Voyager: Menneskets lengste reise ut i universet

Menneskehetens ambassadører i det interstellare rommet

I 1977 ble to identiske romsonder skutt opp for å utforske Jupiter og Saturn. De skulle gi de første detaljerte bildene av de gigantiske planetene, deres måner og ringer. Etter å ha fullført den første grundige rekognoseringen av de ytre planetene, er de to Voyager-sondene på et nytt oppdrag for å kartlegge grensen til det interstellare rommet. Voyager 1 og 2 er de eneste romsondene som noensinne har operert utenfor heliosfæren, den beskyttende boblen av partikler og magnetfelt som Solen genererer. Voyager 1 nådde den interstellare grensen i 2012, og Voyager 2 i 2018, ifølge NASA. Sondene sender fortsatt data tilbake til Jorden, og bidrar til forståelse av universets rikdom og kompleksitet.

Hva er Voyager-sondene?

Hver sonde veide 825 kg ved start, hvorav 150 kg var instrumenter, ifølge Store norske leksikon. Oppå bussen er det montert en parabolsk høyforsterkningsantenne med en diameter på 3,66 m, ifølge NASA NSSDC. Hoveddelen av vitenskapsinstrumentene er festet på en bom som strekker seg omtrent 2,5 m ut fra romsonden, og magnetometer er plassert på en egen bom på 13 m på motsatt side, ifølge NASA NSSDC.

Opprinnelig var det planlagt som en «Grand Tour»-ferd til de ytre planetene, inkludert doble oppskytninger til Jupiter, Saturn og Pluto i 1976–77, ifølge NASA NSSDC. Budsjettmessige begrensninger førte til at prosjektet ble dramatisk nedskalert til to romsonder som hver skulle besøke Jupiter og Saturn. Det nye oppdraget fikk navnet Mariner Jupiter/Saturn, eller MJS, og ble senere omdøpt til Voyager.

NASA hadde hele tiden i bakhodet at dersom bevilgninger og budsjett på et senere tidspunkt åpnet for det, skulle én av tvillingene ha en bane som muliggjorde besøk av Uranus og Neptun. Voyager 1 fikk en mer direkte og raskere bane til Jupiter, og forbiflyvningen av Saturn-månen Titan medførte en kursendring nordover og ut av ekliptikkplanet. I februar 1981 fikk NASA de nødvendige økonomiske midlene til å forlenge Voyager 2s ferd til også å omfatte Uranus og Neptun, ifølge Wikipedia. Strømforsyningen besørges av tre radioisotopgeneratorer som bruker plutonium-238, og som gradvis gir mindre effekt etter hvert som materialet brytes ned, ifølge NASA NSSDC.

Historien og oppskytningen

Ifølge Wikipedia lanserte NASA på slutten av 1960-tallet en plan der fire sonder skulle besøke Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun og Pluto. Denne sjeldne planetoppstillingen inntreffer omtrent hvert 175. år, ifølge Wikipedia. Oppskytingsvinduet var mellom 1976 og 1980, ifølge Wikipedia. Samlet pris for Voyager-programmet er 988 millioner dollar (per september 2013), ifølge Store norske leksikon.

Voyager 2 ble skutt opp 20. august 1977, og Voyager 1 fulgte 5. september samme år, ifølge Store norske leksikon. Begge ble sendt opp fra Cape Canaveral med Titan-raketter. Reisen til Jupiter tok nærmere to år. Voyager 1 passerte Jupiter 5. mars 1979 i en avstand av 280 000 km, mens Voyager 2 var 645 000 km unna 9. juli 1979, ifølge Store norske leksikon. Voyager 1 oppdaget to nye Jupiter-måner, Jupiters ring, og de aktive vulkanene på månen Io, ifølge Store norske leksikon.

Voyager 1 fortsatte til Saturn, som den passerte 12. november 1980 i en avstand av 124 000 km, ifølge Store norske leksikon. Sonden oppdaget tre nye Saturn-måner, finstruktureringen i Saturns ringer, og studerte atmosfæren på Titan. Voyager 2 fløy forbi Saturn 26. august 1981 (101 000 km), ifølge Store norske leksikon, og målte at den høyeste temperaturen på planeten er 70 Kelvin (-203 °C), ifølge Wikipedia. Deretter fortsatte den mot de ytterste planetene. Den passerte Uranus 24. januar 1986 (71 000 km) og Neptun 25. august 1989 (4900 km), ifølge Store norske leksikon. Ved Neptun avdekket den bevegelsene i atmosfæren, inkludert en stor mørk flekk, en sammenhengende ringstruktur og seks nye måner, ifølge Store norske leksikon. Etter dette fortsatte ferden utover i solsystemet.

Voyagers utstyr og instrumenter

Hver Voyager-sonde har med en plate med bilder og lyder fra Jorden. Selve platen er av gullbelagt kobber og har en diameter på 30 cm, ifølge Store norske leksikon. Den inneholder 115 analoge bilder, lyd av brenninger, vind, fugler og dyr, musikk fra forskjellige kulturer og hilsener på 60 språk, ifølge Store norske leksikon. Innholdet ble valgt ut for NASA av en komité ledet av Carl Sagan ved Cornell University, ifølge NASA. Platen er innfelt i et beskyttende aluminiumsomslag sammen med en patron og en nål, og det er gravert instruksjoner på omslaget, ifølge NASA NSSDC.

Kraften som driver instrumentene kommer fra tre radioisotopgeneratorer (RTG). Hver enhet er 40,6 cm i diameter, 50,8 cm lang og veier 39 kg, ifølge NASA NSSDC. De bruker plutonium-238 i form av plutoniumoksid (PuO2), som avgir varme ved radioaktivt henfall. En bimetallisk termoelektrisk enhet omdanner varmen til elektrisitet. Den totale effekten avtar sakte med tiden. Ved oppskyting produserte de tre generatorene totalt 470 watt ved 30 VDC, ifølge Wikipedia. Plutonium-238 har en halveringstid på 87,7 år, ifølge Wikipedia.

Kommunikasjonen går via høyforsterkningsantennen, med en lavforsterkningsantenne som reserve. Voyager var den første romsonden som brukte X-båndet som primær frekvens for telemetri. Data kan lagres om bord på en digital båndspiller for senere overføring. På grunn av avstanden til Jorden og den resulterende tidsforsinkelsen for kommandoer, er sondene konstruert for å operere svært autonomt. Tre sammenkoblede datamaskiner om bord styrer henholdsvis lagring og utsendelse av kommandoer, romsondens holdning og plattformbevegelser, samt instrumenter og telemetri, ifølge NASA NSSDC.

De tallene som imponerer

Voyager-sondene har satt flere rekorder. Her er noen av de mest bemerkelsesverdige målene og avstandene fra reisen.

Hvor er de nå i rommet?

Voyager 1 og 2 har forlatt heliosfæren, det grensesjiktet der den lette, varme solvinden møter det kalde, tette, interstellare mediet. Voyager 1 krysset grensen i 2012 ifølge NASA, mens Voyager 2 forlot heliosfæren 5. november 2018 ifølge Store norske leksikon. Den gang var avstanden til Jorden litt over 18 milliarder kilometer, og radiosignalene brukte cirka 16,5 timer på å tilbakelegge strekningen, ifølge Store norske leksikon. De sikreste tegnene på at Voyager 2 hadde lagt heliosfæren bak seg kom fra sondens Plasma Science Experiment, et instrument som sviktet på Voyager 1 i 1980, ifølge Store norske leksikon.

Selv om sondene har forlatt heliosfæren, betyr det ikke at de har forlatt solsystemet. Yttergrensen antas å ligge utenfor Oorts sky, som antas å begynne ved omkring 1000 astronomiske enheter fra Solen og strekke seg til omkring 100 000 astronomiske enheter fra Solen, ifølge Store norske leksikon. Inne i heliosfæren dominerer Solen rommet, mens miljøet utenfor er preget av det interstellare mediet.

Voyager 1 er det fjerneste menneskeskapte objektet. Den 15. august 2006 passerte den 100 AU (ca. 15 milliarder km) fra solen, ifølge Wikipedia. På denne avstanden bruker lyset over 14 timer fra romsonden til Jorden, ifølge Wikipedia. Sondene fortsetter å drive utover i det interstellare rommet, og vil forbli menneskehetens stille ambassadører.

En oppfinnelse som holdt lenger enn ventet

Voyager-sondene ble designet for et begrenset oppdrag ved de ytre planetene, men har vist en bemerkelsesverdig utholdenhet. NASA har måttet slå av instrumenter for å spare strøm, og ingeniører ved Jet Propulsion Laboratory har funnmetoder for å frigjøre kraft på Voyager 2, noe som forlenger levetiden, ifølge NASA. Sonden Voyager 1 fikk nylig et instrument slått av for å holde den i drift, ifølge NASA. Selv om mange systemer er slått av etter hvert som strømmen avtar, fortsetter de mest kritiske funksjonene å fungere.

Hvordan kommuniserer man med dem?

NASA bruker Deep Space Network (DSN) for å kommunisere med Voyager-sondene. Dette er et nettverk av store bakkeantenner for kommunikasjon med ubemannede romsonder langt ute i verdensrommet, og det er det største og mest sensitive vitenskapelige telekommunikasjonssystemet i verden, ifølge Store norske leksikon. Nettverket består av tre stasjoner med 120 graders avstand i lengdegrad: Goldstone i California, Canberra i Australia og Madrid i Spania, ifølge Store norske leksikon. Plasseringen gjør at kommunikasjonen kan opprettholdes kontinuerlig ettersom Jorden roterer.

Stasjonene er utstyrt med bevegelige antenner på 70 meter i diameter, i tillegg til mindre antenner på 34 meter og 26 meter, ifølge Store norske leksikon. DSN brukes også til radar- og radiobølgeobservasjoner for å lære mer om solsystemet og universet. Nettverket driftes av NASAs Jet Propulsion Laboratory, og ble blant annet brukt til å følge NASAs første satellitt, Explorer 1, etter at forløperen ble etablert i 1958, ifølge Store norske leksikon. I dag brukes nettverket til å ta imot signaler fra Voyager 1 og 2, Lunar Reconnaissance Orbiter, Curiosity og Juno.

I 2013 brukte radiosignalene fra Voyager 1 omkring 17 timer på å nå Jorden, ifølge Store norske leksikon. For Voyager 2 var reisetiden cirka 16,5 timer i 2018, ifølge Store norske leksikon. Sondene er konstruert for å operere svært autonomt, og alle kommandoer må planlegges med denne forsinkelsen i betraktning.

Energi og kraft – hver watt teller

Strømforsyningen til Voyager-sondene kommer fra tre radioisotopgeneratorer som stadig genererer mindre og mindre effekt. Ved oppskyting produserte de totalt 470 watt, ifølge Wikipedia, men effekten avtar jevnt etter hvert som plutonium-238 brytes ned. Per 2023 forventet NASA at sondene ville fortsette å generere nok kraft til å kommunisere med Jorden til minst 2025, ifølge Wikipedia.

For å spare strøm har NASA deaktivert systemer som ikke lenger er nødvendige. Voyager 1 kuttet ut oppvarmingen av drivstoffslanger til tre korrigeringsmotorer som ble pensjonert etter Saturn-passeringen, noe som sparer energi, ifølge Wikipedia. Ingeniørene jobber kontinuerlig med å finne nye måter å fordele den tilgjengelige effekten på, slik at de mest kritiske systemene – som antenneposisjonering og kommunikasjon – kan holdes i drift lengst mulig.

Funn og oppdagelser som omformet astronomifeltet

Voyager-sondene ga de første detaljerte bildene av Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Ved Jupiter oppdaget Voyager 1 to nye måner, planetens ring, og aktive vulkaner på månen Io, ifølge Store norske leksikon. Vulkanene på Io var den første vulkanske aktiviteten observert utenfor Jorden. Ni vulkaner var aktive da Voyager 1 passerte, og én sendte svovel opp i en soppformet sky med høyde og radius på 100 kilometer, ifølge Store norske leksikon. To av vulkanene var stilnet da Voyager 2 passerte fire måneder senere.

Ved Saturn oppdaget Voyager 1 tre nye måner, finstruktureringen i ringene, og studerte atmosfæren på Titan, ifølge Store norske leksikon. Voyager 2 oppdaget Jupiters 14. måne, Jupiters tredje ringkomponent, 10 nye måner rundt Uranus, og seks nye måner rundt Neptun, ifølge Store norske leksikon. Ved Neptun avdekket den også bevegelsene i atmosfæren, inkludert en stor mørk flekk, og en sammenhengende ringstruktur, ifølge Store norske leksikon. Neptuns storm var større enn Jorda i utstrekning, og har senere forsvunnet, ifølge Store norske leksikon.

I dag måler Voyager-sondene partikkelstråling i det interstellare rommet, ifølge Wikipedia. Målingene av magnetfelt og plasma utenfor heliosfæren gir unik innsikt i det interstellare mediet, siden ingen andre sonder har kommet så langt ut med tilsvarende instrumenter i drift.

Fem ting som gjør Voyager-sondene unike

Voyager-programmet skiller seg fra alle andre romfartsoppdrag – her er fem grunner til det:

• Plutonium-drevne generatorer: Hver sonde har tre radioisotopgeneratorer som bruker plutonium-238 som varmekilde, noe som sikrer strøm langt ute i solsystemet, ifølge NASA NSSDC.
• Den gylne platen: En plate av gullbelagt kobber på 30 cm med 115 analoge bilder og hilsener på 60 språk – menneskehetens budskap til eventuelt intelligent liv, ifølge Store norske leksikon.
• Autonomi: Sondene er konstruert for å operere svært autonomt på grunn av avstanden og tidsforsinkelsen for kommandoer fra Jorden, ifølge NASA NSSDC.
• Backup-systemer: Kommunikasjonen går via en høyforsterkningsantenne, med en lavforsterkningsantenne som reserve, og en digital båndspiller om bord, ifølge NASA NSSDC.
• Grand Tour-historie: Voyager 2 besøkte både Uranus og Neptun etter at NASA i 1981 sikret midler til å forlenge oppdraget, ifølge Wikipedia.

Voyagers tekniske spesifikasjoner

Her er noen av de konkrete tekniske detaljene som gjør Voyager-sondene så bemerkelsesverdige.

Trusler og utfordringer fra kosmos

Den største utfordringen for Voyager-sondene er den gradvise nedgangen i strøm. Plutonium-238 har en halveringstid på 87,7 år, ifølge Wikipedia, og effekten fra radioisotopgeneratorene avtar jevnt. Over tid vil dette redusere muligheten til å drive instrumenter og sendere.

Selv om rommet inneholder små partikler og stråling, er sannsynligheten for en katastrofal kollisjon lav fordi rommet er så stort og sondene er små. NASA fokuserer på å maksimalisere den vitenskapelige avkastningen mens strøm ennå finnes.

Arven som skal videreføres

Etter å ha fullført den første grundige rekognoseringen av de ytre planetene, er Voyager 1 og 2 på et nytt oppdrag for å kartlegge grensen til det interstellare rommet, ifølge NASA. Teknologiene som brukes i Voyager – fra radioisotopgeneratorer til autonome styringssystemer – har påvirket utformingen av senere romsonder. Dataene som er samlet inn gjennom oppdraget, vil bli studert av astronomer i generasjoner fremover.

Hva skjer framover?

NASA jobber kontinuerlig med å forlenge levetiden til Voyager-sondene. Ingeniører ved Jet Propulsion Laboratory har funnmetoder for å frigjøre kraft på Voyager 2, og slått av et instrument på Voyager 1 for å holde den i drift, ifølge NASA. Ved å slå av stadig flere systemer kan de mest kritiske funksjonene opprettholdes lenger.

Når sondene til slutt blir stille, vil de fortsette sin endeløse reise gjennom rommet. De vil forbli menneskehetens første ambassadører i det interstellare rommet, og dataene de har sendt tilbake vil fortsette å gi ny innsikt i årene som kommer. For den som vil lære mer, har NASA en dedikert nettside om Voyager-programmet med bilder og oppdatert informasjon om sondenes status.