De ruimtesondes Voyager 1 en Voyager 2 werden 40 jaar geleden gelanceerd. In slechts 12 jaar vlogen ze in de buurt van de vier belangrijkste planeten van het zonnestelsel: Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Beide ruimtesondes werken continu en sturen gegevens naar de aarde, hoewel ze zich momenteel ver buiten Pluto's baan bevinden.
Laten we teruggaan naar 1965, toen de strijd om de maanlanding aan de gang was en NASA het geld en het vertrouwen had om een grote droom waar te maken.
Op dat moment dacht niemand aan Voyager, omdat iedereen geloofde dat de ruimtetechnologie nog niet klaar was om vele miljarden kilometers buiten het zonnestelsel te reizen.
Maar er was al geld om jonge en veelbelovende wiskundigen te rekruteren die in de wetenschap werkten in het grote Californische onderzoekscentrum JPL, en twee van deze groep wiskundigen vormden de basis voor de ontwikkeling van Voyager.
Michael Minovich en Gary Flandro kregen de opdracht om mogelijke vliegroutes voor ruimtesondes in het zonnestelsel te onderzoeken. Dit was een studie onder de slogan "Timely Discretion", die moest doorgaan tot het moment waarop de raketten het vereiste ontwikkelingsniveau bereikten.
Niemand verwachtte uitstekende resultaten, maar deze twee jonge wiskundigen ontdekten dat er tussen 1976 en 1979 een unieke kans was om een ruimtesonde in een vlucht nabij vier grote planeten te lanceren zonder grote uitgaven aan brandstof. Het was een kans die zich eens in de 176 jaar voordeed. Het was tijdens deze drie jaar dat de planeten zich zo bevonden dat het mogelijk was om de zwaartekracht van één planeet te gebruiken om de sonde verder naar de volgende planeet te vliegen.
Dit was een gelukkige ontdekking. De laatste keer dat dit gebeurde was in 1801, toen we bezig waren met de oorlogen van Napoleon en de zeeslag in Kopenhagen. Maar de volgende keer zal het gebeuren in 2153.
NASA liet deze kans niet voorbijgaan: plannen voor een grote expeditie naar het zonnestelsel waren snel opgesteld.
Promotie video:
Het was de bedoeling om ten minste vier ruimtesondes te sturen en daarnaast het verre Pluto te verkennen. In 1976-77 was het de bedoeling om twee sondes naar Jupiter, Saturnus en Pluto te sturen, en in 1979 - nog twee sondes naar Jupiter, Uranus en Neptunus.
Maar het Amerikaanse congres, dat had vernomen dat dit project meer dan een miljard dollar waard was, vond het niet leuk. Het was destijds veel geld. Het congres wilde geld uittrekken voor slechts twee ruimtesondes, die zullen profiteren van de gunstige positie van de planeet om Jupiter en Saturnus te verkennen.
NASA bereidt zich voor op de "Great Walk"
NASA pleegde een kleine daad van burgerlijke ongehoorzaamheid, die nu echter is vergeven.
Voyager 1 voerde het officiële plan nauwkeurig uit, dat zich beperkte tot het bezoeken van alleen Jupiter en Saturnus, waardoor het mogelijk werd om de maan Io van Jupiter en de grote maan Titan van Saturnus van dichtbij te bestuderen.
Maar het betekende ook dat Voyager 1 een baan kreeg van waaruit het onmogelijk was om verder naar Uranus en Neptunus te vliegen. Wetenschappers hadden een geheim idee om Voyager 2 op voorraad te houden. Hij kreeg een langzaam spoor en vloog daarom de hele tijd voor Voyager 1. Terwijl Voyager 1 zijn taken aan het oplossen was, mocht Voyager 2 de oorspronkelijke missie voltooien en naar vier grote planeten vliegen, dat wil zeggen, om de "Great Walk" te maken, zoals deze expeditie later werd genoemd.
Deze beslissing had een grappig gevolg: Voyager 2 werd gelanceerd vóór Voyager 1. Als gevolg hiervan was de snelle Voyager 1 de eerste die Jupiter en Saturnus bereikte. En de langzame Voyager 2 zou tevreden zijn met de tweede plaats, maar kreeg de kans om de eerste sonde te worden die Uranus en Neptunus bereikte.
Groot overzicht leidt tot extra werk
Daarom werd Voyager 2 op 20 augustus gelanceerd. En hoewel het een "langzame" sonde was, haalde hij toch een snelheid van 52 duizend kilometer per uur, waardoor hij in minder dan 10 uur langs de baan van de maan vloog.
Twee weken later werd de snelle Voyager 1 gelanceerd en nu hoopte iedereen op een vlotte vlucht naar Jupiter. Maar toen was er een mislukking, waardoor een aanzienlijk aantal ingenieurs de komende 12 jaar overuren moesten maken.
Het controlecentrum is vergeten een routinebericht naar Voyager 2 te sturen. Toen de Voyager 2-computer niet het verwachte bericht ontving, stond in de instructies dat dit alleen kon gebeuren als de ontvanger aan boord defect was. Men geloofde dat het controlecentrum deze operatie gewoon niet kon vergeten.
De Voyager 2 schakelde plichtsgetrouw over op een reserve-ontvanger, maar deze had niet de juiste instelling en kon alleen signalen ontvangen in een zeer smal frequentiebereik van 96 hertz, en dit veroorzaakte problemen.
Het controlecentrum stuurde van nature signalen op een zeer specifieke frequentie, maar aangezien de Voyager vanwege het Doppler-effect zeer snel bewoog ten opzichte van de aarde, ontving hij een signaal op een andere frequentie. Daarom is de ontvanger afgestemd om signalen te ontvangen in het bereik van 100.000 hertz.
Voyager 2 zweeg
De eerste reactie was om Voyager 2 over te zetten naar de hoofdontvanger, maar deze ging meteen kapot. Als gevolg hiervan kon NASA geen opdrachten naar de ruimtesonde sturen.
Dit bleek een veel ernstiger probleem te zijn dan verwacht. De snelheid ten opzichte van de aarde was gemakkelijk te berekenen, maar veel erger was dat zelfs zeer kleine veranderingen in de sondetemperatuur van minder dan 0,3 graden het frequentiebereik van de ontvanger zo sterk veranderden dat het contact met de aarde werd onderbroken. Het bleek dat zelfs wanneer een instrument werd aangezet of een van de regelmotoren werd gebruikt, de temperatuur van de ruimtesonde veranderde.
In de loop der jaren ontwikkelden NASA-ingenieurs een compleet wiskundig model voor Voyager dat de sondetemperatuur tot op een honderdste graad kon berekenen. Het model is ontwikkeld tijdens de hele vlucht van de sonde naar Neptunus, de communicatie ermee werd enkele dagen onderbroken.
Voyager stuurt de eerste beelden naar de aarde
In maart 1979 bereikte Voyager 1 Jupiter, en wetenschappers waren letterlijk verbaasd over de fantastische foto's die naar het centrum werden gestuurd: wolken en een rode vlek op Jupiter, de oranje maan van Io en het witte, geheel met ijs bedekte Europa.
De grote rode vlek van Jupiter. Foto gemaakt door Voyager 1
Wetenschappers kwamen erachter wat "Instant Science" betekent toen journalisten bij JPL onmiddellijk om uitleg vroegen over foto's die slechts een paar uur geleden waren ontvangen en daarom niet zorgvuldig werden geanalyseerd door experts.
Voor veel wetenschappers die gewend zijn aan een rustig leven en zich plotseling in een groot publiek bevonden voor tientallen journalisten die een antwoord wilden krijgen, was dit een echte test.
Regenachtig weer boven Australië zorgt voor problemen
Tijdens de vlucht van de sonde boven Australië, waar zich een groot volgstation bevindt, zorgde zware regen voor problemen. Voyager stuurde zijn gegevens slechts op 3,6 cm naar de aarde, en radiogolven van zo'n korte lengte passeerden nauwelijks door regenwolken. Hierdoor verdwenen de gegevens binnen een paar uur.
Maar de onverwachte gebeurtenis gebeurde pas een paar dagen later, toen Voyager 1 onderweg was van Jupiter naar Saturnus.
Voor betrouwbare navigatie is het noodzakelijk om precies de positie van Voyager te weten, en dit moest met name gebeuren door de satelliet van Io te fotograferen samen met de massa sterren op de achtergrond. Daarom is er een lange sluitertijd gebruikt, waardoor Io er op de foto uitziet als een verlichte witte schijf.
De taak om de foto's op een computer te analyseren, werd uitgevoerd door een jonge medewerker van het navigatieteam Linda Morabito. Ze ontdekte dat er iets boven Io was dat op een wolk leek. Io heeft geen atmosfeer, dus niemand verwachtte een paar honderd kilometer boven het oppervlak bewolking.
Getijdekrachten en vulkanische activiteit
Er werd meteen vermoed dat het een vulkaanuitbarsting was, maar experts die de foto's konden bestuderen waren op een weekendje weg. Daarom duurde het drie volle dagen voordat NASA kon vertellen dat de eerste actieve vulkanen buiten de aarde waren ontdekt.
Het nieuws was van bijzonder belang voor drie Amerikaanse wetenschappers. Nog maar een week geleden publiceerden ze een artikel in Science waarin ze het bestaan van vulkanen voorspelden als gevolg van de krachtige getijdekrachten van Jupiter en naburige manen Europa en Ganymede die op Io inwerken.
Vier maanden later naderde Voyager 2 Jupiter. Wetenschappers waren nu klaar om de vulkanen op Io te bekijken en het onbeschadigde ijsoppervlak van Europa van dichterbij te bekijken. Tegenwoordig wordt aangenomen dat dit ijsoppervlak de zee verbergt, waarvan de diepte 100 km kan bedragen en waarin leven kan bestaan.
En dankzij de metingen van Voyager weten we nu dat getijdekrachten ervoor zorgen dat het vaste oppervlak van Io op en neer beweegt met hoogteverschillen tot wel 100 meter. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de warmte die hierdoor ontstaat, leidt tot krachtige vulkanische activiteit.
Voyager 1 vliegt dicht bij Titan
Het was een rustige tijd voordat Voyager 1 in november 1980 naar Saturnus vloog. Wetenschappers konden weer gewoon zitten en met verrukking staren naar de fantastische foto's van de ringen van Saturnus. De hoogste verwachtingen waren echter verbonden aan de vlucht bij Titan. Deze vlucht langs Titan sloot het vermogen van Voyager 1 uit om zijn vlucht naar Uranus en Neptunus voort te zetten.
Maar het enige dat te zien was, was een volledig ondoordringbaar oranje wolkendek. Wel werd de samenstelling van de atmosfeer bestudeerd, die voornamelijk kooldioxide is met een kleine hoeveelheid methaan. De oppervlaktedruk was 1,6 keer sterker dan die van de aarde.
Metingen hebben aangetoond dat grote hoeveelheden organische moleculen worden gegenereerd in de oranje waas rond Titan wanneer methaan wordt blootgesteld aan licht van de zon. Dit betekent dat Titan in ieder geval veel moleculen ontvangt, die een voorwaarde zijn voor het ontstaan van leven. Helaas lieten de metingen een temperatuur zien van minus 180 graden. Het is koud voor het leven, maar het is een temperatuur die het mogelijk maakt om methaan op het zeeoppervlak te vinden.
Het duurde nog 30 jaar voordat de Cassini ruimtesonde met behulp van radar de beroemde methaanzeeën aan de noord- en zuidpool van Titan kon zien ondanks de bewolking.
Voyager 2 staat weer voor uitdagingen
Voyager 2 vloog in augustus 1981 naar Saturnus en aanvankelijk ging alles goed ondanks problemen met de ontvanger. Hij fotografeerde de kleine maan Enceladus, die, zoals we vandaag kennen, enorme geisers laat uitbarsten door scheuren in het met ijs bedekte oppervlak, en nam foto's van de ijsmaan Hyperion, die sterk lijkt op een wasspons.
Maar toen begonnen de problemen. De draaitafel met wetenschappelijke instrumenten liep vast, er gingen veel gegevens verloren. Opnieuw moesten ingenieurs extra werken, maar de situatie bleef verslechteren omdat NASA 108 in plaats van 200 had vanwege personeelsinkrimpingen.
De hoge werkdruk heeft bij veel medewerkers geleid tot fysieke en mentale vermoeidheid.
Maar de problemen werden geïdentificeerd, ze hielden verband met de transmissie die de draaitafel bestuurt. Het probleem was de smering. Toen het platform snel draaide, vloog het vet van de tandwielen zonder zwaartekracht, wat betekende dat de metalen delen elkaar raakten. Kleine metalen krullen verschenen en kwamen los, waardoor de beweging werd geblokkeerd. Het probleem kan worden vermeden door het platform langzaam te draaien.
Vlucht naar Uranus
Gelukkig was er genoeg tijd om dit probleem op te lossen, want Voyager 2 moest bijna vijf jaar van Saturnus naar Uranus vliegen. Desalniettemin was het een moeilijke tijd, want zoals gezegd verliep de vlucht naar Uranus niet helemaal rustig.
Drie grote volgstations in Californië, Spanje en Australië moesten worden geüpgraded om kritische signalen te ontvangen van de kleine zender van Voyager, die slechts 20 watt was. Een manier is om grote parabolische antennes van 64 meter elektronisch te verbinden met kleinere antennes van 34 meter, zodat ze als één grote kunnen functioneren.
Een ander probleem was de hoge snelheid waarmee Voyager 2 langs Uranus vloog. De foto's bleken erg wazig te zijn, aangezien het zonlicht in het Uranus-gebied zo zwak is dat het nodig is om het kader lang vast te houden. Dit alles hielp om ingenieuze oplossingen te vinden - naast wat er met de draaitafel werd gedaan (uiteindelijk eindigde het allemaal met het feit dat in plaats van slechts één platform te draaien, uit angst dat het weer zou vastlopen, ze de hele ruimtesonde begonnen te draaien).
Ongeval bij het ontmoeten van Uranus
Toen Voyager 2 in januari 1986 naar Uranus vloog, was het enige dat te zien was een grote blauwgroene bal zonder zichtbare tekenen van wolken. Wat de Voyager zag, leek een waaslaag te zijn in een diepe atmosfeer, bestaande uit lichte waterstof en helium, met kleine hoeveelheden methaan en andere koolhydraten.
Maar de vlucht van Voyager werd herinnerd voor iets anders.
Foto van Uranus uit Voyager 2
Op 28 januari 1986 moest NASA de eerste foto's van de kleine satellieten van Uranus indienen - in het bijzonder Miranda, waar, zoals later bleek, steile ijskliffen van bijna 10 kilometer hoog zijn. Maar de persconferentie vond niet plaats, omdat andere beelden op de televisieschermen van het publiek verschenen. De explosie van de spaceshuttle Challenger werd getoond, waarbij zeven astronauten omkwamen.
Keer op keer toonde hij een witte stoomwolk van de explosie en twee rakethulpmiddelen die in verschillende richtingen vlogen. Daarna wilde niemand meer deelnemen aan de persconferentie op Uranus. Daarom verliet Voyager 2 stilletjes Uranus en begon zijn driejarige reis naar Neptunus.
Vaarwel en een nieuw begin
In augustus 1989 vloog Voyager 2 naar Neptunus, het laatste doelwit van de Grote Wandeling dat het Congres nooit toestond.
Dit keer ging het over een echt ruimtevaartfestival in Pasadena, waar JPL is gevestigd. Het werd bijgewoond door duizenden mensen die werden beloond met interessante foto's van een prachtige blauwe Neptunus met witte wolken aangedreven door de storm met een snelheid van 2.000 km per uur.
Het blijft een raadsel hoe een planeet op zo'n grote afstand van de zon en met een hele lage temperatuur - min 215 graden = genoeg energie zou kunnen hebben om zulke krachtige stormen te veroorzaken.
Al snel was het tijd om afscheid te nemen van Voyager 2. en dit afscheid waren foto's van de grote ijskoude maan Triton, die verrast was door de aanwezigheid van geisers. Er zijn minstens 50 locaties gevonden met lange, donkere sporen van een vorm van uitbarsting.
Sommige foto's laten zien dat de geisers een hoogte van 8 kilometer bereiken, waar ze een straalstroom tegenkomen in een zeer ijle atmosfeer. Ze rekt steile geisers uit en verandert ze in lange strepen rook. Aangenomen wordt dat de geisers zo donker zijn omdat ze niet alleen stoom bevatten, maar ook stof en organisch materiaal.
De vlucht is net begonnen
De vlucht langs Neptunus was het einde van de Grote Wandeling, een reis die met recht te vergelijken is met een landing op de maan. Maar dit was geen afscheid van het zonnestelsel, dat noch Voyager 1 noch Voyager 2 nog hadden verlaten.
Ter gelegenheid van de voltooiing werd in 1990 een afscheidsfoto gemaakt van alle planeten in het zonnestelsel. Op hen is de aarde zichtbaar als een kleine "lichtblauwe stip". Deze momentopname van onze aarde vanaf een afstand van 6 miljard km is een soort symbool geworden dat laat zien hoe weinig ruimte we eigenlijk innemen in het universum.
Beide Voyager-sondes bevinden zich nu ver van de baan van Pluto en van de Kuipergordel, die bestaat uit kleine ijzige planeten. Maar ze hebben nog een reis van duizenden jaren voordat ze de laatste buitenpost van ons zonnestelsel bereiken, namelijk de Oortwolk, die wordt beschouwd als de geboorteplaats van vele kometen.
Voyager 1 vestigde een record voor een reis van 141 AU van de zon (één AU is de afstand van de aarde tot de zon).
De langzame Voyager 2 reisde slechts 116 AU. Beide sondes sturen constant gegevens naar de aarde, die nu vooral gerelateerd zijn aan de zonnewind en het magnetische veld van de zon.
Wetenschappers hopen tot 2025 contact te houden met beide oude ruimtesondes. Deze twee sondes zijn bijna eeuwige vertegenwoordigers van de mensheid, hoewel het onwaarschijnlijk is dat ze door een andere beschaving zullen worden gevonden.
Earthlings 'bericht
Beide Voyagers hebben een bericht van de aardbewoners bij zich, geschreven op een vergulde plaat van 30 centimeter die aan boord is bevestigd.
Het bericht is ontwikkeld door een commissie onder leiding van de beroemde astronoom en astrobioloog Carl Sagan (Carl Sagan, 1934 - 1996). Aangezien de kans dat deze sondes ooit zullen worden gevonden oneindig klein is, kunnen we deze boodschap opvatten als een boodschap voor onszelf.
Het bevat zowel afbeeldingen als geluiden, die op de plaat zijn gecodeerd. Dit is een serie afbeeldingen die beschrijft hoe de inhoud van de plaat kan worden gereproduceerd. Het spel moet worden gedaan met 16 2/3 tpm met behulp van de naald die aan de plaat is bevestigd. Het is ouderwets, maar technisch goed, als de ontvangers de reeks foto's kunnen achterhalen.
Henrik og Helle Stub
