Kosmosa zondes Voyager 1 un Voyager 2 tika palaistas pirms 40 gadiem. Tikai 12 gadu laikā viņi lidoja netālu no četrām lielākajām Saules sistēmas planētām - Jupitera, Saturna, Urāna un Neptūna. Abas kosmosa zondes darbojas nepārtraukti un sūta datus uz Zemi, lai arī šobrīd tās atrodas tālu ārpus Plutona orbītas.
Atgriezīsimies pie 1965. gada, kad norisinājās sacensības par Mēness piezemēšanos, un NASA bija naudas un pārliecības, lai piepildītu lielu sapni.
Tajā brīdī neviens nedomāja par Voyager, jo visi uzskatīja, ka kosmosa tehnoloģija vēl nav gatava daudzu miljardu kilometru nobraukšanai ārpus Saules sistēmas.
Bet jau bija nauda, lai pieņemtu darbā jaunus un daudzsološus matemātiķus, kuri strādā zinātnē, lielajā Kalifornijas pētniecības centrā JPL, un divi no šīs matemātiķu grupas veidoja Voyager attīstības pamatu.
Maiklam Minovičam un Gerijam Flandro tika uzdots izpētīt iespējamos lidojuma trajektorijas kosmosa zondei Saules sistēmā. Šis bija pētījums ar saukli "Savlaicīga rīcības brīvība", kam vajadzēja turpināties līdz brīdim, kad raķešu māksla sasniedza nepieciešamo attīstības līmeni.
Neviens negaidīja izcilus rezultātus, taču šie divi jaunie matemātiķi atklāja, ka laika posmā no 1976. līdz 1979. gadam bija unikāla iespēja palaist kosmosa zondi lidojumā netālu no četrām lielākajām planētām bez lieliem degvielas izdevumiem. Tā bija iespēja, kas radās reizi 176 gados. Šajos trīs gados planētas atradās tādā veidā, ka bija iespējams izmantot vienas planētas smagumu, lai lidotu zondi tālāk uz nākamo planētu.
Tas bija veiksmīgs atklājums. Pēdējo reizi tas notika 1801. gadā, kad mēs bijām aizņemti ar Napoleona kariem un Kopenhāgenas jūras kaujām. Bet nākamreiz tas notiks 2153. gadā.
NASA neļāva šai iespējai paiet garām: ātri tika izstrādāti plāni lielai ekspedīcijai uz Saules sistēmu.
Reklāmas video:
Tika plānots nosūtīt vismaz četras kosmiskās zondes un papildus izpētīt tālu Plutonu. 1976. – 1977. Gadā tika plānots nosūtīt divas zondes Jupiteram, Saturnam un Plutonam, bet 1979. gadā - vēl divas zondes Jupiteram, Urānam un Neptūnam.
Bet Amerikas kongress, uzzinājis, ka šī projekta vērtība ir vairāk nekā miljards dolāru, nepatika. Tajā laikā tā bija liela nauda. Kongress vēlējās piešķirt naudu tikai divām kosmiskajām zondēm, kuras izmantos planētas labvēlīgo stāvokli, lai izpētītu Jupiteru un Saturnu.
NASA gatavojas "Lielajai pastaigai"
NASA izdarīja nelielu pilsoniskās nepakļaušanās aktu, kas tagad tomēr tiek piedots.
Voyager 1 precīzi izpildīja oficiālo plānu, kas aprobežojās tikai ar Jupitera un Saturna apmeklēšanu, kas ļāva tuvplānā izpētīt Jupitera mēness Io un Saturna lielo mēness Titānu.
Bet tas arī nozīmēja, ka Voyager 1 tika dota orbīta, no kuras nebija iespējams lidot tālāk uz Urānu un Neptūnu. Zinātniekiem bija slepena ideja glabāt Voyager 2 krājumā. Viņš ieguva lēnu trasi un tāpēc visu laiku lidoja uz Voyager 1. Kamēr Voyager 1 risināja savus uzdevumus, Voyager 2 ļāva pabeigt sākotnējo misiju un lidot uz četrām lielām planētām, tas ir, veikt “Lielo pastaigu”, kā šī ekspedīcija vēlāk tika saukta.
Šim lēmumam bija smieklīgas sekas: Voyager 2 tika palaists pirms Voyager 1. Tā rezultātā ātrs Voyager 1 bija pirmais, kas sasniedza Jupiteru un Saturnu. Un lēnajam Voyager 2 vajadzēja būt apmierinātam ar otro vietu, taču tas ieguva iespēju kļūt par pirmo zondi, kas sasniedza Urānu un Neptūnu.
Liela uzraudzība rada papildu darbu
Tāpēc Voyager 2 tika palaists 20. augustā. Un, kaut arī tā bija "lēna" zonde, tā tomēr sasniedza ātrumu 52 tūkstoši kilometru stundā, kā rezultātā tā mazāk nekā 10 stundu laikā aizlidoja garām Mēness orbītāi.
Divas nedēļas vēlāk tika palaists ātrais Voyager 1, un tagad visi cerēja uz vienmērīgu lidojumu uz Jupiteru. Bet tad notika neveiksme, kā rezultātā ievērojamam skaitam inženieru nācās strādāt virsstundas nākamo 12 gadu laikā.
Kontroles centrs aizmirsa nosūtīt parastu ziņojumu Voyager 2. Kad Voyager 2 dators nesaņēma gaidīto ziņojumu, tā instrukcijās bija rakstīts, ka tas var notikt tikai tad, ja nepareizi darbojas iebūvētais uztvērējs. Tika uzskatīts, ka vadības centrs vienkārši nevar aizmirst par šo operāciju.
Voyager 2 apzināti pārslēdzās uz rezerves uztvērēju, taču tam nebija atbilstoša iestatījuma un tas varēja uztvert signālus tikai ļoti šaurā frekvences diapazonā - 96 Hz, un tas radīja problēmas.
Vadības centrs dabiski sūta signālus ļoti specifiskā frekvencē, bet, tā kā Voyager ļoti ātri pārvietojās attiecībā pret Zemi, pateicoties Doplera efektam, tas saņēma signālu citā frekvencē. Tāpēc uztvērējs tika noregulēts tā, lai saņemtu signālus 100 000 hercu diapazonā.
Voyager 2 klusēja
Pirmā reakcija bija Voyager 2 pārsūtīšana uz galveno uztvērēju, taču šis uztvērējs nekavējoties pilnībā sabojājās. Tā rezultātā NASA nespēja nosūtīt komandas uz kosmosa zondi.
Tā izrādījās daudz nopietnāka problēma, nekā gaidīts. Ātrumu attiecībā pret Zemi bija viegli aprēķināt, bet daudz sliktāk bija tas, ka pat ļoti nelielas zondes temperatūras izmaiņas, kas mazākas par 0,3 grādiem, tik ļoti mainīja uztvērēja frekvences diapazonu, ka tika pārtraukts kontakts ar Zemi. Tika atklāts, ka pat ieslēdzot vienu instrumentu vai izmantojot vienu no vadības motoriem, kosmosa zondes temperatūra mainījās.
Gadu gaitā NASA inženieri izstrādāja Voyager pilnīgu matemātisko modeli, kas varēja aprēķināt zondes temperatūru līdz simtdaļai no grāda. Modelis tika izstrādāts visa zondes lidojuma laikā uz Neptūnu, komunikācija ar to tika pārtraukta uz vairākām dienām.
Voyager nosūta pirmos attēlus uz Zemi
1979. gada martā Voyager 1 sasniedza Jupiteru, un zinātniekus burtiski pārsteidza fantastiskās fotogrāfijas, kas tika nosūtītas uz centru: mākoņi un sarkans plankums uz Jupitera, Io oranžais mēness un balts, viss ledus klāts Europa.
Jupitera lielā sarkanā plankums. Fotoattēla autors ir Voyager 1
Zinātnieki uzzināja, ko nozīmē “tūlītējā zinātne”, kad JPL žurnālisti nekavējoties lūdza paskaidrojumus par fotogrāfijām, kuras tika saņemtas tikai pirms dažām stundām un kuras tāpēc eksperti rūpīgi neizanalizēja.
Daudziem zinātniekiem, kuri pieraduši pie klusas dzīves un pēkšņi nonākuši plašā auditorijā desmitiem žurnālistu, kuri vēlējās saņemt atbildi, priekšā, tas bija īsts pārbaudījums.
Lietains laiks virs Austrālijas rada problēmas
Zondes lidojuma laikā virs Austrālijas, kur atrodas liela izsekošanas stacija, stipras lietus radīja problēmas. Voyager savus datus uz Zemi nosūtīja tikai 3,6 cm attālumā, un tik īsa garuma radioviļņi tik tikko izgāja cauri lietus mākoņiem. Sakarā ar to dati dažu stundu laikā pazuda.
Bet negaidītais notikums notika tikai dažas dienas vēlāk, kad Voyager 1 bija ceļā no Jupitera uz Saturnu.
Lai nodrošinātu drošu navigāciju, precīzi jāzina Voyager atrašanās vieta, un tam jo īpaši bija jānotiek, nofotografējot Io satelītu kopā ar zvaigžņu masu fonā. Tāpēc tika izmantots lēns slēdža ātrums, kā rezultātā Io fotogrāfijā izskatījās kā apgaismots balts disks.
Uzdevumu analizēt fotogrāfijas datorā veica jauna navigācijas komandas darbiniece Linda Morabito. Viņa atklāja, ka virs Io ir kaut kas tāds, kas izskatās kā mākonis. Io nav atmosfēras, tāpēc neviens negaidīja mākoņus dažus simtus kilometru virs virsmas.
Plūdmaiņu spēki un vulkāniskā aktivitāte
Nekavējoties tika aizdomas, ka tas ir vulkāna izvirdums, taču eksperti, kas varēja izpētīt fotogrāfijas, atradās nedēļas nogalē. Tādēļ pagāja pilnas trīs dienas, līdz NASA varēja pateikt, ka ir atklāti pirmie aktīvi vulkāni ārpus Zemes.
Šīs ziņas bija īpaši svarīgas trim amerikāņu zinātniekiem. Tikai pirms nedēļas viņi žurnālā Science publicēja rakstu, kurā tika prognozēts vulkānu esamība Jupitera un blakus esošo pavadoņu Europa un Ganymede spēcīgo paisuma spēku ietekmē Io.
Pēc četriem mēnešiem Voyager 2 vērsās pie Jupitera. Tagad zinātnieki bija gatavi novērot Io vulkānus un tuvāk apskatīt Europa nebojāto ledus virsmu. Mūsdienās tiek uzskatīts, ka šī ledus virsma slēpj jūru, kuras dziļums var sasniegt 100 km un kurā var pastāvēt dzīvība.
Pateicoties Voyager mērījumiem, mēs tagad zinām, ka plūdmaiņas spēki izraisa Io cietās virsmas pārvietošanos augšup un lejup, mainot augstumu līdz 100 metriem. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka tā rezultātā radītais siltums rada spēcīgu vulkānisko aktivitāti.
Voyager 1 lido tuvu Titānam
Tas bija kluss laiks, pirms Voyager 1 lidoja uz Saturnu 1980. gada novembrī. Zinātnieki atkal varēja vienkārši sēdēt un ar prieku skatīties uz fantastiskajām Saturna gredzenu fotogrāfijām. Tomēr vislielākās cerības bija saistītas ar lidojumu netālu no Titāna. Šis lidojums gar Titānu izslēdza Voyager 1 spēju turpināt lidojumu uz Urānu un Neptūnu.
Bet vienīgais, ko varēja redzēt, bija pilnīgi necaurlaidīgs apelsīnu mākoņu sega. Tomēr tika pētīts atmosfēras sastāvs, kas galvenokārt ir oglekļa dioksīds ar nelielu metāna daudzumu. Virsmas spiediens bija 1,6 reizes lielāks nekā zemes spiediens.
Mērījumi parādīja, ka apelsīnu miglā ap Titānu rodas liels daudzums organisko molekulu, kad metāns tiek pakļauts saules gaismai. Tas nozīmē, ka Titāns katrā ziņā saņem daudzas molekulas, kas ir dzīvības rašanās priekšnoteikums. Diemžēl mērījumi parādīja temperatūru mīnus 180 grādos. Tas ir vēss visu mūžu, bet tā ir temperatūra, kas ļauj jūras metānā atrast metānu.
Bija jāpaiet 30 gadiem, pirms kosmiskā zonde Cassini, izmantojot radaru, neskatoties uz mākoņu pārklājumu, varēja redzēt slavenās metāna jūras Titāna ziemeļu un dienvidu polos.
Voyager 2 atkal saskaras ar izaicinājumiem
Voyager 2 lidoja uz Saturnu 1981. gada augustā, un sākumā viss izdevās labi, neskatoties uz problēmām ar uztvērēju. Viņš nofotografēja mazo mēness Enceladus, kas, kā mēs šodien zinām, izvirza milzīgus geizerus no plaisām ledus klātā virsmā, un fotografēja ledaino mēness Hyperion, kas ļoti līdzinās mazgāšanas sūklim.
Bet tad sākās problēmas. Iestrēdzis pagrieziena galds ar zinātniskiem instrumentiem, zaudēts daudz datu. Atkal inženieriem bija jāstrādā papildus, taču situācija turpināja pasliktināties, jo personāla samazināšanas dēļ NASA bija 108, nevis 200.
Lielā darba slodze daudziem darbiniekiem ir novedusi pie fiziska un garīga noguruma.
Bet problēmas tika identificētas, tās bija saistītas ar transmisiju, kas kontrolē pagrieziena galdu. Problēma bija eļļošana. Kad platforma strauji pagriezās, smērviela no zobrata izlidoja ar nulles smagumu, kas nozīmēja, ka metāla daļas pieskārās viena otrai. Parādījās un nokrita nelielas metāla skaidas, kas bloķēja kustību. Problēmu varētu izvairīties, lēnām pagriežot platformu.
Lidojums uz Urānu
Par laimi, bija pietiekami daudz laika, lai atrisinātu šo problēmu, jo Voyager 2 gandrīz piecus gadus bija jālido no Saturna uz Urānu. Neskatoties uz to, tas bija grūts laiks, jo, kā jau minēts, lidojums uz Urānu nebija pilnīgi mierīgs.
Trīs lielas izsekošanas stacijas Kalifornijā, Spānijā un Austrālijā bija jāuzlabo, lai saņemtu kritiskos signālus no Voyager mazā raidītāja, kas bija tikai 20 vati. Viens veids ir elektroniski savienot lielās 64 metru paraboliskās antenas ar mazākām 34 metru antenām, lai tās varētu darboties kā viena liela.
Vēl viena problēma bija liels ātrums, ar kādu Voyager 2 lidoja garām Urānam. Fotogrāfijas bija ļoti neskaidras, jo saules gaisma Urāna reģionā ir tik vāja, ka ir nepieciešams ilgstoši saglabāt rāmi. Tas viss palīdzēja atrast ģeniālus risinājumus - papildus tam, kas tika darīts ar pagrieziena galdu (Beigu beigās tas viss beidzās ar to, ka tā vietā, lai pagrieztu tikai vienu platformu, baidoties, ka tā atkal iestrēgst, viņi sāka pagriezt visu kosmosa zondi).
Nelaimes gadījums, satiekot Urānu
Kad Voyager 2 1986. gada janvārī lidoja uz Urānu, vienīgais, ko varēja redzēt, bija liela zilgani zaļa bumba bez redzamām mākoņu pazīmēm. Tas, ko Voyager redzēja, šķita kā miglains slānis dziļā atmosfērā, ko veido vieglais ūdeņradis un hēlijs ar nelielu daudzumu metāna un citu ogļhidrātu.
Bet Voyager lidojums palika atmiņā par kaut ko citu.
Fotoattēls no Uranus no Voyager 2
NASA 1986. gada 28. janvārī bija paredzēts iesniegt pirmās Urāna mazo satelītu fotogrāfijas - it īpaši Mirandu, kur, kā izrādījās, ir gandrīz 10 kilometru augstumā milzīgas ledus klintis. Bet preses konference nenotika, jo skatītāju televīzijas ekrānos parādījās citi kadri. Tika parādīts kosmosa kuģa "Challenger" sprādziens, kurā gāja bojā septiņi astronauti.
Atkal un atkal parādījās balts mākonis no sprādziena un divi raķešu palīglīdzekļi, kas peld dažādos virzienos. Pēc tam neviens negribēja piedalīties preses konferencē par Urānu. Tāpēc Voyager 2 mierīgi pameta Urānu un sāka savu trīs gadu braucienu uz Neptūnu.
Ardievu un jauns sākums
1989. gada augustā Voyager 2 lidoja uz Neptūnu - Lielās pastaigas gala mērķi, kuru kongress nekad neatļāva.
Šoreiz tas bija par reālu kosmosa kuģu festivālu Pasadenā, kur atrodas JPL. Tajā piedalījās tūkstošiem cilvēku, kuri tika apbalvoti ar interesantām fotogrāfijām ar skaistu zilu Neptūnu ar baltiem mākoņiem, kurus vētra virzīja ar ātrumu 2000 km stundā.
Joprojām paliek noslēpums, kā planētai tik lielā attālumā no Saules un ar ļoti zemu temperatūru - mīnus 215 grādi = varētu būt pietiekami daudz enerģijas, lai radītu tik spēcīgas vētras.
Drīz bija pienācis laiks atvadīties no Voyager 2. un šīs ardievas bija lielā ledus mēness Tritona fotogrāfijas, kuras pārsteidza ar geizeru klātbūtni. Tika atrastas vismaz 50 vietas ar garām, tumšām kāda veida izvirduma pēdām.
Dažas fotogrāfijas rāda, ka geizeri sasniedz 8 kilometru augstumu, kur ļoti retā atmosfērā sastopas ar strūklas straumi. Viņa stiepj milzīgos geizerus, pārvēršot tos garās dūmu joslās. Tiek uzskatīts, ka geizeri ir tik tumši, jo tie satur ne tikai tvaiku, bet arī putekļus un organiskās vielas.
Lidojums ir tikko sācies
Lidojums gar Neptūnu bija Lielās pastaigas beigas, ceļojums, ko pamatoti var salīdzināt ar nosēšanos uz Mēness. Bet tas nebija atvadīšanās no Saules sistēmas, kuras vēl ne Voyager 1, ne Voyager 2 vēl nebija atstājuši.
Lai atzīmētu pabeigšanu, 1990. gadā tika uzņemta atvadu fotogrāfija ar visām Saules sistēmas planētām. Uz tiem Zeme ir redzama kā mazs "gaiši zils punkts". Šis mūsu Zemes momentuzņēmums no 6 miljardu km attāluma ir kļuvis par sava veida simbolu, kas parāda, cik maz vietas patiesībā mēs aizņemjam Visumā.
Abas Voyager zondes tagad ir tālu no Plutona orbītas un no Kuipera jostas, kuru veido mazas apledojušas planētas. Bet viņiem joprojām ir tūkstošiem gadu ilgs ceļojums, pirms viņi sasniedz mūsu Saules sistēmas pēdējo priekšposteni, proti, Oortas mākoni, kas tiek uzskatīts par daudzu komētu dzimšanas vietu.
Voyager 1 uzstādīja rekordu par 141 AU pārvietošanos no Saules (viens AU ir attālums no Zemes līdz Saulei).
Lēnais Voyager 2 nobrauca tikai 116 AU. Abas zondes pastāvīgi sūta datus uz Zemi, kas tagad galvenokārt ir saistīti ar Saules vēju un Saules magnētisko lauku.
Zinātnieki cer saglabāt sakarus ar abām vecajām kosmiskajām zondēm līdz 2025. gadam. Šīs divas zondes ir gandrīz mūžīgi cilvēces pārstāvji, kaut arī diez vai tās atradīs kāda cita civilizācija.
Zemesvīru vēstījums
Abi Voyagers nes sev līdzi ziņojumu no Earthlings, kas rakstīts uz apzeltītas 30 centimetru plāksnes, kas piestiprināta uz kuģa.
Ziņojumu izstrādāja komisija, kuru vadīja slavens astronoms un astrobiologs Karls Sagans (Carl Sagan, 1934 - 1996). Tā kā varbūtība, ka šie zondi kādreiz tiks atrasti, ir bezgala maza, mēs varam šo ziņu uztvert kā ziņojumu sev.
Tajā ir gan attēli, gan skaņas, kas ir šifrēti uz plāksnes. Šī ir attēlu sērija, kurā aprakstīts, kā reproducēt plāksnes saturu. Spēle jāveic pie 16 2/3 apgriezieniem minūtē, izmantojot adatu, kas piestiprināta pie plāksnes. Tas ir vecmodīgi, bet tehniski pamatoti, ja saņēmēji var izdomāt attēlu sēriju.
Henriks un Helle Stuba