Rymdsonderna Voyager 1 och Voyager 2 lanserades för 40 år sedan. På bara 12 år flög de nära de fyra stora planeterna i solsystemet - Jupiter, Saturn, Uranus och Neptun. Båda rymdproberna arbetar kontinuerligt och skickar data till jorden, även om de för närvarande ligger långt utanför Plutos omloppsbana.
Låt oss gå tillbaka till 1965, då tävlingen om månlandningen pågår, och NASA hade pengar och förtroende för att göra en stor dröm att gå i uppfyllelse.
Just nu tänkte ingen på Voyager, eftersom alla trodde att rymdtekniken ännu inte var redo att resa långa miljarder kilometer utanför solsystemet.
Men det fanns redan pengar för att rekrytera unga och lovande matematiker som arbetade inom vetenskap vid det stora Kalifornien forskningscentret JPL, och två av denna grupp av matematiker bildade grunden för utvecklingen av Voyager.
Michael Minovich och Gary Flandro fick i uppdrag att undersöka möjliga flygvägar för rymdsonder i solsystemet. Detta var en studie under parolen "Timely Discretion", som var tänkt att fortsätta till det ögonblick då raketry nådde den nödvändiga utvecklingsnivån.
Ingen förväntade sig några utmärkta resultat, men dessa två unga matematiker konstaterade att mellan 1976 och 1979 fanns det en unik möjlighet att lansera en rymdsond i flyg nära fyra stora planeter utan stora bränsleutgifter. Det var en möjlighet som uppstod en gång var 176 år. Det var under dessa tre år som planeterna var belägna på ett sådant sätt att det var möjligt att använda tyngdpunkten på en planet för att flyga sonden vidare till nästa planet.
Detta var en lycklig upptäckt. Förra gången detta hände var 1801, då vi var upptagna med Napoleons krig och Köpenhamns marinstrid. Men nästa gång händer det 2153.
NASA lät inte denna möjlighet passera: planer för en stor expedition till solsystemet utarbetades snabbt.
Kampanjvideo:
Det var planerat att skicka minst fyra rymdprober och dessutom utforska avlägsna Pluto. 1976-77 planerades att skicka två sonder till Jupiter, Saturnus och Pluto, och 1979 - ytterligare två sonder till Jupiter, Uranus och Neptune.
Men den amerikanska kongressen, efter att ha fått veta att detta projekt var värt mer än en miljard dollar, gillade det inte. Det var mycket pengar då. Kongressen ville avsätta pengar för bara två rymdprober, som kommer att utnyttja planetens gynnsamma position för att utforska Jupiter och Saturn.
NASA förbereder sig för "Great Walk"
NASA begick en liten handling av civil olydnad, som emellertid nu förlåtes.
Voyager 1 genomförde exakt den officiella planen, som var begränsad till att bara besöka Jupiter och Saturnus, vilket gjorde det möjligt att studera Jupiters måne Io och Saturns stora måne Titan på nära håll.
Men det innebar också att Voyager 1 fick en bana från vilken det var omöjligt att flyga vidare till Uranus och Neptun. Forskare hade en hemlig idé att hålla Voyager 2 på lager. Han fick ett långsamt spår och därför flög för Voyager 1 hela tiden. Medan Voyager 1 löste sina uppgifter tilläts Voyager 2 att fullfölja det första uppdraget och flyga till fyra stora planeter, det vill säga att göra den "stora promenad", som denna expedition senare kallades.
Detta beslut hade en rolig konsekvens: Voyager 2 lanserades före Voyager 1. Som ett resultat var den snabba Voyager 1 den första som nådde Jupiter och Saturn. Och den långsamma Voyager 2 skulle vara nöjd med andra platsen, men det fick möjligheten att bli den första sonden som når Uranus och Neptune.
Stor övervakning leder till extra arbete
Därför lanserades Voyager 2 den 20 augusti. Och även om det var en "långsam" sond, nådde den ändå en hastighet på 52 tusen kilometer per timme, vilket resulterade i att den flög förbi Månens bana på mindre än 10 timmar.
Två veckor senare lanserades den snabba Voyager 1, och nu hoppades alla på en smidig flygning till Jupiter. Men då inträffade ett misslyckande, varför ett betydande antal ingenjörer var tvungna att arbeta övertid under de kommande 12 åren.
Kontrollcentret glömde att skicka ett rutinmeddelande till Voyager 2. När Voyager 2-datorn inte mottog det förväntade meddelandet, stod det i instruktionerna att detta bara kunde hända om mottagaren ombord inte fungerade. Man trodde att kontrollcentret helt enkelt inte kunde glömma bort denna operation.
Voyager 2 bytte plikttroget till en reservmottagare, men den hade inte rätt inställning och kunde bara ta emot signaler inom ett mycket smalt frekvensområde på 96 Hertz, och detta skapade problem.
Kontrollcentret skickade naturligtvis signaler på en mycket specifik frekvens, men eftersom Voyager rörde sig mycket snabbt relativt Jorden på grund av Doppler-effekten fick den en signal på en annan frekvens. Därför var mottagaren inställd för att ta emot signaler inom 100 000 hertzområdet.
Voyager 2 var tyst
Den första reaktionen var att överföra Voyager 2 till huvudmottagaren, men denna mottagare bröt omedelbart helt. Som ett resultat kunde NASA inte skicka kommandon till rymdsonden.
Detta visade sig vara ett mycket allvarligare problem än väntat. Hastigheten relativt jorden var lätt att beräkna, men mycket värre var att även mycket små förändringar i sondtemperaturen på mindre än 0,3 grader ändrade mottagarens frekvensområde så mycket att kontakten med jorden avbröts. Det visade sig att även när ett instrument var på eller en av styrmotorerna användes, ändra rumsondens temperatur.
Under åren utvecklade NASA-ingenjörer en komplett matematisk modell för Voyager som kunde beräkna sondtemperaturen till inom hundra av en grad. Modellen utvecklades under hela flygning av sonden till Neptune, kommunikationen med den avbröts under flera dagar.
Voyager skickar de första bilderna till jorden
I mars 1979 nådde Voyager 1 Jupiter, och forskare blev bokstavligen förvånade över de fantastiska fotografierna som skickades till centrum: moln och en röd plats på Jupiter, Ios orange måne och vit, allt istäckt Europa.
Jupiters stora röda fläck. Foto taget av Voyager 1
Forskare fick veta vad”Instant Science” betyder när journalister på JPL omedelbart bad om förklaringar om foton som mottogs för bara några timmar sedan och därför inte analyserades noggrant av experter.
För många forskare som är vana vid ett lugnt liv och plötsligt befann sig i en stor publik framför dussintals journalister som ville få svar, var detta ett riktigt test.
Regnigt väder över Australien skapar problem
Under sondens flyg över Australien, där en stor spårningsstation finns, skapade kraftigt regn problem. Voyager skickade sina data till Jorden endast på 3,6 cm, och radiovågor av så kort längd passerade knappt genom regnmoln. På grund av detta försvann data på några timmar.
Men den oväntade händelsen inträffade först några dagar senare, när Voyager 1 var på väg från Jupiter till Saturn.
För tillförlitlig navigering är det nödvändigt att veta exakt Voyagers position, och detta måste hända, särskilt genom att fotografera Ios satellit tillsammans med massan av stjärnor i bakgrunden. Därför användes en långsam slutartid, vilket resulterade i att Io på fotografiet såg ut som en upplyst vitskiva.
Uppgiften att analysera fotografierna på en dator utfördes av en ung anställd i navigeringsteamet Linda Morabito. Hon upptäckte att det fanns något över Io som såg ut som ett moln. Io har ingen atmosfär, så ingen förväntade moln några hundra kilometer över ytan.
Tidvattenkrafter och vulkanisk aktivitet
Man misstänkte omedelbart att det var ett vulkanutbrott, men experter som kunde studera bilderna var på en weekendresa. Därför tog det hela tre dagar innan NASA kunde berätta att de första aktiva vulkanerna utanför jorden upptäcktes.
Nyheterna var särskilt relevanta för tre amerikanska forskare. För bara en vecka sedan publicerade de en artikel i Science som förutspådde förekomsten av vulkaner som en följd av de kraftfulla tidvattenkrafterna från Jupiter och angränsande månar Europa och Ganymede agerade på Io.
Fyra månader senare närmade sig Voyager 2 Jupiter. Forskare var nu redo att titta på vulkanerna på Io och titta närmare på Europas oskadade isyta. I dag tros det att denna isyta döljer havet, vars djup kan nå 100 km och där liv kan existera.
Och tack vare Voyagers mätningar vet vi nu att tidvattenkrafter får Ios fasta yta att röra sig upp och ner i höjdförändringar på upp till 100 meter. Därför är det inte förvånande att värmen som genereras till följd av detta leder till kraftfull vulkanisk aktivitet.
Voyager 1 flyger nära Titan
Det var en tyst tid innan Voyager 1 flög till Saturnus i november 1980. Forskare kunde återigen bara sitta och stirra med glädje på de fantastiska fotografierna av Saturnus ringar. De största förväntningarna var dock kopplade till flygningen nära Titan. Denna flygning förbi Titan uteslutte Voyager 1: s förmåga att fortsätta sin flygning till Uranus och Neptune.
Men det enda som kunde ses var ett helt ogenomträngligt orange molntäcke. Emellertid studerades atmosfärens sammansättning, som mestadels är koldioxid med en liten mängd metan. Yttrycket var 1,6 gånger starkare än jordens.
Mätningar har visat att stora mängder organiska molekyler genereras i den orange disen runt Titan när metan utsätts för ljus från solen. Detta innebär att Titan, i alla fall, får många molekyler, som är en förutsättning för uppkomsten av liv. Tyvärr visade mätningarna en temperatur på minus 180 grader. Det är kallt för livet, men det är en temperatur som gör det möjligt att hitta metan på havsytan.
Det behövde fortfarande ta 30 år innan rymdsonden Cassini med radar kunde se de berömda metanhaven vid norra och södra polerna i Titan trots molntäckningen.
Voyager 2 möter utmaningar igen
Voyager 2 flög till Saturnus i augusti 1981, och till en början gick allt bra trots problem med mottagaren. Han fotograferade den lilla månen Enceladus, som, som vi känner idag, tar ut enorma gejsrar från sprickor i den isbelagda ytan, och tog bilder av den iskalla månen Hyperion, som liknar en tvättsvamp.
Men då började problemen. Skivspelaren med vetenskapliga instrument fastnade, mycket data förlorades. Återigen var ingenjörerna tvungna att arbeta extra, men situationen fortsatte att försämras eftersom NASA hade 108 istället för 200 på grund av personalnedskärningar.
Den stora arbetsbelastningen har lett till fysisk och mental trötthet hos många anställda.
Men problemen identifierades, de var relaterade till transmissionen som styr skivspelaren. Problemet var smörjningen. När plattformen svängde snabbt, flög fettet från växlarna i nollvikt, vilket innebar att metalldelarna rörde varandra. Små metallspån dök upp och kom av, vilket blockerade rörelsen. Problemet kan undvikas genom att vrida plattformen långsamt.
Flyg till Uranus
Lyckligtvis fanns det tillräckligt med tid för att lösa detta problem, eftersom Voyager 2 var tvungen att flyga från Saturn till Uranus i nästan fem år. Ändå var det en svår tid, eftersom flygningen till Uranus, som redan nämnts, inte var helt lugn.
Tre stora spårningsstationer i Kalifornien, Spanien och Australien måste uppgraderas för att ta emot kritiska signaler från Voyagers lilla sändare, som bara var 20 watt. Ett sätt är att elektroniskt ansluta stora 64-meters parabolantenner till mindre 34-metersantenner så att de kan fungera som en stor.
Ett annat problem var den höga hastigheten med vilken Voyager 2 flög förbi Uranus. Fotografierna var mycket suddiga, eftersom solljuset i Uranus-regionen är så svagt att det är nödvändigt att hålla ramen länge. Allt detta hjälpte till att hitta geniala lösningar - utöver vad som gjordes med skivspelaren (I slutändan slutade allt med det faktum att istället för att bara vända en plattform, av rädsla för att den skulle fastna igen, började de vända hela rumsonden).
Olycka när du möter Uranus
När Voyager 2 flög upp till Uranus i januari 1986 var det enda som kunde ses en stor blågrön boll utan synliga tecken på moln. Det Voyager såg tycktes vara ett lager av dis i en djup atmosfär bestående av lätt väte och helium, med små mängder metan och andra kolhydrater.
Men Voyagers flyg kom ihåg för något annat.
Foto av Uranus från Voyager 2
Den 28 januari 1986 skulle NASA lägga fram de första fotografierna av Uranus små satelliter - i synnerhet Miranda, där det, som det visade sig, finns stora isklippor nästan 10 kilometer höga. Men presskonferensen ägde inte rum, eftersom andra bilder dök upp på publikens TV-skärmar. Explosionen av rymdfärjan Challenger visades, där sju astronauter dog.
Det visade gång på gång ett vitt moln av ånga från explosionen och två rakethjälpmedel flyger i olika riktningar. Efter det ville ingen delta i presskonferensen om Uranus. Därför lämnade Voyager 2 tyst Uranus och började sin treåriga resa till Neptune.
Adjö och en ny början
I augusti 1989 flög Voyager 2 upp till Neptune, det slutliga målet för Great Walk som kongressen aldrig tillät.
Den här gången handlade det om en riktig rymdfarkostfestival i Pasadena, där JPL finns. Det deltog tusentals människor som belönades med intressanta fotografier av en vacker blå Neptun med vita moln drivna av stormen med en hastighet av 2 000 km per timme.
Det förblir ett mysterium hur en planet på så stort avstånd från solen och med en mycket låg temperatur - minus 215 grader = kan ha tillräckligt med energi för att skapa så kraftiga stormar.
Snart var det dags att säga adjö till Voyager 2. och detta adjö var fotografier av den stora iskalla månen Triton, som förvånade över närvaron av gejsrar. Minst 50 platser har hittats med långa, mörka spår av någon form av utbrott.
En del fotografier visar att gejsrarna når en höjd på 8 kilometer, där de möter en jetström i en mycket ovanlig atmosfär. Hon sträcker sig rena gejsrar och förvandlar dem till långa rökstreck. Gejsrarna tros vara så mörka eftersom de inte bara innehåller ånga utan också innehåller damm och organiskt material.
Flygningen har precis börjat
Flyget förbi Neptun var slutet på Great Walk, en resa som med rätta kan jämföras med landning på månen. Men detta var inte ett avsked från solsystemet, som varken Voyager 1 eller Voyager 2 ännu hade lämnat.
För att markera färdigställandet togs ett avskedsfotografi av alla planeter i solsystemet 1990. På dem är jorden synlig som en liten "ljusblå prick". Denna ögonblicksbild av vår jord från 6 miljarder km har blivit en slags symbol som visar hur lite utrymme vi faktiskt upptar i universum.
Båda Voyager-proberna är nu långt från Plutos bana och från Kuiper-bältet, som består av små isiga planeter. Men de har fortfarande en resa på tusentals år innan de når den sista utposten av vårt solsystem, nämligen Oort Cloud, som anses vara födelseplatsen för många kometer.
Voyager 1 satte rekord för att resa 141 AU från solen (en AU är avståndet från jorden till solen).
Den långsamma Voyager 2 reste endast 116 AU. Båda proberna skickar ständigt data till Jorden, som nu huvudsakligen är relaterade till solvinden och det solmagnetiska fältet.
Forskare hoppas kunna hålla kontakten med båda gamla rymdproberna fram till 2025. Dessa två sonder är nästan eviga representanter för mänskligheten, även om de troligen inte hittas av någon annan civilisation.
Earthlings meddelande
Båda Voyagers har med sig ett meddelande från Earthlings, skriven på en guldpläterad 30 centimeter platta monterad ombord.
Meddelandet utvecklades av en kommission ledd av den kända astronomen och astrobiologen Carl Sagan (Carl Sagan, 1934 - 1996). Eftersom sannolikheten för att dessa sonder någonsin kommer att finnas är oändligt liten kan vi ta detta meddelande som ett meddelande till oss själva.
Det innehåller både bilder och ljud som är krypterade på plattan. Detta är en serie bilder som beskriver hur innehållet på plattan kan reproduceras. Spela ska ske vid 16 2/3 varv per minut med hjälp av nålen som är fäst på plattan. Det är gammaldags, men tekniskt ljud, om mottagarna kan räkna ut serien med bilder.
Henrik og Helle Stub
