Voyager 1

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Voyager 1
Voyager.jpg
Inne nazwy Mariner Jupiter/Saturn A

VGR77-2

Zaangażowani Stany Zjednoczone NASA Jet Propulsion Laboratory
Indeks COSPAR 1977-084A
Rakieta nośna Titan IIIE-Centaur z dodatkowym stopniem TE-364/4
Miejsce startu Cape Canaveral Air Force Station, USA
Cel misji Jowisz
Cel misji Saturn
Orbita (docelowa, początkowa)
Czas trwania
Początek misji 5 września 1977 (12:56:01 UTC)
Wymiary
Masa całkowita 825,5 kg
Masa aparatury naukowej 104,8 kg
Commons Multimedia w Wikimedia Commons

Voyager 1 (pol. Podróżnik 1) – bezzałogowa sonda kosmiczna NASA, wystrzelona 5 września 1977 roku z Przylądka Canaveral na Florydzie. Na początku 2014 r. sondę dzieliła od Ziemi odległość około 127 au i była ona najdalszym i ciągle działającym obiektem wysłanym w przestrzeń kosmiczną przez człowieka. Sygnał wysłany przez sondę w kierunku anten Deep Space Network potrzebował ponad 17 godzin na przebycie tej drogi[1].

Sondy Voyager wykorzystały technikę przyspieszania w polu grawitacyjnym mijanych planet, co pozwoliło na osiągnięcie dużych prędkości bez konieczności używania paliwa. Voyager 1, wystrzelony 16 dni później niż Voyager 2, wyprzedził swoją siostrzaną jednostkę i pierwszy dotarł do dalszych planet Układu Słonecznego. Asysty grawitacyjne uczyniły z niego najszybszy obiekt wysłany przez człowieka w kosmos[a].

Pierwotnym celem misji Voyagera 1 było zbadanie Jowisza i Saturna oraz ich księżyców. Po zakończeniu eksploracji planet, główne zadanie stanowi badanie krańcowych obszarów heliosfery oraz pomiar właściwości fizycznych przestrzeni międzygwiezdnej.

Od grudnia 2004 sonda znajdowała się w obszarze płaszcza Układu Słonecznego[2]. W sierpniu 2012 roku Voyager 1, jako pierwsza sonda wykonana przez człowieka, przekroczył heliopauzę i znalazł się w przestrzeni międzygwiezdnej[3].

Przewiduje się, że zasilanie w energię elektryczną wystarczy do utrzymania funkcjonowania sondy i łączności z Ziemią do około 2025 roku[4].

Cele naukowe programu Voyager[edytuj | edytuj kod]

Misja główna[edytuj | edytuj kod]

Głównym zadaniem misji obydwu sond Voyager była eksploracja układów Jowisza i Saturna. Po zakończonych sukcesem przelotach obok tych planet NASA wydała zgodę na przedłużenie misji sondy Voyager 2 do, kolejno, Urana i Neptuna.

Zadania wykonywane podczas przelotu obok każdej z mijanych planet obejmowały:[5]

  • zbadanie cyrkulacji, dynamiki, struktury i składu atmosfery planety,
  • scharakteryzowanie morfologii, geologii i stanu fizycznego księżyców planety,
  • wyznaczenie poprawionych wartości dla masy, rozmiarów i kształtu planety, jej księżyców i pierścieni,
  • określenie struktury pola magnetycznego i scharakteryzowanie składu i dystrybucji uwięzionych w nim cząstek naładowanych i plazmy.

Misja Międzygwiezdna[edytuj | edytuj kod]

Eksploracja planet zakończyła się wraz z przelotem Voyagera 2 obok Neptuna w 1989 roku. Głównym celem przedłużonej misji sond Voyager jest rozszerzenie eksploracji Układu Słonecznego poza planety zewnętrzne, do krańcowych obszarów heliosfery i – po przekroczeniu heliopauzy – dotarcie do lokalnego ośrodka międzygwiazdowego.

Zadania naukowe wykonywane podczas tej fazy misji obejmują:[6]

  • charakteryzacja ewolucji wiatru słonecznego przy zwiększającej się odległości od Słońca,
  • obserwacja zmienności cyklu słonecznego w odległym ośrodku międzyplanetarnym,
  • zbadanie zmienności w ośrodku międzyplanetarnym na różnych szerokościach ekliptycznych,
  • poszukiwanie promieni kosmicznych o niskiej energii,
  • scharakteryzowanie mechanizmów przyspieszania cząstek i mechanizmów osiągania przez plazmę równowagi termodynamicznej w ośrodku międzyplanetarnym,
  • poszukiwanie oznak obecności międzygwiazdowego wodoru i helu pochodzących z wiatru międzygwiazdowego,
  • obserwacja i określenie charakterystyki szoku końcowego naddźwiękowego wiatru słonecznego,
  • scharakteryzowanie poddźwiękowego wiatru słonecznego poza szokiem końcowym,
  • obserwacja i określenie charakterystyki heliopauzy,
  • scharakteryzowanie lokalnego ośrodka międzygwiazdowego i związanych z nim emisji radiowych,
  • obserwacja emisji radiowych pochodzących ze Słońca i wiatru słonecznego,
  • monitorowanie emisji promieniowania Słońca w zakresie skrajnego ultrafioletu,
  • poszukiwanie gazu międzyplanetarnego i międzygwiazdowego.

Konstrukcja sond Voyager[edytuj | edytuj kod]

Schemat konstrukcji sondy Voyager

Obydwie sondy Voyager mają jednakową konstrukcję. Kadłub sondy ma kształt dziesięciobocznego pierścienia, o wysokości 47 cm i średnicy 1,78 m, otaczającego centralny zbiornik z hydrazyną. We wnętrzu kadłuba znajduje się wyposażenie elektroniczne, w tym komputery, rejestrator danych i nadajniki radiowe. Wszystkie podstawowe urządzenia sondy zostały zdublowane. Do górnej powierzchni kadłuba zamontowana jest paraboliczna antena główna o wysokim zysku (HGA), mająca średnicę 3,66 m. Do kadłuba przymocowane są też trzy wysięgniki z dodatkowym wyposażeniem. Większość instrumentów naukowych umieszczono na wysięgniku naukowym o długości 2,5 m. Na jego końcu znajduje się ruchoma platforma skanująca, na której zamontowano kamery, fotopolarymetr i spektrometry. Instrumenty te mogły być dzięki temu precyzyjnie ustawiane w kierunku obserwowanych obiektów. Na wysięgniku naukowym umieszczono też detektory plazmy i cząstek naładowanych. Na oddzielnym wysięgniku o długości 13 m zostały zamontowane magnetometry. Na trzecim wysięgniku, umieszczonym po przeciwnej stronie kadłuba od wysięgnika naukowego, znajdują się radioizotopowe generatory termoelektryczne (RTG). Dwie, wzajemnie prostopadłe, anteny o długości 10 m służą do odbioru fal plazmowych i badań radioastronomicznych. Sonda jest stabilizowana trójosiowo, a antena wysokiego zysku jest zawsze skierowana w kierunku Ziemi[7].

Zasilanie w energię[edytuj | edytuj kod]

Dwa radioizotopowe generatory termoelektryczne (MHW-RTG ang. Multi Hundred Watt (MHW) Radioisotope Thermoelectric Generators (RTG)

Energia elektryczna dostarczana jest przez trzy radioizotopowe generatory termoelektryczne (MHW-RTG). Każdy generator ma 50,8 cm długości, 40,6 cm średnicy, masę 39 kg i zawiera około 4,5 kg plutonu 238 w postaci ditlenku. Ogniwa termoelektryczne generatorów wykonane są z krzemu i germanu, a osłona zbudowana jest z berylu. Na początku misji generatory wytwarzały napięcie stałe o wartości 30 V i łącznej mocy około 475 W. Dostarczana energia stopniowo zmniejsza się z czasem, z powodu rozpadu radioaktywnego plutonu i degradacji elementów ogniw termoelektrycznych[5].

Tempo spadku mocy wynosi średnio około 4,3 W rocznie, co zmusza do stopniowego wyłączania systemów pokładowych i instrumentów naukowych[8]. W końcu kwietnia 2011 roku generatory sondy Voyager 1 wytwarzały energię o mocy 269,7 W, a generatory Voyagera 2 energię o mocy 271,0 W[9].

Łączność[edytuj | edytuj kod]

Łączność z sondami utrzymywana jest głównie za pośrednictwem anteny o wysokim zysku (High-Gain Antenna, HGA) o średnicy 3,66 m. Kąt połowy mocy HGA dla pasma X wynosi 0,5°, a dla pasma S 2,3°. Na strukturze nośnej HGA zamontowana jest także antena o niskim zysku (LGA), która używana była sporadycznie podczas niektórych manewrów i w razie problemów z utrzymaniem łączności. Każda sonda posiada dwa transpondery (główny i zapasowy). Każdy z transponderów zawiera nadajniki pracujące w paśmie S (na częstotliwości 2295 MHz) i w paśmie X (na częstotliwości 8418 MHz) oraz odbiornik w paśmie S (na częstotliwości 2113 MHz). Voyagery były pierwszymi sondami, które używały pasma X jako głównej częstotliwości nadawczej. Nadajnik w paśmie S mógł pracować z mocą 9,4 W oraz 28,3 W, natomiast nadajnik w paśmie X z mocą 12 W oraz 21,3 W[7][10].

W kwietniu 1978 roku na pokładzie Voyagera 2 doszło do awarii głównego odbiornika radiowego i od tego czasu sonda ta korzysta z odbiornika zapasowego, pomimo niesprawności kondensatora obwodu strojenia tego odbiornika[b][10].

Dane mogą być magazynowane na pokładzie sond, do późniejszej transmisji na Ziemię, przy użyciu cyfrowego rejestratora taśmowego, "cyfrowego magnetofonu" (Digital Tape Recorder) zapisującego na ośmiu ścieżkach z maksymalną szybkością 115,2 kilobitów na sekundę. Pojemność taśmy wynosi 536 megabitów, co jest równoważne zapisowi 96 zdjęć z kamer sondy[7].

Na Ziemi łączność z sondą utrzymywana jest przy użyciu sieci Deep Space Network (DSN) z antenami o średnicy 34 m i 70 m rozmieszczonymi w trzech kompleksach - w okolicy Madrytu w Hiszpanii, Canberry w Australii i Goldstone (w pobliżu Barstow) w Kalifornii.

Dane naukowe mogły być transmitowane w paśmie X z maksymalną szybkością 115,2 kilobitów na sekundę (przy Jowiszu). Możliwa do uzyskania szybkość przekazu maleje wraz ze wzrostem odległości sond od Ziemi – przy Saturnie wynosiła 44,8 kb/s, przy Uranie i Neptunie (Voyager 2) 21,6 kb/s. Podczas obecnej fazy misji Voyager (Misja Międzygwiezdna) dane typowo przesyłane są z sond w paśmie X w czasie rzeczywistym, z szybkością 160 bitów na sekundę i odbierane przez anteny DSN o średnicy 34 m. Dane z szerokopasmowego odbiornika fal plazmowych o wysokim tempie zapisu (115,2 kb/s) na pokładzie Voyagera 1 są okresowo zapisywane na taśmie cyfrowego "magnetofonu" i co około pół roku przesyłane z szybkością 1,4 kilobitów na sekundę, co wymaga odbioru przez 70-metrową antenę DSN. Ponieważ dane z tego instrumentu na pokładzie Voyagera 2 nie są już dłużej użyteczne, cyfrowy "magnetofon" na jego pokładzie został w 2007 roku wyłączony[11][8].

Instrukcje ze stacji naziemnych są przesyłane do sond w paśmie S z szybkością 16 bitów na sekundę.

Systemy sterowania[edytuj | edytuj kod]

Konstrukcja sond umożliwia ich funkcjonowanie w stopniu wysoce autonomicznym. Na pokładzie znajdują się trzy połączone ze sobą systemy komputerowe, każdy złożony z dwóch komputerów - głównego i zapasowego:

  • Computer Command Subsystem (CCS) - główne komputery sterujące sondy. CCS jest odpowiedzialny za utrzymywanie łączności z Ziemią, przetwarza i wykonuje instrukcje sterujące pracą instrumentów naukowych i innych systemów sondy. Zawiera algorytmy rozpoznające nieprawidłowości w funkcjonowaniu sondy i zapewniające ochronę przed ich skutkami.
  • Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS) - odpowiedzialny za kontrolę położenia sondy. AACS utrzymuje antenę wysokiego zysku w pozycji skierowanej w kierunku Ziemi, steruje manewrami korekcyjnymi oraz ruchami platformy skanującej.

Do kontroli położenia wykorzystywane są trzy żyroskopy (używane jedynie przez krótki czas, do kilku godzin, podczas niektórych manewrów) oraz czujniki Słońca (Sun Sensor) i gwiazd (Canopus Star Tracker). Sterowany przez AACS system napędowy składa się z 16 silników o ciągu 0,889 N każdy. 4 z tych silników służy do wykonywania manewrów korekcji trajektorii, pozostałe podzielone są na dwa zestawy po 6 silników służących do stabilizacji położenia sondy[7]. Materiał pędny stanowi hydrazyna, której początkowy zapas wynosił 90 kg. W końcu kwietnia 2011 roku na pokładzie Voyagera 1 pozostało 25,31 kg, a Voyager 2 posiadał zapas 27,36 kg hydrazyny[9].

  • Flight Data Subsystem (FDS) - kontroluje pracę instrumentów naukowych, zbiera i formatuje dane naukowe i inżynieryjne przeznaczone do transmisji na Ziemię oraz koduje i wykonuje kompresję tych danych.

Instrumenty naukowe[edytuj | edytuj kod]

Na pokładzie każdej z sond Voyager zostało zainstalowanych 10 instrumentów naukowych. Instrumenty te, oraz system telekomunikacyjny sond, posłużyły do przeprowadzenia 11 eksperymentów:[7][12]

Eksperyment Konstrukcja instrumentu
  • Kierownik (Principal Investigator)
Zadania
Imaging Science Subsystem (ISS):[13]

Narrow Angle Camera (ISS-NA) - kamera wąskokątna

Wide Angle Camera (ISS-WA) - kamera szerokokątna

Dwie kamery, każda zaopatrzona w detektor widikonowy z siarczku selenu o rozdzielczości 800 x 800 pikseli i osiem filtrów barwnych; obserwacje w zakresie długości fal 280 - 640 nm:
  • ISS-NA - optykę stanowi teleskop Cassegraina o ogniskowej 1500 mm, f/8.5, aperturze 176,5 mm i polu widzenia 7,5 × 7,5 mrad;
  • ISS-WA - układ Petzvala o ogniskowej 201 mm, f/3.5, aperturze 57 mm i polu widzenia 55,6 × 55,6 mrad.

Masa: 38,17 kg.

Obserwacja cyrkulacji atmosfer planetarnych; określenie prędkości wiatrów i struktury chmur; określenie ogólnej charakterystyki księżyców, ich struktury geologicznej i właściwości powierzchni; określenie struktury i właściwości pierścieni; poszukiwanie nowych księżyców i pierścieni; pomoc w interpretacji danych z innych eksperymentów; nawigacja optyczna.
Photopolarimeter Subsystem (PPS) - fotopolarymetr[14] Teleskop Cassegraina o aperturze 15 cm, zestaw filtrów polaryzacyjnych i filtrów barwnych oraz z fotopowielacz; pomiary intensywności i polaryzacji liniowej światła rozproszonego w zakresie długości fal 235 - 750 nm.

Masa: 2,55 kg.

Określenie właściwości fizycznych cząsteczek aerozoli atmosferycznych; tekstury i budowy powierzchni księżyców; pomiar gęstości, składu i rozmiaru cząstek tworzących pierścienie; obserwacja struktury pierścieni podczas okultacji gwiazd; poszukiwanie wyładowań atmosferycznych i aktywności zorzowej.
Infrared Radiometer Interferometer and Spectrometer (IRIS) - spektrometr i radiometr podczerwieni[15] Dwa detektory korzystające ze wspólnego teleskopu Cassegraina o aperturze 50,8 cm, ogniskowej 303,5 cm i polu widzenia 0,25°:
  • interferometr Michelsona wykonywał pomiary w zakresie długości fal 4 - 55 μm;
  • jednokanałowy radiometr prowadził pomiary w zakresie 0,33 - 2 μm.

Masa: 19,47 kg.

Określenie składu atmosfer, w tym stosunku wodoru do helu; otrzymanie wertykalnych profili temperatury atmosfer; badanie składu, właściwości termicznych i rozmiaru cząstek tworzących pierścienie; określenie temperatury, składu i struktury powierzchni księżyców; pomiary globalnego i lokalnego bilansu energetycznego.
Ultraviolet Spectrometer (UVS) - spektrometr ultrafioletu[16] Spektrometr z kolimatorem mechanicznym; obserwacje w zakresie długości fal 53,5 - 170,2 nm (51,3 - 168,0 nm w sondzie Voyager 2).

Masa: 4,49 kg.

Określenie składu, struktury i własności rozpraszających atmosfer; obserwacje otoczki wodorowej planet i księżyców; badanie własności pierścieni i aktywności zorzowej; astronomia gwiazdowa.
Plasma Subsystem (PLS) - detektor plazmy[17] Dwa detektory o konstrukcji złożonej z puszek Faradaya: jeden skierowany w kierunku Ziemi, drugi skierowany pod kątem prostym do pierwszego; pomiary elektronów i jonów w zakresie energii 10 - 5950 eV (dla He++ 20 - 11900 eV).

Masa: 9,9 kg.

Określenie właściwości wiatru słonecznego i jego interakcji z planetami; badanie źródeł, właściwości i morfologii plazmy magnetosferycznej planet oraz jej interakcji z księżycami; badanie szoku końcowego, heliopauzy i przestrzeni międzygwiezdnej.
Low-Energy Charged Particle Subsystem (LECP) - detektor cząstek naładowanych o niskiej energii[18] Dwa zespoły detektorów umieszczonych na obrotowej platformie:
  • Low Energy Magnetospheric Particle Analyzer (LEMPA) - pomiary w zakresie 10 keV - >11 MeV dla elektronów i 15 keV - ≥150 MeV dla protonów i cięższych jonów;
  • Low Energy Particle Teleskop (LEPT) - pomiary w zakresie od 0,05 do 300 - 500 MeV/nukleon.

Masa: 7,47 kg.

Pomiary galaktycznych promieni kosmicznych, cząstek energetycznych pochodzenia słonecznego i planetarnego.
Cosmic-Ray Subsystem (CRS) - detektor promieniowania kosmicznego[19] Trzy zespoły detektorów wykonujące pomiary w zakresie energii:
  • High Energy Telescope System (HETS) - 6 - 500 MeV/nukleon i elektrony w zakresie 3 - 110 MeV
  • Low Energy Telescope System (LETS) - 0,15 - 30 MeV/nukleon
  • Electron Telescope (TET) - elektrony w zakresie 5 - 110MeV.

Masa: 7,52 kg.

Pomiary galaktycznych promieni kosmicznych, procesów przyspieszania cząstek w przestrzeni międzyplanetarnej, elektronów pochodzących z Jowisza oraz składu cząstek w magnetosferach planetarnych.
Magnetometer (MAG) - magnetometr[20] Cztery trójosiowe magnetometry transduktorowe (dwa dla słabych pól i dwa dla silnych pól); pomiary pól magnetycznych w zakresie 0,02 nT - 2·106 nT.

Masa: 5,6 kg.

Pomiary międzyplanetarnego pola magnetycznego, planetarnych pól magnetycznych, struktury magnetosfer planetarnych i ich interakcji z wiatrem słonecznym, księżycami i pierścieniami.
Plasma Wave Subsystem (PWS) - odbiornik fal plazmowych[21] 16-kanałowy analizator spektralny w zakresie 10 Hz - 56,2 kHz i szerokopasmowy odbiornik falowy w zakresie 40 Hz - 12 kHz; dwie anteny (wspólne z PRA) użyte jako antena dipolowa o efektywnej długości 7 m.

Masa: 1,37 kg.

Pomiary fal plazmowych i fal radiowych o niskiej częstotliwości; badanie struktury heliosfery, magnetosfer planetarnych i ich interakcji z wiatrem słonecznym; pomiar gęstości elektronów, wyładowań atmosferycznych i uderzeń cząstek pyłowych.
Planetary Radio Astronomy (PRA) - odbiornik radioastronomiczny[22] Odbiornik radiowy w pasmach 20,4 kHz - 1300 kHz i 2,3 MHz - 40,5 MHz; dwie 10-metrowe anteny monopolowe.

Masa: 7,7 kg.

Obserwacje emisji radiowych pochodzących z planet i planetarnych pól magnetycznych; pomiar rezonansów plazmowych; obserwacja wyładowań atmosferycznych.
Radio Science Subsystem (RSS) - instrument radiowy[23] System telekomunikacyjny sondy: transpondery w paśmie X i paśmie S, ultrastabilny oscylator.

Masa: 44,0 kg.

Określenie własności atmosfer i jonosfer, struktury pierścieni; pomiar masy i gęstości planet i księżyców; testy ogólnej teorii względności.
Platforma skanująca z zainstalowanymi instrumentami

Fotopolarymetr na pokładzie sondy Voyager 1 uległ awarii przed przelotem obok Jowisza i zebrane przez niego dane nie były analizowane.

Detektor plazmy PLS, w listopadzie 1980 r., wkrótce po minięciu przez sondę Saturna, uległ poważnej awarii, która znacznie ograniczyła jego zdolności obserwacyjne i utrudniła prowadzenie badań wiatru słonecznego[24]. Instrument ten został wyłączony 1 lutego 2007 roku.

Z powodu stopniowego zmniejszania się ilości wytwarzanej energii elektrycznej, po zakończeniu fazy badania planet, kolejno wyłączane są niektóre instrumenty naukowe sondy. W pierwszej kolejności zostały wyłączone wszystkie instrumenty znajdujące się na platformie skanującej, z wyjątkiem spektrometru ultrafioletu (UVS). UVS kontynuował zbieranie danych, chociaż bez możliwości skanowania, do 2010 roku. Pod koniec tego roku miał on także zostać wyłączony (według planu z połowy 2010 r.)[25].

Odbiornik radiowy PRA został wyłączony 15 stycznia 2008 roku.

Do 2020 roku planowane jest utrzymanie na pokładzie Voyagera 1 pracy następujących instrumentów: Low-Energy Charged Particle Subsystem, Cosmic Ray Subsystem, Magnetometer i Plasma Wave Subsystem[25].

Golden Record[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Voyager Golden Record.

Do kadłuba każdej z sond Voyager przymocowana jest 12-calowa płyta gramofonowa wykonana z pozłacanej miedzi. Zapisane są na niej pozdrowienia wypowiadane w 55 językach (w tym polskim), muzyka oraz dźwięki i obrazy przedstawiające różnorodność życia i kultury na Ziemi[26].

Przebieg misji[edytuj | edytuj kod]

Start sondy Voyager 1

Start sondy Voyager 1 nastąpił 5 września 1977 roku. Najpotężniejsza ówczesna amerykańska rakieta nośna Titan IIIE-Centaur z dodatkowym stopniem na stały materiał pędny wyniosła sondę na prowadzącą ku Jowiszowi orbitę o peryhelium wynoszącym 1,0 au i aphelium 8,9 au. Początek misji został opóźniony o 5 dni, w celu dokonania kontroli i wprowadzenia modyfikacji niektórych elementów sondy i jej oprogramowania, dla uniknięcia problemów, które napotkano podczas aktywacji wystrzelonej wcześniej sondy Voyager 2.

18 września, znajdując się w odległości 11,66 mln km, sonda skierowała platformę skanującą w kierunku Ziemi i wykonała pierwszą w historii fotografię, na której widoczne były razem pełne dyski Ziemi i Księżyca. 15 grudnia 1977 r. znajdując się w odległości 124 mln km od Ziemi, Voyager 1 prześcignął poruszającą się wolniej sondę Voyager 2. W tym momencie wzajemna odległość między sondami wynosiła 17 mln km. 23 lutego 1978 r. doszło do zacięcia platformy skanującej, jednak awaria ta ustąpiła po przeprowadzeniu testów jej ruchomości.

Jowisz[edytuj | edytuj kod]

Trajektoria przelotu Voyagera 1 przez układ Jowisza

W kwietniu 1978 r., znajdując się w odległości 265 mln km od Jowisza, sonda zaczęła wykonywać pierwsze fotografie tej planety. Faza obserwacji Jowisza oficjalnie rozpoczęła się 4 stycznia 1979 r. 10 lutego Voyager 1 przekroczył orbitę Sinope, najbardziej odległego, spośród ówcześnie znanych, księżyca planety. 28 lutego sonda osiągnęła granice jowiszowej magnetosfery. W tym czasie rozmiar magnetosfery planety podlegał gwałtownym fluktuacjom, co spowodowało, że dopiero 3 marca sonda po raz ostatni przekroczyła magnetopauzę.

5 marca 1979 r. o 12:05:26 UTC Voyager 1 zbliżył się do Jowisza na najmniejszą odległość, wynoszącą 348 890 km od centrum planety, około 280 000 km od szczytów chmur. 5 marca sonda przeleciała także kolejno obok Amaltei (minimalna odległość 420 200 km), Io (20 570 km) i Europy (733 760 km). 6 marca Voyager 1 zbliżył się do Ganimedesa na odległość 114 710 km i do księżyca Kallisto na odległość 126 400 km[27][28].

Oddalając się od Jowisza, 20 marca sonda opuściła obszar jego magnetosfery, a 13 kwietnia 1979 r. zakończona została faza obserwacji planety. Dokonany podczas przelotu obok Jowisza manewr asysty grawitacyjnej zmienił orbitę Voyagera 1 na prowadzącą do Saturna orbitę hiperboliczną.

Sonda odkryła czynne wulkany na Io (było to pierwsze odkrycie aktywnego wulkanizmu poza Ziemią), obecność pierścienia wokół Jowisza, zorze polarne i potężne wyładowania atmosferyczne na planecie. Zbadano strukturę i dynamikę atmosfery Jowisza, zawartość w niej helu i wielu związków chemicznych. Poznano wiele szczegółów struktury magnetosfery. Sonda po raz pierwszy ukazała szczegóły morfologii powierzchni i budowy geologicznej największych księżyców planety. Na przekazanych zdjęciach odkryto także dwa niewielkie księżyce - Tebe i Metis[29]. Łącznie sonda wykonała około 18 tysięcy fotografii Jowisza, jego księżyców i pierścienia.

Saturn[edytuj | edytuj kod]

Trajektoria przelotu Voyagera 1 przez układ Saturna

Po minięciu Jowisza, sonda 9 kwietnia 1979 r. wykonała pierwszy manewr korekcji trajektorii, by umożliwić bliski przelot obok Tytana. Następny manewr 10 października 1979 r. zapewnił, żeby sonda nie uderzyła w powierzchnię tego księżyca. Na początku stycznia 1980 r. instrument radioastronomiczny (PRA) zaczął odbierać impulsy radiowe pochodzące z Saturna. 23 sierpnia Voyager 1 zaczął wykonywać pierwsze fotografie planety. 12 listopada sonda osiągnęła granice magnetosfery Saturna.

12 listopada 1980 r. o 05:41 UTC Voyager 1 zbliżył się do Tytana na najmniejszą odległość, wynoszącą 6498 km od centrum księżyca, przelatując około 4000 km od szczytów skrywających go mgieł. Następnie sonda zbliżyła się do księżyca Tethys na odległość 415 532 km. Największe zbliżenie do Saturna miało miejsce 12 listopada o 23:45:43 UTC w odległości 184 141 km od centrum planety, około 124 000 km nad szczytami chmur. 13 listopada sonda przeleciała kolejno obok Mimasa (minimalna odległość 88 406 km), Enceladusa (201 934 km), Dione (161 499 km), Rei (73 985 km) i Hyperiona (870 823 km)[30]. Oddalając się od Saturna, 16 listopada sonda opuściła obszar jego magnetosfery.

Sonda odkryła, że głównym składnikiem atmosfery Tytana jest azot, a warstwy chmur i mgieł całkowicie zakrywają jego powierzchnię. Ustalono wartości ciśnienia atmosferycznego i temperatury panującej na Tytanie. W przypadku innych księżyców uzyskano po raz pierwszy obrazy ich powierzchni. Fotografie systemu pierścieni planety ukazały ich niezwykle skomplikowaną, złożoną z tysięcy elementów strukturę. Nad powierzchnią pierścienia B zauważono ciemne radialne struktury, nazywane szprychami. Zbadano strukturę i dynamikę atmosfery planety, zawartość w niej helu i wielu związków chemicznych, odkryto obecność zórz polarnych. Poznano wiele szczegółów struktury magnetosfery. Na przekazanych zdjęciach odkryto także trzy niewielkie księżyce - Atlas, Prometeusz i Pandora[29]. Łącznie sonda wykonała około 16 tysięcy fotografii Saturna, jego księżyców i pierścieni.

Voyager Interstellar Mission[edytuj | edytuj kod]

Schemat heliosfery z zaznaczonymi pozycjami sond Voyager

Przelot obok Saturna zmienił tor lotu Voyagera 1 na, prowadzącą poza Układ Słoneczny, orbitę hiperboliczną o nachyleniu 35° na północ od płaszczyzny ekliptyki i mimośrodzie 3,72[31]. Od tego czasu sonda wykonuje pomiary wiatru słonecznego, pól magnetycznych i promieni kosmicznych. Spektrometr UVS wykorzystywany był do obserwacji astronomicznych w ultrafiolecie. Po minięciu przez sondę Voyager 2 Neptuna, NASA oficjalnie przemianowała 1 stycznia 1990 r. misje obydwu sond Voyager na Voyager Interstellar Mission (Misja Międzygwiezdna Voyagera). Jej głównym zadaniem jest zbadanie krańcowych obszarów heliosfery, w tym dotarcie do heliopauzy.

14 lutego 1990 r. Voyager 1 po raz ostatni uruchomił swoje kamery i wykonał serię zdjęć ukazujących Słońce i planety, w tym Ziemię. 17 lutego 1998 r. sonda znalazła się w większej odległości od Słońca (69,4 au), niż wystrzelony w 1972 r. Pioneer 10. Tym samym Voyager 1 stał się najodleglejszym skonstruowanym przez człowieka obiektem w kosmosie[32].

16 grudnia 2004 r., w odległości 94,01 au od Słońca, Voyager 1 przekroczył granicę szoku końcowego heliosfery i znalazł się w obszarze płaszcza Układu Słonecznego[2]

15 sierpnia 2006 r. sonda dotarła na odległość 100 au od Słońca[33].

W maju 2012 r. instrumenty Voyagera 1 zaczęły rejestrować szybki wzrost natężenia promieniowania kosmicznego pochodzenia galaktycznego, co było interpretowane jako oznaka zbliżania się sondy do heliopauzy[34].

Pomiędzy 28 lipca a 25 sierpnia 2012 r. sonda pięciokrotnie przekraczała granicę nowego obszaru, charakteryzującego się gwałtownym spadkiem ilości cząstek pochodzących z wiatru słonecznego, przy jednoczesnym dalszym wzroście natężenia promieniowania kosmicznego pochodzącego z przestrzeni międzygwiezdnej. Jednocześnie wzrosło natężenie otaczającego pola magnetycznego, przy niezmienionej jego orientacji. Początkowo zespół naukowy misji ogłosił, że sonda znajduje się w nieznanym uprzednio obszarze krańcowym heliosfery, w którym linie słonecznego pola magnetycznego są połączone z liniami pola międzygwiezdnego[35][36]. Dodatkowe pomiary gęstości plazmy elektronowej otaczającej sondę, wykonane przez odbiornik fal plazmowych (PWS), wykazały wzrost jej wartości do spodziewanej w przestrzeni międzygwiezdnej. We wrześniu 2013 roku NASA oficjalnie ogłosiła, że 25 sierpnia 2012 r., w odległości 121,7 au od Słońca, sonda Voyager 1 przekroczyła heliopauzę i znalazła się w przestrzeni międzygwiezdnej[37][3][38].

Na dzień 1 stycznia 2014 roku Voyager 1 znajdował się w odległości ponad 18 924 100 000 km (126,500 au) od Słońca, w punkcie o współrzędnych równikowych: deklinacja (J2000) +11° 57', rektascensja (J2000) 17h 12m i współrzędnych ekliptycznych: szerokość ekliptyczna 34,9°, długość ekliptyczna 254,8°. Sonda oddala się od Słońca z prędkością 17,027 km/s (czyli 61 297 km/h = 3,592 au rocznie) w kierunku gwiazdozbioru Wężownika[39][40][41].

Przewiduje się, że wytwarzana przez generatory MHW-RTG energia wystarczy do utrzymania pracy ostatnich instrumentów naukowych na pokładzie sondy do około 2025 roku[25].

Za około 18 000 lat Voyager 1 oddali się od Słońca na odległość 1 roku świetlnego. W roku 40 272 sonda minie gwiazdę Gliese 445 (AC+79 3888) w gwiazdozbiorze Żyrafy w najmniejszej odległości wynoszącej 1,64 roku świetlnego[42][c].

Kierownictwo i koszty misji[edytuj | edytuj kod]

Trajektorie sond Voyager i Pioneer opuszczających Układ Słoneczny

Misje obydwu sond Voyager są prowadzone dla NASA przez Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie. Stanowisko kierownika projektu Voyager (Project Manager) pełnili kolejno: H.M. “Bud” Schurmeier (1972-76), John Casani (1976-77), Robert Parks (1978-79), Raymond Heacock (1979-81), Esker Davis (1981-82), Richard Laeser (1982-86), Norman Haynes (1987-89), George Textor (1989-97) i Ed Massey (od 1998 r.).

Głównym naukowcem projektu (Project Scientist) jest od 1972 r. prof. Edward C. Stone z California Institute of Technology w Pasadenie. Zastępcą naukowca projektu podczas przelotów obok Jowisza był dr Arthur L. Lane, a podczas przelotów obok Saturna oraz (dla Voyagera 2) Urana i Neptuna dr Ellis D. Miner.

Całkowite koszty misji obydwu sond Voyager, w tym koszty startu, do minięcia Neptuna, wyniosły 865 milionów USD. Koszty misji międzygwiezdnej, do września 2013 roku, wyniosły dalsze 123 mln USD[3].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Sonda New Horizons została wystrzelona w kosmos z większą prędkością niż Voyager 1, jednak, korzystając tylko z jednej asysty grawitacyjnej, opuszczając Układ Słoneczny nigdy Voyagera 1 nie wyprzedzi. New Horizons Salutes Voyager
  2. Uszkodzenie kondensatora obwodu strojenia spowodowało, że odbiornik Voyagera 2 nie może dostrajać się do zmian częstotliwości o wartościach większych niż 96 Hz w odbieranym sygnale. Zmiany częstotliwości sygnału są wywołane przez efekt Dopplera na skutek zmian we względnej prędkości między sondą i antenami nadawczymi na Ziemi, które wynikają z ruchu obrotowego Ziemi oraz z jej ruchu orbitalnego i ruchu samej sondy. Dodatkowo uszkodzony odbiornik gwałtownie reaguje na zmiany temperatury o wartości zaledwie 0,25 °C zmieniając swą częstotliwość odbiorczą. Konieczne okazało się przewidywanie dokładnej temperatury odbiornika zależnej od pracy urządzeń na pokładzie sondy, orientacji sondy oraz jej odległości od Słońca i mijanych planet.
  3. Momenty i odległości w jakich Voyager 1 i inne sondy opuszczające Układ Słoneczny będą mijać pobliskie gwiazdy są wypadkową trajektorii i prędkości sondy, oraz trajektorii i prędkości własnej tych gwiazd. W rzeczywistości właśnie ta druga wielkość ma większe znaczenie. Prędkość radialna Gliese 445 wynosi -119 km/s i gwiazda ta zbliża się obecnie do Słońca oraz do Voyagera.

Przypisy

  1. NASA: Voyager - The Interstellar Mission (ang.). [dostęp 2013-01-01].
  2. 2,0 2,1 Stone et al.: Voyager 1 Explores the Termination Shock Region and the Heliosheath Beyond. Science Magazine, tom 309, nr 5743, s. 2017-2020, 2005-09-23. [dostęp 2008-09-27].
  3. 3,0 3,1 3,2 NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space. Jet Propulsion Laboratory, 2013-09-12. [dostęp 2013-09-12].
  4. JPL: Voyager at 35: Break on Through to the Other Side (ang.). 2012-08-20. [dostęp 2013-01-03].
  5. 5,0 5,1 NASA: Voyager 1 (ang.). National Space Science Data Center. [dostęp 2011-07-09].
  6. R. P. Rudd i in.: The Voyager Interstellar Mission (ang.). 1996–10–07. [dostęp 2011–06–19].
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 NASA: Voyager Backgrounder ( NASA Release No. 80-160) (ang.). 1980. [dostęp 2011-07-14].
  8. 8,0 8,1 Edward C. Stone i in.: Voyager Interstellar Mission. Proposal to Senior Review 2010 of the Mission Operations and Data Analysis Program for the Heliophysics Operating Missions. (ang.). 2010. [dostęp 2011-06-19].
  9. 9,0 9,1 JPL: Voyager Mission Operations Status Report (ang.). 2011–04–29. [dostęp 2011–07–15].
  10. 10,0 10,1 The Voyager Neptune travel guide. NASA, JPL, 1989-06-01.
  11. JPL: Voyager Mission. Interstellar Science. (ang.). [dostęp 2011-06-19].
  12. NASA: Experiments on Voyager 1 (ang.). [dostęp 2011-07-17].
  13. B. A. Smith i in.: Voyager imaging experiment (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 2, s. 103-127, listopad 1977. [dostęp 2011-07-17].
  14. C. F. Lillie i in.: The Voyager mission photopolarimeter experiment (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 2, s. 159-181, listopad 1977. [dostęp 2011-07-17].
  15. R. Hanel i in.: The Voyager infrared spectroscopy and radiometry investigation (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 2, s. 129-157, listopad 1977. [dostęp 2011-07-17].
  16. A. L. Broadfoot i in.: Ultraviolet spectrometer experiment for the Voyager missio (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 2, s. 183-205, listopad 1977. [dostęp 2011-07-17].
  17. H. S. Bridge i in.: The plasma experiment on the 1977 Voyager mission (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 3, s. 259-287, grudzień 1977. [dostęp 2011-07-17].
  18. S. M. Krimigis i in.: The low energy charged particle (LECP) experiment on the Voyager spacecraft (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 3, s. 329-354, grudzień 1977. [dostęp 2011-07-17].
  19. E. C. Stone i in.: Cosmic ray investigation for the Voyager missions: Energetic particle studies in the outer heliosphere - and beyond (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 3, s. 355-376, grudzień 1977. [dostęp 2011-07-17].
  20. K. W. Behannon i in.: Magnetic field experiment for Voyagers 1 and 2 (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 3, s. 235-257, grudzień 1977. [dostęp 2011-07-17].
  21. F. L. Scarf, D. A. Gurnett: A plasma wave investigation for the Voyager mission (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 3, s. 289-308, grudzień 1977. [dostęp 2011-07-17].
  22. J. W. Warwick i in.: Planetary radio astronomy experiment for Voyager missions (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 3, s. 309-327, grudzień 1977. [dostęp 2011-07-17].
  23. V. R. Eshleman i in.: Radio science investigations with Voyager (ang.). Space Sci. Rev., tom 21, nr 2, s. 207-232, listopad 1977. [dostęp 2011-07-17].
  24. Andrew J. Butrica: Voyager: The Grand Tour of Big Science. W: praca zbiorowa: From Engineering Science to Big Science. Pamela E. Mack (redakcja). NASA, 1998.
  25. 25,0 25,1 25,2 Voyager: Spacecraft Lifetime. [dostęp 26 września 2008].
  26. JPL: The Golden Record (ang.). [dostęp 2011-06-19].
  27. Voyager Mission Description.
  28. Chris Gebhardt, Jeff Goldader: Voyager 1′s great escape: The search for interstellar space (ang.). 2011-09-05. [dostęp 2011-09-12].
  29. 29,0 29,1 USGS Astrogeology: Gazetteer of Planetary Nomenclature - Planetary Body Names and Discoverers.
  30. R. A. Jacobson: Reconstruction of the Voyager Saturn Encounter orbits in the ICRF system (ang.). 2003-02-09. [dostęp 2011-07-19].
  31. JPL: Voyager 1 and 2 hypebolic orbital elements (ang.). [dostęp 2011-06-30].
  32. JPL: Voyager Time Line (ang.). [dostęp 2011-06-30].
  33. JPL: Voyager 1: 'The Spacecraft That Could' Hits New Milestone (ang.). 2006-08-15. [dostęp 2014-01-21].
  34. Tony Phillips: Voyager 1 at the Final Frontier (ang.). NASA, 2012-06-30. [dostęp 2012-06-30].
  35. W. R. Webber i in.: At Voyager 1 Starting on about August 25, 2012 at a Distance of 121.7 AU From the Sun, a Sudden Disappearance of Anomalous Cosmic Rays and an Unusually Large Sudden Increase of Galactic Cosmic Ray H and He Nuclei and Electron Occurred (ang.). arXiv.org, 2012-12-04. [dostęp 2014-01-21].
  36. JPL: NASA Voyager 1 Encounters New Region in Deep Space (ang.). 2012-12-03. [dostęp 2013-01-04].
  37. D. A. Gurnett, W. S. Kurth, L. F. Burlaga, N. F. Ness: In Situ Observations of Interstellar Plasma with Voyager 1 (ang.). Science, tom 341, nr 6153, s. 1489-1492, 2013-09-27. [dostęp 2014-01-21].
  38. Ron Cowen: Voyager 1 has reached interstellar space (ang.). Nature, 2013-09-12. [dostęp 2014-01-21].
  39. NASA. Jet Propulsion Laboratory: Voyager. The Interstellar Mission. Where Are the Voyagers? (ang.). [dostęp 2014-01-01].
  40. Heavens-Above GmbH: Spacecraft escaping the Solar System (ang.). [dostęp 2014-01-01].
  41. NASA: Heliocentric Trajectories for Selected Spacecraft, Planets, and Comets (ang.). [dostęp 2011-06-19].
  42. Paolo Ulivi, David M. Harland: Robotic Exploration of the Solar System: Part 1: The Golden Age 1957-1982. Springer Praxis, 2007, s. 451 – 452. ISBN 978-0-387-49326-8. (ang.)

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]