der an der Platte befestigten Nadel erfolgen. Es ist altmodisch, aber technisch einwandfrei, wenn die Empfänger die Bildserie herausfinden können.
Henrik og Helle Stub
