Sondy kosmiczne Voyager i Pioneer najdalej od Ziemi - Kosmos

Sondy Pioneer 10 i Pioneer 11

 

W 1972 roku wystrzelono z przylądka Canaveral na Florydzie sondę kosmiczną Pioneer 10 – bezzałogową sondę NASA mającą badać planetę Jowisz i pas planetoid. Podobnie sondę Pioneer 11 wystrzelono w 1973 roku w celu zbadania Jowisza, a po dalszym locie nawet Saturna. Sondy w tym czasie przesłały pierwsze zdjęcia tak odległych planet naszego Układu Słonecznego.

 

Sondy Pioneer 10 i 11 stały się podstawą w budowaniu kolejnych projektów sond kosmicznych mających badać dalekie zakątki naszego układu słonecznego. Dzięki zdobytej wiedzy opracowano dwie nowe i nowocześniejsze sondy kosmiczne Voyager 1 i Voyager 2. Sondy Pioneer 10 i 11 posiadały instrumenty do badań tj. magnetometr do pomiaru pola magnetycznego, analizator plazmy – do pomiaru cząsteczek naładowanych i obojętnych, licznik Geigera – jako detektor promieniowania jądrowego oraz kilka urządzeń pomiarowych tj. fotometr, radiometr itp. Konstrukcja sond Pioneer 10 i 11 ważyła około 270kg i była dość lekką konstrukcją posiadającą tak zaawansowane laboratorium pomiarowe. Do kontaktu z Ziemią sondy wyposażono w anteny paraboliczne o średnicy 2,7m. Do zasilania sond wykorzystano pionierskie rozwiązanie. Każda posiada 4 generatory radioizotopowe termoelektryczne zawierające pluton-238 dające moc 155W. Wraz z czasem generatory produkują coraz mniejszą moc, dlatego NASA zdecydowała się na wyłączanie niepotrzebnych lecz pobierających prąd urządzeń.

 

Ostatecznie w 31 marca 1999 roku w sondzie Pioneer 10 wyłączono wszystkie ważne podzespoły badawcze pozostawiając nadajniki tylko do komunikacji radiowej. Podobnie Pioneer 11 w niedługim czasie został wyłączony. Sondy jednak mkną dalej przemierzając kolejne kilometry przestrzeni kosmicznej.

 

Sondy Voyager 1 i Voyager 2

 

We wrześniu 1977 roku wystrzelono kolejną sondę kosmiczną mającą zbadać Jowisza i Saturna. Jako pierwszą wystrzelono Voyager 2, a po 16 dniach kolejną Voyager 1. Naukowcy nie przypadkowo opracowali sondy i ich misje oraz czas wysłania. Raz na 176 lat następuje tzw. wyrównanie planet. Planety naszego Układu Słonecznego ustawiły się szeregowo, co umożliwiło wykorzystanie ich pola grawitacyjnego do przyspieszenia, oraz zbadania ich po kolei jednym lotem sondy. Każda z planet przyciągała do siebie sondę, a w ostatecznym momencie wypychała ją dalej w przestrzeń po dostatecznym zbliżeniu się sondy do planety. W taki sposób sondy Voyager mogły osiągnąć takie prędkości i odległości. Kolejne planety zwiększały prędkość, np. sonda Voyager 1 wyprzedziła siostrę i zbadała Jowisza w marcu 1979 roku, następnie wykonano korektę lotu sondy, by ta nie uderzyła w księżyc Saturna – Tytan. Sonda Voyager 1 zbliżyła się do Tytana pod koniec 1980 roku i w tym okresie również była najbliżej Saturna wykonując jego zdjęcia i badania. Niestety po minięciu pierścieni Saturna, sonda zmieniła kurs zbaczając o 35 stopni z płaszczyzny ekliptyki w której orbitują planety Słońca, zatem niemożliwe było dotarcie do Urana i Neptuna.

 

Sonda Voyager 2 miała więcej szczęścia podczas eksploracji. Sfotografowała więcej księżyców m.in. Jowisza: Amalthea, Io, Kallisto, Ganimedes i Europa. Najbliżej Jowisza Voyager 2 był 9 lipca 1979 roku. Następnie 2 godziny po najbliższym przelocie od Jowisza, NASA dokonała korekty lotu sondy kierując ją na Saturna. Voyager 2 powtórzył sukces sondy Voyager 1 i dotarł do Saturna w sierpniu 1981 roku. Oprócz fotografii Saturna sonda przesłała na ziemię zdjęcia księżyców Hyperion, Enceladus, Tethys i Phoebe. Następnie NASA ustawiła sondę na kolejną planetę Uran, gdzie potrzebowała 4,5 roku by wykonać kolejne zdjęcia. Ta decyzja była dodatkową misją sondy. Będzie to pierwsza sonda która dotrze do tak odległej planety. W tym czasie programiści wprowadzili kilka poprawek do komputera sondy, ustawiając np. kompresję zdjęć, gdyż odległość blisko 3 miliardów km w linii prostej od Ziemi powodowała trudności komunikacyjne z przesyłaniem zdjęć. Światło słoneczne tak odległych obiektów również jest w tych miejscach słabsze, by wykonywać zdjęcia w dobrej jakości. Do Urana sonda dotarła na początku 1986 roku wykonując dodatkowo zdjęcia jego księżyców. Sonda przesłała ponad 6000 zdjęć samego Urana. NASA dokonała kolejnej korekty kierując sondę dalej w stronę Neptuna. Wykorzystując przyciąganie grawitacyjne planet sonda nabrała prędkości i do kolejnej planety zbliżyła się w połowie roku 1989 wykonując zdjęcia Neptuna i jego księżyców Nereidy, Proteusza , Larissy i Trytona. Podczas wizyty nad Neptunem sonda odkryła 6 nowych księżyców.

 

Po przelocie blisko Neptuna sondę skierowano dalej w ciemną otchłań kosmosu, by badać np. wiatr słoneczny. Podobnie Voyager 1 przemierza przestrzeń oddalając się od Słońca. Do dnia dzisiejszego sondy działają i wysyłają informację o swojej podróży. Na Ziemi zbudowano specjalny zestaw anten p.n. Deep Space Network, by odbierać słabe sygnały radiowe wysyłane przez Voyagera 1 i Voyagera 2.

 

Odległości sondy Voyager 1 i 2 od Ziemi

 

Odległość od Ziemi w niektórych porach roku może się zmniejszać, gdyż prędkość obrotu Ziemi wokół Słońca jest większa od prędkości oddalających się sond. W tym przypadku Ziemia w pewnym okresie goni sondy. Podano również odległości w jednostce AU – odległość Ziemi od Słońca.

 

Stan na dzień 5 marca 2013 roku:

Odległość sondy Voyager 1 od Ziemi

18,483,304,023 KM co daje około 123.5 AU 

 

Odległość sondy Voyager 2 od Ziemi

15,189,115,692 KM  co daje około 101.5 AU 

 

 

 

Czy ktoś nas zauważy? Golden Record i plakietka przekazu ludzkości

 

Na każdej z sond zamieszczono przekaz ludzkości. Na sondach Pioneer 10 i 11 dano plakietkę aluminiową z wycięciami informującą o tym skąd sonda pochodzi. Płytki oraz płyty Golden Records zaprojektował m.in. słynny astronom Frank Drake twórca reguły Drake"a mówiącej o liczbie cywilizacji pozaziemskiej. Do Voyagera 1 i Voyagera 2 dołączono Golden Record – Płytę 12 calową z naniesionymi ścieżkami stanowiącymi przekaz audio-wizualny obrazów i dźwięków z planety Ziemia. Dodatkowo wykonano nagrania powitania w 56 językach. Do płyty dolączono igłę i instrukcję jak odtworzyć zapis. Czy kiedykolwiek sondy kosmiczne osiągną tak dalekie kresy kosmosu by dotarły do nieznanych cywilizacji? Czy przez ten czas nie zostaną uszkodzone przez różne odłamki skalne, pył czy promieniowanie? Najwspanialszą wizją konstruktorów płyty z przesłaniem przekazu ludzkości będzie kontakt. Być może ktoś kiedyś zwróci nam wysłane w latach 70 ubiegłego wieku nagrania.

 

Gdzie zmierzają Voyagery i jak długo będą dawały znać o sobie?

 

Obecnie sygnał wysyłany przez sondy Voyager biegnie do nas około 17 godzin. Sonda Voyager 1 oddala się od nas z prędkością ponad 17 km/s, czyli co sekundę przemierza 17 kilometrów – co daje prędkość 61 400 km/h = 3,6AU rocznie w kierunku gwiazdozbioru Wężownika. Za około 18.000 lat ma szansę dotrzeć tak daleko, by oddalić się od Słońca na 1 rok świetlny. Mniej więcej za 38 tyś lat sonda ma szansę dotrzeć do najbliższej gwiazdy Gliese 445 w gwiazdozbiorze Żyrafy.

 

Voyager 2 oddala się od nas z prędkością troszkę mniejszą od Voyagera 1 – około 15.400km/h co daje prędkość około 15,5 km/s = 3,25AU rocznie w kierunku gwiazdozbioru Lunety. Za 38 tyś lat ma szansę minąć gwiazdę Ross 248 w gwiazdozbiorze Andromedy, a za 294 tyś lat minie jednak w dość dużej odległości 4,32 lat świetlnych najjaśniej świecącą na naszym niebie gwiazdę Syriusza w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa.

 

Czy było warto?

 

Sondy kosmiczne są tańsze od wysłania w przestrzeń kosmiczną załogowych misji. Mogą latami przemierzać przestrzeń, a nawet gdy zabraknie im energii elektrycznej mkną dalej posiadając wcześniej nadany pęd. Dzięki ich wyprawie dowiadujemy się znacznie więcej o wszechświecie niż z misji załogowych. Może nie jest to najlepszy sposób na kontakt z obcą cywilizacją, ale czemu nie spróbować dołączyć takich płytek, pokazując gdzie jesteśmy. Optymistycznie za 40 tyś lat ktoś, być może zauważy sondę i spróbuje się skontaktować. Czy będziemy w tym czasie jeszcze istnieli?

 

Największą tajemnicą wysłania sond tego typu jest pytanie – w jakim są dziś stanie? Wiemy, że ich stan techniczny nie jest najgorszy skoro potrafią wysłać sygnał o sobie pomimo ponad 30 lat pracy w przestrzeni kosmicznej bez możliwości fizycznej konserwacji. Mało jest urządzeń, które potrafiłyby wytrzymać taki czas, pracując w skrajnych warunkach, np. temperatura w miejscu gdzie znajdują się obecnie sondy Voyager to zaledwie kilka stopni powyżej zera absolutnego – mniej więcej -250C, a sondy pracują nadal.

 

Kolejna sonda New Horizons

 

W 2006 roku NASA wystrzeliła nową sondę kosmiczną zmierzającą w kierunku Plutona – najdalszej obecnie odkrytej karłowatej planety i podobnej wielkością do Plutona jego księżyca Charona. Sonda podczas startu osiągnęła najwyższą do tej pory prędkość początkową wynoszącą blisko 16km/s. Sonda otrzyma dodatkowe przyspieszenie (asysta grawitacyjna) dzięki planecie Jowisz. Bez tej pomocy przyciąganie grawitacyjne Słońca hamowałoby rozpędzoną sondę. Jest to kolejna sonda mająca dostateczne przyspieszenie by opuścić nas Układ Słoneczny.