Le sonde spaziali Voyager 1 e Voyager 2 sono state lanciate 40 anni fa. In soli 12 anni, hanno volato vicino ai quattro pianeti principali del sistema solare: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Entrambe le sonde spaziali funzionano continuamente e inviano dati alla Terra, sebbene siano attualmente ben al di fuori dell'orbita di Plutone.
Torniamo al 1965, quando era in corso la competizione per lo sbarco sulla luna e la NASA aveva i soldi e la fiducia per realizzare un grande sogno.
In quel momento, nessuno pensava alla Voyager, perché tutti credevano che la tecnologia spaziale non fosse ancora pronta per viaggi di molti miliardi di chilometri fuori dal sistema solare.
Ma c'erano già soldi per reclutare matematici giovani e promettenti che lavoravano nel campo della scienza presso il grande centro di ricerca della California JPL, e due di questo gruppo di matematici costituirono la base per lo sviluppo di Voyager.
Michael Minovich e Gary Flandro sono stati incaricati di indagare sui possibili percorsi di volo per le sonde spaziali nel sistema solare. Si trattava di uno studio sotto lo slogan "Discrezione tempestiva", che avrebbe dovuto continuare fino al momento in cui la missilistica ha raggiunto il livello di sviluppo richiesto.
Nessuno si aspettava risultati eccezionali, ma questi due giovani matematici scoprirono che tra il 1976 e il 1979 c'era un'opportunità unica di lanciare una sonda spaziale in un volo vicino a quattro pianeti principali senza grandi spese di carburante. Era un'opportunità che si presentava una volta ogni 176 anni. Fu durante questi tre anni che i pianeti furono posizionati in modo tale che fosse possibile usare la gravità di un pianeta per far volare la sonda più lontano verso il prossimo pianeta.
Questa è stata una scoperta fortunata. L'ultima volta che ciò accadde fu nel 1801, quando eravamo impegnati con le guerre di Napoleone e la battaglia navale di Copenaghen. Ma la prossima volta accadrà nel 2153.
La NASA non ha lasciato passare questa opportunità: i piani per una grande spedizione nel sistema solare sono stati rapidamente elaborati.
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Si prevedeva di inviare almeno quattro sonde spaziali e in aggiunta di esplorare il lontano Plutone. Nel 1976-77, si prevedeva di inviare due sonde a Giove, Saturno e Plutone, e nel 1979 - altre due sonde a Giove, Urano e Nettuno.
Ma al Congresso americano, avendo saputo che questo progetto valeva più di un miliardo di dollari, non è piaciuto. All'epoca erano molti soldi. Il Congresso voleva stanziare denaro per due sole sonde spaziali, che sfrutteranno la posizione favorevole del pianeta per esplorare Giove e Saturno.
La NASA si prepara per la "Great Walk"
La NASA ha commesso un piccolo atto di disobbedienza civile, che però ora è perdonato.
La Voyager 1 ha eseguito accuratamente il piano ufficiale, che era limitato a visitare solo Giove e Saturno, che ha permesso di studiare la luna di Giove Io e la grande luna di Saturno Titano a distanza ravvicinata.
Ma significava anche che alla Voyager 1 era stata assegnata un'orbita dalla quale era impossibile volare ulteriormente verso Urano e Nettuno. Gli scienziati hanno avuto un'idea segreta di mantenere Voyager 2 in magazzino. Ha avuto una pista lenta e quindi ha volato per la Voyager 1 tutto il tempo. Mentre la Voyager 1 stava risolvendo i suoi compiti, alla Voyager 2 fu permesso di completare la missione iniziale e di volare su quattro grandi pianeti, cioè, per fare la "Grande Passeggiata", come fu successivamente chiamata questa spedizione.
Questa decisione ha avuto una conseguenza divertente: Voyager 2 è stato lanciato prima di Voyager 1. Di conseguenza, il veloce Voyager 1 è stato il primo a raggiungere Giove e Saturno. E il lento Voyager 2 avrebbe dovuto accontentarsi del secondo posto, ma ha avuto l'opportunità di diventare la prima sonda a raggiungere Urano e Nettuno.
Una grande svista porta a un lavoro extra
Pertanto, Voyager 2 è stato lanciato il 20 agosto. E sebbene fosse una sonda "lenta", ha comunque raggiunto una velocità di 52mila chilometri orari, grazie alla quale ha sorvolato l'orbita della Luna in meno di 10 ore.
Due settimane dopo è stato lanciato il veloce Voyager 1 e ora tutti speravano in un volo senza intoppi su Giove. Ma poi c'è stato un fallimento, a seguito del quale un numero considerevole di ingegneri ha dovuto fare gli straordinari nei successivi 12 anni.
Il centro di controllo ha dimenticato di inviare un messaggio di routine a Voyager 2. Quando il computer Voyager 2 non riceveva il messaggio previsto, era scritto nelle sue istruzioni che ciò poteva accadere solo se il ricevitore di bordo non funzionava correttamente. Si credeva che il centro di controllo semplicemente non potesse dimenticare questa operazione.
Il Voyager 2 passò diligentemente a un ricevitore di riserva, ma non aveva l'impostazione appropriata e poteva ricevere solo segnali in una gamma di frequenze molto ristretta di 96 hertz, e questo creava problemi.
Il centro di controllo inviava naturalmente segnali su una frequenza molto specifica, ma poiché la Voyager si muoveva molto rapidamente rispetto alla Terra, a causa dell'effetto Doppler, riceveva un segnale su una frequenza diversa. Pertanto, il ricevitore è stato sintonizzato per ricevere segnali nella gamma di 100.000 hertz.
La Voyager 2 rimase in silenzio
La prima reazione è stata quella di trasferire il Voyager 2 al ricevitore principale, ma questo ricevitore si è immediatamente rotto completamente. Di conseguenza, la NASA non è stata in grado di inviare comandi alla sonda spaziale.
Questo si è rivelato un problema molto più serio del previsto. La velocità relativa alla Terra era facile da calcolare, ma molto peggio era che anche cambiamenti molto piccoli nella temperatura della sonda inferiori a 0,3 gradi cambiavano la gamma di frequenza del ricevitore così tanto che il contatto con la Terra veniva interrotto. Si è riscontrato che anche quando uno strumento veniva acceso o veniva utilizzato uno dei motori di controllo, la temperatura della sonda spaziale cambiava.
Nel corso degli anni, gli ingegneri della NASA hanno sviluppato un modello matematico completo per Voyager in grado di calcolare la temperatura della sonda entro un centesimo di grado. Il modello è stato sviluppato durante l'intero volo della sonda su Nettuno, la comunicazione con essa è stata interrotta per diversi giorni.
La Voyager invia le prime immagini sulla Terra
Nel marzo 1979, la Voyager 1 raggiunse Giove e gli scienziati rimasero letteralmente sbalorditi dalle fantastiche fotografie inviate al centro: nuvole e una macchia rossa su Giove, la luna arancione di Io e l'Europa bianca, tutte ricoperte di ghiaccio.
La grande macchia rossa di Giove. Foto scattata da Voyager 1
Gli scienziati hanno appreso cosa significa "Instant Science" quando i giornalisti del JPL hanno subito chiesto spiegazioni sulle fotografie ricevute solo poche ore fa e quindi non analizzate attentamente dagli esperti.
Per molti scienziati che sono abituati a una vita tranquilla e si sono trovati improvvisamente in un vasto pubblico davanti a dozzine di giornalisti desiderosi di ottenere una risposta, questo è stato un vero test.
Il tempo piovoso sull'Australia crea problemi
Durante il volo della sonda sull'Australia, dove si trova una grande stazione di rilevamento, le forti piogge hanno creato problemi. La Voyager ha inviato i suoi dati sulla Terra solo a 3,6 cm e le onde radio di una lunghezza così breve passavano a malapena attraverso le nuvole di pioggia. Per questo motivo, i dati sono scomparsi in poche ore.
Ma l'evento inatteso è accaduto solo pochi giorni dopo, quando la Voyager 1 era in viaggio da Giove a Saturno.
Per una navigazione affidabile è necessario conoscere esattamente la posizione del Voyager, e questo doveva avvenire, in particolare, fotografando il satellite di Io insieme alla massa di stelle sullo sfondo. Pertanto, è stata utilizzata una bassa velocità dell'otturatore, a seguito della quale Io nella fotografia sembrava un disco bianco illuminato.
Il compito di analizzare le fotografie su un computer è stato svolto da una giovane dipendente del team di navigazione Linda Morabito. Ha scoperto che c'era qualcosa su Io che sembrava una nuvola. Io non ha atmosfera, quindi nessuno si aspettava nuvole a poche centinaia di chilometri sopra la superficie.
Forze di marea e attività vulcanica
È stato subito sospettato che si trattasse di un'eruzione vulcanica, ma gli esperti che potevano studiare le foto erano in fuga nel fine settimana. Pertanto, ci sono voluti tre giorni interi prima che la NASA potesse dire che i primi vulcani attivi al di fuori della Terra sono stati scoperti.
La notizia era di particolare rilevanza per tre scienziati americani. Solo una settimana fa, hanno pubblicato un articolo su Science in cui prevedeva l'esistenza di vulcani come conseguenza delle potenti forze di marea di Giove e delle lune vicine Europa e Ganimede che agiscono su Io.
Quattro mesi dopo, la Voyager 2 si avvicinò a Giove. Gli scienziati erano ora pronti per osservare i vulcani su Io e dare un'occhiata più da vicino alla superficie del ghiaccio intatta di Europa. Oggi si ritiene che questa superficie ghiacciata nasconda il mare, la cui profondità può raggiungere i 100 km e in cui può esistere la vita.
E grazie alle misurazioni di Voyager, ora sappiamo che le forze di marea fanno sì che la superficie solida di Io si muova su e giù con cambi di elevazione fino a 100 metri. Pertanto, non sorprende che il calore generato in conseguenza di ciò porti a una potente attività vulcanica.
La Voyager 1 vola vicino a Titano
Era un periodo tranquillo prima che la Voyager 1 volasse su Saturno nel novembre 1980. Gli scienziati potrebbero di nuovo semplicemente sedersi e guardare con gioia le fantastiche fotografie degli anelli di Saturno. Tuttavia, le maggiori aspettative erano associate al volo vicino a Titano. Questo volo oltre Titano ha escluso la capacità della Voyager 1 di continuare il suo volo su Urano e Nettuno.
Ma l'unica cosa che si poteva vedere era una copertura nuvolosa arancione completamente impenetrabile. Tuttavia, è stata studiata la composizione dell'atmosfera, che è principalmente anidride carbonica con una piccola quantità di metano. La pressione superficiale era 1,6 volte più forte di quella terrestre.
Le misurazioni hanno dimostrato che grandi quantità di molecole organiche vengono generate nella foschia arancione intorno a Titano quando il metano viene esposto alla luce del sole. Ciò significa che Titano, in ogni caso, riceve molte molecole, che sono un prerequisito per l'emergere della vita. Sfortunatamente, le misurazioni hanno mostrato una temperatura di meno 180 gradi. Fa freddo per tutta la vita, ma è una temperatura che permette di trovare metano sulla superficie del mare.
Ci sono voluti ancora 30 anni prima che la sonda spaziale Cassini utilizzando il radar fosse in grado di vedere i famosi mari di metano ai poli nord e sud di Titano nonostante la copertura nuvolosa.
Voyager 2 affronta di nuovo le sfide
La Voyager 2 volò su Saturno nell'agosto 1981 e all'inizio tutto andò bene nonostante i problemi con il ricevitore. Ha fotografato la piccola luna Encelado, dove, come sappiamo oggi, enormi geyser eruttano dalle crepe nella superficie coperta di ghiaccio, e ha scattato foto della luna ghiacciata Hyperion, che ricorda da vicino una spugna da lavaggio.
Ma poi sono iniziati i problemi. Il giradischi con strumenti scientifici si è bloccato, molti dati sono andati persi. Anche in questo caso gli ingegneri hanno dovuto lavorare di più, ma la situazione ha continuato a peggiorare perché la NASA aveva 108 invece di 200 a causa dei tagli al personale.
Il carico di lavoro pesante ha portato all'affaticamento fisico e mentale di molti dipendenti.
Ma i problemi sono stati individuati, erano legati alla trasmissione che controlla il giradischi. Il problema era la lubrificazione. Quando la piattaforma girava rapidamente, il grasso volava via dagli ingranaggi a gravità zero, il che significava che le parti metalliche si toccavano. Piccoli trucioli di metallo apparvero e si staccarono, bloccando il movimento. Il problema potrebbe essere evitato ruotando lentamente la piattaforma.
Volo su Urano
Fortunatamente, c'era abbastanza tempo per risolvere questo problema, perché la Voyager 2 ha dovuto volare da Saturno a Urano per quasi cinque anni. Tuttavia, fu un momento difficile, perché, come già accennato, il volo su Urano non fu del tutto calmo.
Tre grandi stazioni di tracciamento in California, Spagna e Australia hanno dovuto essere aggiornate per ricevere segnali critici dal piccolo trasmettitore della Voyager, che era di soli 20 watt. Un modo è collegare elettronicamente grandi antenne paraboliche da 64 metri con antenne più piccole da 34 metri in modo che possano funzionare come un'unica grande.
Un altro problema era l'alta velocità alla quale la Voyager 2 ha sorvolato Urano. Le fotografie si sono rivelate molto sfocate, poiché la luce del sole nella regione di Urano è così debole che è necessario mantenere a lungo la cornice. Tutto ciò ha aiutato a trovare soluzioni ingegnose - oltre a ciò che è stato fatto con il giradischi (Alla fine, tutto si è concluso con il fatto che invece di girare solo una piattaforma, per paura che si inceppasse di nuovo, hanno iniziato a girare l'intera sonda spaziale).
Incidente durante l'incontro con Urano
Quando la Voyager 2 volò su Urano nel gennaio 1986, l'unica cosa che si poteva vedere era una grande palla verde-bluastra senza segni visibili di nuvole. Ciò che Voyager ha visto sembrava essere uno strato di foschia in un'atmosfera profonda composta da idrogeno leggero ed elio, con piccole quantità di metano e altri carboidrati.
Ma il volo della Voyager è stato ricordato per qualcosa di diverso.
Foto di Urano dalla Voyager 2
Il 28 gennaio 1986, la NASA avrebbe dovuto presentare le prime fotografie dei piccoli satelliti di Urano, in particolare Miranda, dove, come si è scoperto, ci sono scogliere di ghiaccio a strapiombo alte quasi 10 chilometri. Ma la conferenza stampa non ha avuto luogo, perché sugli schermi televisivi del pubblico sono apparse altre riprese. È stata mostrata l'esplosione della navetta spaziale Challenger, in cui sono morti sette astronauti.
Di volta in volta hanno mostrato una nuvola bianca di vapore dall'esplosione e due razzi ausiliari che volavano in direzioni diverse. Dopo di che nessuno ha voluto partecipare alla conferenza stampa su Urano. Pertanto, la Voyager 2 lasciò tranquillamente Urano e iniziò il suo viaggio di tre anni verso Nettuno.
Arrivederci e un nuovo inizio
Nell'agosto 1989, la Voyager 2 volò fino a Nettuno, l'obiettivo finale della Grande Passeggiata che il Congresso non aveva mai permesso.
Questa volta si trattava di un vero festival di astronavi a Pasadena, dove si trova JPL. Vi hanno partecipato migliaia di persone che sono state premiate con interessanti fotografie di un bellissimo Nettuno azzurro con nuvole bianche sospinto dalla tempesta a una velocità di 2.000 km orari.
Rimane un mistero come un pianeta a così grande distanza dal Sole e con una temperatura molto bassa - meno 215 gradi = possa avere abbastanza energia per creare tempeste così potenti.
Presto è arrivato il momento di dire addio a Voyager 2. e questo addio furono le fotografie della grande luna gelida Tritone, che sorprese dalla presenza dei geyser. Sono stati trovati almeno 50 siti con tracce lunghe e scure di qualche forma di eruzione.
Alcune fotografie mostrano che i geyser raggiungono un'altezza di 8 chilometri, dove incontrano una corrente a getto in un'atmosfera molto rarefatta. Allunga i geyser a strapiombo, trasformandoli in lunghe strisce di fumo. Si ritiene che i geyser siano così scuri perché non solo contengono vapore, ma contengono anche polvere e materia organica.
Il volo è appena iniziato
Il volo oltre Nettuno fu la fine della Grande Passeggiata, un viaggio che può essere giustamente paragonato allo sbarco sulla luna. Ma questo non era un addio al sistema solare, che né Voyager 1 né Voyager 2 avevano ancora lasciato.
Per celebrare il completamento, nel 1990 è stata scattata una fotografia di addio di tutti i pianeti del sistema solare. Su di essi, la Terra è visibile come un piccolo "punto azzurro". Questa istantanea della nostra Terra da una distanza di 6 miliardi di km è diventata una sorta di simbolo che mostra quanto poco spazio occupiamo effettivamente nell'universo.
Entrambe le sonde Voyager sono ora lontane dall'orbita di Plutone e dalla fascia di Kuiper, che è composta da piccoli pianeti ghiacciati. Ma hanno ancora un viaggio di migliaia di anni prima di raggiungere l'ultimo avamposto del nostro sistema solare, ovvero la nube di Oort, che è considerata il luogo di nascita di molte comete.
La Voyager 1 ha stabilito un record per il viaggio di 141 UA dal Sole (una UA è la distanza dalla Terra al Sole).
Il lento Voyager 2 ha viaggiato solo per 116 UA. Entrambe le sonde inviano costantemente dati alla Terra, che ora sono principalmente legati al vento solare e al campo magnetico solare.
Gli scienziati sperano di rimanere in contatto con entrambe le vecchie sonde spaziali fino al 2025. Queste due sonde sono rappresentanti quasi eterni dell'umanità, anche se è improbabile che vengano trovate da qualsiasi altra civiltà.
Il messaggio dei terrestri
Entrambi i Voyager portano con sé un messaggio dei terrestri, scritto su una placca dorata di 30 centimetri montata a bordo.
Il messaggio è stato sviluppato da una commissione guidata dal famoso astronomo e astrobiologo Carl Sagan (Carl Sagan, 1934-1996). Poiché la probabilità che queste sonde vengano mai trovate è infinitamente piccola, possiamo prendere questo messaggio come un messaggio per noi stessi.
Include sia immagini che suoni, che sono crittografati sulla piastra. Questa è una serie di immagini che descrivono come è possibile riprodurre il contenuto del piatto. Il gioco deve essere eseguito a 16 2/3 giri / min utilizzando l'ago fissato alla placca. È antiquato, ma tecnicamente valido, se i destinatari riescono a capire la serie di immagini.
Henrik og Helle Stub
