Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

W ramach programu wystrzelono w kosmos dwie sondy Voyager 1 i Voyager 2. Dziś to najdalej oddalone od Ziemi obiekty stworzone przez człowieka. Voyager 1 rozpoczął pracę 5 września 1977 roku, zaś Voyager – 20 sierpnia 1977 roku. Ich historia nie tylko wpłynęła na pokolenia naukowców i inżynierów, ale także na kulturę Ziemi, w tym na film, sztukę i muzykę.

Każda z sond niesie ze sobą Voyager Golden Record – pozłacane dyski, które zawierają dźwięki i obrazy mające ukazać różnorodność życia na Ziemi. Przeznaczone są dla pozaziemskich cywilizacji lub ludzi z przyszłości, którzy zdołaliby je odnaleźć. Pomysłodawcami dwugodzinnego nagrania byli Frank Drake i Carl Sagan. Wśród obrazów znalazły się czarno-białe i kolorowe fotografie oraz diagramy. Zawierają dane naukowe dotyczące wartości fizycznych i matematycznych, Układu Słonecznego, jego planet, DNA, a także ludzkiej anatomii. Oprócz tego zamieszczono zdjęcia innych organizmów żywych zamieszkujących Ziemię i jej krajobrazów. Obrazy ludzi ukazują różnorodność kultur. Można na nich zobaczyć jedzenie, architekturę i czynności życia codziennego. Wiele zdjęć zawiera informację na temat czasu, rozmiaru i wagi. Na niektórych ukazano skład chemiczny. Wszystkie jednostki miary użyte do opisu zdjęć są zdefiniowane na pierwszych obrazach przy użyciu wartości, które powinny być takie same w całym wszechświecie. Nagrania muzyczne zawierają utwory artystów takich jak Jan Sebastian Bach, Ludwig van Beethoven, Guan Pinghu, Wolfgang Amadeusz Mozart, Igor Strawiński, Blind Willie Johnson, Chuck Berry i Kesarbai Kerkar.

Odwrotna strona płyty zawiera instrukcję odtworzenia informacji na niej zawartych przeznaczoną dla potencjalnych znalazców. Rysunek w prawym dolnym rogu z dwoma okręgami to symbol promieniującego atomu wodoru ustalający jednostki czasu używane w instrukcji. Jedna jednostka to czas przejścia wodoru z jednego stanu w drugi wynoszący 0,7 nanosekundy. W lewym górnym rogu widać fonograf i igłę. Dookoła, w systemie dwójkowym wykorzystując jednostkę czasu zdefiniowaną przy rysunku atomu wodoru, podana jest prawidłowa prędkość odtwarzania. Wynosi ona 1 obrót w ciągu 3,6 sekundy. Na znajdującym się poniżej rysunku fonografu z boku zaznaczono, iż nagranie należy odtwarzać od zewnętrznej krawędzi płyty do środka. Prawy górny róg zawiera instrukcję odtworzenia znajdujących się na płycie obrazów. Każdy z nich zakodowany jest jako seria 512 pionowych linii, podobnie jak analogowy sygnał telewizyjny. Instrukcja składa się z czterech części. Przedstawiono ogólny wyglądy sygnału. W systemie dwójkowym podano czas trwania jednej linii obrazu. Trzeci obrazek pokazuje, jak należy zapisać linie, a czwarty to pierwsze zdjęcie z płyty (okrąg). Na lewo od rysunku atomu wodoru znajduje się diagram przedstawiający położenie Układu Słonecznego względem 14 pulsarów. W systemie dwójkowym podano częstotliwość wysyłania przez nie impulsów. Pod wpływem krytyki jaką NASA otrzymała za umieszczenie wizerunków nagiej kobiety i mężczyzny na tabliczkach sond Pioneer, agencja nie zezwoliła Carlowi Saganowi i jego kolegom na dołączenie takiego zdjęcia do nagrania. Zamiast tego znajduje się na nim jedynie wizerunek sylwetki mężczyzny i kobiety. Ponieważ sondy mogą przemierzać kosmos przez miliardy lat, te swoiste kapsuły czasu mogą być kiedyś jedynymi śladami ludzkiej cywilizacji.

– Uważam, że jedynie kilka misji w tych czterech dekadach może pochwalić się takimi odkryciami naukowymi jak sondy Voyager – powiedział Thomas Zurbuchen, jeden z administratorów w Dyrekcji NASA ds. Misji Naukowych. – Wykształciły w nas pragnienie poznawania cudów Wszechświata i zainspirowały ludzkość do dalszego odkrywania Układu Słonecznego i nie tylko.

A niezwykłych odkryć na swoim koncie mają obie sondy bez liku: odkrycie pierwszych aktywnych wulkanów poza Ziemią (na księżycu Jowisza Io), zasugerowanie istnienia podpowierzchniowego oceanu na innym księżycu tej planety – Europie, znalezienie najbardziej ziemiopodobnej atmosfery w Układzie Słonecznym, znajdującej się na księżycu Saturna – Tytanie, odkrycie lodowego księżyca Urana – Mirandy i lodowato zimnych gejzerów na księżycu Neptuna – Trytonie.

Choć obie sondy opuściły planetę dawno temu i nie zdołają zbliżyć się do innej gwiazdy przez najbliższe 40 tys. lat, nadal przesyłają obserwacje dotyczące warunków, w których kończą się wpływy Słońca i rozpoczyna się międzygwiezdna przestrzeń kosmiczna.

Obecnie Voyager 1 przebywa prawie 21 miliardów km od Ziemi, podróżuje przez międzygwiezdną przestrzeń na północ od płaszczyzny ekliptyki. Sonda poinformowała naukowców, że promienie kosmiczne – jądra atomowe przyspieszone  niemal do prędkości światła, są aż czterokrotnie większe w przestrzeni międzygwiezdnej niż w pobliżu Ziemi. Oznacza to, że heliosfera, będąca swego rodzaju bańką zawierającą Układ Słoneczny wraz z wiatrem słonecznym działa dla planet jak tarcza przeciwpromieniowa. Voyager 1 również zasugerował, że pole magnetyczne lokalnego ośrodka międzygwiazdowego jest owinięte wokół heliosfery.

Voyager 2 znajduje się obecnie prawie 18 miliardów km od Ziemi i podróżuje na południe od płaszczyzny ekliptyki, w przestrzeń międzygwiezdną ma wejść w ciągu najbliższych kilku lat. Różne miejsca przebywania obu Voyagerów pozwalają naukowcom porównywać różne regiony przestrzeni, w których heliosfera oddziałuje z otaczającym środowiskiem międzygwiazdowym, używając przyrządów mierzących naładowane cząstki, pole magnetyczne, fale radiowe o małej częstotliwości i strumień plazmy wiatru słonecznego. Gdy Voyager 2 przejdzie w przestrzeń międzygwiezdną, naukowcy będą mogli jednocześnie badać przestrzeń międzygwiezdną w dwóch różnych lokalizacjach.

– Kiedy rozpoczynaliśmy tę przygodę 40 lat temu, nikt z nas nie zdawał sobie sprawy z tego, że sondy będą tak długo działać i tak długo kontynuować tę pionierską podróż – powiedział Ed Stone, naukowiec projektu Voyager z Caltech w Pasadenie w Kalifornii.

Sukces bliźniaczych sond Voyager można było osiągnąć dzięki dalekowzroczności projektantów misji. Zostały przygotowane do promieniowania w środowisku Jowisza, najcięższej ze wszystkich planet w Układzie Słonecznym, wyposażone w długowieczne generatory energii, a także redundantne systemy umożliwiające sondom swobodne przechodzenie – w razie potrzeby – na systemy rezerwowe. Każdy Voyager posiada trzy radioelektryczne generatory termoelektryczne, urządzenia, które wykorzystują energię cieplną wytwarzaną w wyniku rozpadu plutonu-238 – tylko połowa z nich zniknie po 88 latach.

Przestrzeń jest prawie pusta, więc Voyagery nie są zbytnio zagrożone bombardowaniem dużych obiektów. Międzygwiazdowe środowisko kosmiczne Voyagera 1 nie jest jednak kompletną pustką. Jest wypełnione obłokami rozcieńczonego materiału pozostałego z gwiazd, które eksplodowały, jak supernowa miliony lat temu. Ten materiał nie stwarza zagrożenia dla statku kosmicznego, ale jest kluczowym elementem środowiska, które misja Voyager pomaga naukowcom poznawać i badać.

Ponieważ moc Voyagerów zmniejsza się o cztery waty rocznie, inżynierowie uczą się, jak obsługiwać sondy coraz bardziej oszczędnie. Aby zmaksymalizować zasięg życia Voyagerów, muszą oni także poradzić sobie z dokumentami pisanymi dziesiątki lat temu oraz pisząc obecne komendy i oprogramowanie według wiedzy byłych inżynierów misji Voyager.

– Technologia ta ma bardzo dużo lat i potrzebujemy kogoś, kto ma doświadczenie w programowaniu lat 70., aby zrozumieć, jak działają sondy i jakie aktualizacje można wprowadzić, aby mogły poprawnie pracować w przyszłości – powiedziała Suzanne Dodd, kierownik projektu Voyager w Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie w Kalifornii.

Członkowie zespołu oceniają, że do 2030 roku będą musieli wyłączyć ostatni instrument naukowy. Jednak nawet po tym, jak sondy zamilkną, będą kontynuować podróż na swoich trajektoriach z obecną prędkością ponad 48,28 tys. km na godzinę, wykonując pełną orbitę wewnątrz Drogi Mlecznej co 225 milionów lat.

Opracowano na podstawie:
NASA’s Voyager Spacecraft Still Reaching for the Stars After 40 Years