science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe Voyager werkt

Time Life-foto's/NASA/Time Life-foto's/Getty Images

Op dit moment, twee ruimtevaartuigen die in 1977 vanaf de aarde werden gelanceerd, razen door de ruimte op meer dan 30, 000 mph (48, 280 km/u). Ze zijn allebei enkele miljarden mijlen ver weg, verder van de aarde dan enig ander door de mens gemaakt object. Op 25 augustus 2012, een van hen stak de interstellaire ruimte over, het eerste ruimtevaartuig maken dat het zonnestelsel verlaat

Voyager 1 en 2 gecodeerde berichten naar potentiële buitenaardse beschavingen brengen. Ze hebben wetenschappers al veel geleerd over de helioschede , de buitenste laag van het zonnestelsel. Maar dit alles is niet eens waarvoor ze zijn ontworpen.

De Voyager-ruimtevaartuigen zijn gebouwd om langs de buitenste planeten (Jupiter, Saturnus, Neptunus en Uranus) en bestudeer ze nauwkeurig, de eerste keer in de menselijke geschiedenis waren ze van dichtbij waargenomen. Het ruimtevaartuig slaagde wonderwel, de planetaire wetenschap met grote sprongen vooruitgaan. Pas nadat ze hun primaire missie hadden volbracht, werden ze de meest verre ontdekkingsreizigers van de aarde.

Toch was het een kwestie van extreem veel geluk en timing dat de missies überhaupt mogelijk waren - en een gelijke meevaller die het Voyager-project bijna tot zinken bracht voordat het ooit van de grond kwam. Deze ambitieuze missies waren het product van nieuwe ontwikkelingen in de wetenschap en wiskunde van orbitale banen, maar ze werden bijna aan de kant geschoven ten gunste van het dure spaceshuttle-programma. Vrijwel elke onbemande ruimtemissie die tegenwoordig wordt ondernomen, is afhankelijk van de kennis en ervaring die de Voyagers hebben opgedaan.

We zullen de lompe Voyager-ruimtesondes en alle technische apparatuur die ze aan boord hebben onder de loep nemen. We zullen hun traject volgen vanaf de ontwikkelingsstadia tot hun uiteindelijke lot lichtjaren verwijderd van de aarde. Onderweg zullen er stops zijn bij de grootste planeten in ons zonnestelsel. En als je je afvraagt ​​wat er op de gouden platen staat die elke Voyager bij zich heeft als berichten voor buitenaardse levensvormen, we geven ze een draai. Zullen buitenaardse wezens ze ooit vinden?

Inhoud
  1. Voyager 1 en 2:The Grand Tour
  2. Voyager-apparatuur
  3. Naar Neptunus en verder
  4. Voyager Gouden Record

Voyager 1 en 2:The Grand Tour

Voyager 1 in assemblage Met dank aan NASA/JPL-Caltech

De jaren zeventig waren een overgangsperiode voor de Amerikaanse ruimtevaartinspanningen. Het Apollo-programma liep op zijn einde, en NASA probeerde erachter te komen welke vorm bemande ruimtevluchten zouden aannemen. De Mariner-missies hebben onze kennis van de binnenste planeten uitgebreid door ruimtesondes te sturen om langs (en in sommige gevallen in een baan om) Mars te vliegen, Venus en Mercurius. Er waren voorlopige plannen om een ​​Mariner-missie te sturen om enkele van de buitenste planeten te bezoeken, maar met behulp van chemische raketaandrijving, zo'n reis zou 15 jaar of langer duren.

Tegelijkertijd, belangrijke vorderingen werden gemaakt in de wetenschap van zwaartekracht ondersteunde orbitale banen . Hoewel de wiskunde en natuurkunde behoorlijk ingewikkeld zijn, het basisidee is dat een ruimtevaartuig de zwaartekracht van een nabijgelegen planeet kan gebruiken om het een grote snelheidsverhoging te geven, zolang het ruimtevaartuig de juiste baan volgt. Hoe hoger de massa van de planeet, hoe sterker de zwaartekracht, en hoe groter de boost. Dat betekende dat zodra een ruimtesonde Jupiter (de meest massieve planeet in ons zonnestelsel) bereikte, het zou de zwaartekracht van Jupiter als een katapult kunnen gebruiken en eropuit gaan om de verder weg gelegen planeten te verkennen.

In 1965, een ingenieur genaamd Gary Flandro merkte op dat in het midden van de jaren zeventig, de buitenste planeten zouden zo worden uitgelijnd dat een ruimtevaartuig ze allemaal kan bezoeken met behulp van een reeks door zwaartekracht ondersteunde boosts [bron:Evans]. Deze specifieke afstemming was niet zomaar een eenmalige gebeurtenis - het zou pas 176 jaar meer voorkomen. Het was een verbazingwekkend toeval dat het technische vermogen om zo'n missie te volbrengen werd ontwikkeld een paar jaar voordat de planeten in de rij stonden om het mogelijk te maken.

aanvankelijk, het ambitieuze project, bekend als de Grote rondleiding, zou een reeks sondes hebben gestuurd om alle buitenplaneten te bezoeken. 1972, echter, budgetprojecties voor het project naderden $ 900 miljoen, en NASA was van plan om de spaceshuttle [bron:Evans] te ontwikkelen. Met de enorme ontwikkelingskosten van de shuttle op de loer, de Grand Tour werd geannuleerd en vervangen door een meer bescheiden missieprofiel. Dit zou een uitbreiding zijn van het Mariner-programma, aangeduid als de Mariner Jupiter-Saturnus missie (MJS) . Gebaseerd op het Mariner-platform en verbeterd met kennis die is opgedaan met de Pioneer 10's 1973-fly-by van Jupiter, de nieuwe sondes namen uiteindelijk de naam Voyager aan. Het ontwerp werd voltooid in 1977. Optimistische NASA-ingenieurs dachten dat ze door zwaartekracht ondersteunde banen zouden kunnen gebruiken om Uranus en Neptunus te bereiken als de eerste missie om Jupiter en Saturnus (en enkele van hun manen) te bezoeken met succes werd voltooid. Het idee van de Grand Tour kwam weer tot leven.

Het uiteindelijke missieplan van de Voyager zag er als volgt uit:twee ruimtevaartuigen (Voyager 1 en Voyager 2) zouden een paar weken na elkaar worden gelanceerd. Voyager 1 zou op relatief korte afstand langs Jupiter en verschillende manen van Jupiter vliegen, scannen en foto's maken. Voyager 2 zou ook langs Jupiter vliegen, maar op een meer conservatieve afstand. Als alles goed is gegaan, beide sondes zouden door de zwaartekracht van Jupiter naar Saturnus worden gekatapulteerd. Voyager 1 zou dan Saturnus onderzoeken, specifiek de ringen, evenals de maan Titan. Op dat punt, Het traject van Voyager 1 zou het uit het zonnestelsel halen ecliptica (het vlak van de banen van de planeten), weg van alle andere planeten, en uiteindelijk uit het zonnestelsel zelf.

In de tussentijd, Voyager 2 zou Saturnus en verschillende manen van Saturnus bezoeken. Als het nog goed functioneerde toen dat voltooid was, het zou worden gestimuleerd door de zwaartekracht van Saturnus om Uranus en Neptunus te bezoeken voordat het ook de ecliptica verlaat en het zonnestelsel verlaat. Dit werd als een schot in de roos beschouwd, maar verbazingwekkend, alles werkte zoals gepland.

Volgende, wat voor soort hardware droegen de Voyagers de ruimte in?

Welke is als eerste gelanceerd?

Voyager 2 gelanceerd vanaf Cape Canaveral, Fla., aan boord van een Titan-Centaur-raket op 20 augustus, 1977. Voyager 1 gelanceerd op 5 september 1977. Waarom is de nummering omgekeerd? Eenmaal onderweg naar de buitenste planeten, Voyager 1 passeerde Voyager 2 en bereikte als eerste Jupiter. NASA dacht dat het publiek in de war zou zijn als Voyager 2 als eerste zou rapporteren, dus de nummering volgt niet de startvolgorde.

Voyager-apparatuur

Ruimtevaartuig Voyager Time &Life Pictures/Getty Images

Beide Voyager-ruimtevaartuigen zijn identiek. Ze hebben geen strakke, aerodynamisch ontwerp omdat er geen zorgen over aerodynamische wrijving in de ruimte zijn. Met een gewicht van 1, 592 pond (722 kilogram), ze bestaan ​​uit een hoofdbus, een high-gain antenne, drie gieken met wetenschappelijke instrumenten en de voeding, en twee andere antennes.

De hoofdbus is de carrosserie van de Voyager. Het is een 10-zijdige doos van 1,8 meter breed, en het bevat enkele wetenschappelijke instrumenten, elektronica en een brandstoftank voor de raketmotoren. De stuwraketten worden gebruikt om het vaartuig te heroriënteren terwijl het door de ruimte beweegt.

Gemonteerd bovenop de hoofdbus, de high-gain antenne is 12 voet (3,7 meter) breed en ziet eruit als een schotelantenne. Deze antenne is hoe de Voyagers opdrachten van de aarde ontvangen en de gegevens die ze verzamelen terugsturen. Waar een Voyager-ruimtevaartuig ook vliegt, de high-gain antenne wijst altijd naar de aarde.

Een van de gieken die zich uitstrekken van de hoofdbus draagt ​​Voyager's radio-isotoop thermo-elektrische voeding . Pellets plutoniumdioxide geven warmte af door natuurlijk verval. Deze warmte wordt omgezet in elektriciteit met behulp van een reeks thermokoppels. Hoewel het uitgangsvermogen niet erg sterk is, het voedt de elektronica en instrumenten aan boord van de Voyagers voor een zeer lange tijd. De stroomvoorziening zal naar verwachting pas in 2020 volledig uitgeput raken. De stroomvoorziening is op een boom geplaatst om te voorkomen dat de straling de andere wetenschappelijke instrumenten verstoort.

De andere twee gieken dragen een reeks instrumenten. Waaronder:

  • Magnetometer
  • Kosmische stralingsdetector
  • Plasmadetector
  • Fotopolarimeter
  • Infrarood interferometer
  • Spectrometer
  • Radiometer
  • Ultraviolette spectrometer
  • Lage energie geladen deeltjesdetector
  • Plasmagolfdetector

[bron:Evans, Dethloff &Schorn]

Misschien wel de belangrijkste instrumenten aan boord van de Voyagers, wat het publiek betreft, zijn de camera's. Ook gemonteerd op de instrumentenboom, de camera's hebben een resolutie van 800x800, met zowel groothoek- als smalveldversies. De camera's stuurden ongekende foto's van de buitenste planeten en gaven ons uitzicht op ons zonnestelsel dat we nog nooit eerder hadden gezien (inclusief de beroemde vertrekopname die zowel de aarde als de maan van de aarde in hetzelfde frame laat zien). De giek met de camera's kon onafhankelijk van de rest van het vaartuig worden verplaatst.

Het computersysteem van de Voyager was ook erg indrukwekkend. Wetende dat het ambacht een groot deel van de tijd op zichzelf zou staan, met de vertraging tussen commando en reactie van de aarde die groter werd naarmate het ruimtevaartuig verder de ruimte in ging, ingenieurs ontwikkelden een zelfherstellend computersysteem . De computer heeft meerdere modules die de gegevens die ze ontvangen en de uitvoerinstructies die ze beslissen, vergelijken. Als de ene module verschilt van de andere, het wordt verondersteld defect te zijn en wordt uit het systeem verwijderd, vervangen door een van de back-upmodules. Het werd kort na de lancering getest, wanneer een vertraging in de inzet van de giek verkeerd werd opgevat als een storing. Het probleem is met succes verholpen.

In de volgende sectie, we zullen ontdekken wat we hebben geleerd van de Voyager-missies.

Grondbediening

Terwijl de Voyagers zelf alle gegevens verzamelden, er waren ook belangrijke missie-elementen op de grond. De signalen van de Voyagers werden steeds moeilijker te detecteren toen ze het buitenste zonnestelsel in vlogen, dus verbeterde NASA een wereldwijd netwerk van radio-ontvangststations om ze beter te kunnen detecteren. Een reeks van 70 meter lange radioschotels halen de gegevens van de Voyager binnen en sturen er signalen naar toe, onderhouden van bijna continue communicatie [bron:Evans].

Naar Neptunus en verder

Jupiters grote rode vlek, die zich uitstrekt van de evenaar tot de zuidelijke poolstreken, zoals gezien door de ruimtesonde Voyager 2 in 1979. MPI/Hulton Archive/Getty Images

Hoewel de levenslange missiekosten voor Voyager meer dan $ 750 miljoen bedragen, in 1989 hadden de ruimtevaartuigen genoeg wetenschappelijke gegevens teruggestuurd om er 6 te vullen, 000 edities van de Encyclopedia Britannica [bron:Evans]. De wetenschappelijke modules aan boord zijn gekozen uit voorstellen die zijn ingediend door onderzoeksteams in de Verenigde Staten. De informatie over Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus (en veel van hun manen) die we leerden van de Voyager-missies waren niet alleen enorm in aantal, maar ook van invloed. Het vormde wetenschappelijke leerboeken op scholen in de VS, geïnformeerde publieke perceptie van het zonnestelsel en legde de basis voor het moderne ruimteprogramma. Veel van wat we weten over de buitenste planeten kwam van Voyager. Om nog maar te zwijgen van de duizenden foto's die zijn gemaakt vanaf uitkijkpunten die mensen nog nooit eerder hadden meegemaakt. Die schitterende beelden van Jupiter en Saturnus spraken tot de verbeelding van het publiek en wakkerden het enthousiasme aan voor toekomstige verkenning van de ruimte.

van Voyager, we leerden meer over het weer op Jupiter; de ringen rond Jupiter, Saturnus en Uranus; vulkanische activiteit op Jupiters maan Io; de massa's en dichtheden van de manen van Saturnus; de atmosferische druk op Titan, de grootste maan van Saturnus; het magnetische veld van Uranus; en een hardnekkig weersysteem op Neptunus zo groot als de aarde, bekend als de Grote donkere vlek . Tegen de tijd dat Voyager 2 Neptunus bereikte, het was 1989. Er waren meer dan 10 jaar verstreken sinds de lancering, en veel van de wetenschappers die aan de oorspronkelijke missie werkten, waren verder gegaan. Voyager was langs Jupiter gepasseerd, Saturnus en Uranus in 1979, 1981 en 1986, respectievelijk.

De Grote Donkere Vlek op het oppervlak van Neptunus, zoals waargenomen door het ruimtevaartuig Voyager 2 in 1989. De plek, dacht dat het een wervelende massa van gassen was, was in 1994 verdwenen, vervangen worden door een vergelijkbare plek op een andere locatie. Space Frontiers/Hulton Archief/Getty Images

Dus waar zijn ze nu? De twee Voyagers zijn niet samen. Voyager 1 beweegt naar het noorden (ten opzichte van de oriëntatie van de aarde buiten het zonnestelsel), terwijl Voyager 2 naar het zuiden gaat. In 2007, ze gingen allebei de heliosheath binnen, het buitenste deel van het zonnestelsel. Daar, de zonnewind ontmoet interstellaire magnetische velden en vormt een grens met een schokgolf. De Voyagers doorkruisten de schokgolf en stuurden gegevens terug, het geven van astronomen hun eerste idee van de vorm en locatie van de heliosheath. Op 21 september 2013, Voyager-wetenschappers meldden dat Voyager 1 het zonnestelsel op 25 augustus verliet, 2012.

Hoewel sommige instrumenten op de Voyagers niet meer werken, ze blijven belangrijke informatie terugsturen. Stel je een auto voor die sinds 1977 onafgebroken op de weg is geweest, en je zult een idee krijgen van hoe geweldig deze ruimtevaartuigen zijn. Op hun huidige afstand er zijn radiosignalen nodig die met de snelheid van het licht meer dan 14 uur reizen om de aarde te bereiken. Het vaartuig heeft bijna geen brandstof meer voor hun oriënterende stuwraketten en zal de komende jaren een aantal instrumenten moeten uitschakelen omdat ook hun plutonium opraakt. Tegen 2020, ze zullen donker en stil zijn.

Toch zullen ze doorgaan op hun huidige traject, verhuizen boven de 30, 000 mph (48, 280 km/u), gedurende tienduizenden jaren in de Melkweg uitstralen. Zonder atmosfeer in de ruimte, ze zullen nooit corroderen, en er is weinig waar ze tegenaan kunnen botsen in de interstellaire ruimte. Het kost ze ongeveer 40, 000 jaar voordat ze zelfs maar binnen lichtjaren van een andere ster komen. De Voyagers kunnen misschien honderdduizenden of zelfs miljoenen jaren reizen.

Wat als de Voyagers op een dag een intelligente buitenaardse beschaving ontmoeten? We hebben een bericht voor hen achtergelaten.

Voyager Gouden Record

"Sounds of Earth" vergulde plaat en Amerikaanse vlag voorbereid voor opslag aan boord van ruimtevaartuig Voyager 2, met projectmanager John Cassini (links), bij Kennedy Space Center. Tijd &Leven Foto's/Getty Images

Toen NASA zich realiseerde dat de Voyagers uiteindelijk voorbij de rand van ons zonnestelsel zouden reizen, ze besloten dat het misschien een goed idee zou zijn om een ​​of ander bericht op te nemen voor intelligente buitenaardse wezens die ze ooit zouden kunnen vinden. Een commissie onder leiding van een astronoom Carl sagan zet deze berichten bij elkaar. Ze staan ​​op vergulde koperen schijven, die zijn gegraveerd als een vinylplaatalbum. Een deel van de schijf bevat audio-informatie, waaronder een verscheidenheid aan muziek, begroetingen gesproken in 55 verschillende talen (waaronder enkele die zeer obscuur of lang uitgestorven zijn) en een selectie van natuurgeluiden. De schijven bevatten ook 122 afbeeldingen, gecodeerd als trillingen op de schijf met instructies voor decodering.

Op de afdekplaat van elke schijf staan ​​verschillende symbolen die de methode van het afspelen van de plaat weergeven (een stylus en montageplaat zijn ook inbegrepen). De instructies voor het decoderen van afbeeldingen worden onthuld, het beschrijven van het "beeld start" signaal, de beeldverhouding van de afbeeldingen, en een reproductie van de eerste afbeelding, zodat de aliens zouden weten of ze het goed hadden. Een sterrenkaart die duidelijk de locatie van de aarde laat zien, maakt het plaatje compleet.

Als de buitenaardse wezens zich afvragen hoe lang de Voyager die ze vinden al heeft gereisd, ze kunnen het stuk uranium-238 onderzoeken dat aan de hoofdbus in de buurt van het record is bevestigd. Onderzoek van de isotopenverhoudingen (ervan uitgaande dat ze de halfwaardetijd van uranium-238 kennen), ze konden dan afleiden hoe lang het monster in de ruimte was geweest.

Welke muziek zullen de aliens horen als ze de plaat afspelen? Meestal traditionele muziek uit verschillende culturen, zoals gezangen van inheemse Amerikanen, Schotse doedelzakken en Afrikaanse rituele muziek. Het is ook een soort "greatest hits" verzameling klassieke muziek. De meest eigentijdse nummers zijn “Johnny B. Goode” van Chuck Berry en een jazznummer van Louis Armstrong.

De decoderingsinstructies en kaart op de omslag van de gouden plaat Met dank aan NASA/JPL-Caltech

De beelden op de plaat zijn gevarieerd, en omvatten kaarten van de aarde, beelden van de andere planeten in ons zonnestelsel, afbeeldingen van verschillende dieren en verschillende afbeeldingen van mensen. Carl Sagan schreef een boek over de plaat, genaamd "Geruis van de aarde." Een begeleidende cd-rom werd decennia later uitgebracht.

De Voyager-schijven zijn vergelijkbaar met een plaquette die aan boord van Pioneer 10 en Pioneer 11 is geplaatst, hoewel de makers van de Voyager-schijven veel tijd hebben besteed om ervoor te zorgen dat de buitenaardse wezens het konden decoderen. Veel aardwetenschappers konden de informatie op de Pioneer plaquette niet ontcijferen. Destijds, sommigen uitten hun bezorgdheid dat vijandige buitenaardse wezens die de Voyager-schijf zouden vinden, een kaart zouden hebben die hen rechtstreeks naar de aarde zou leiden. Echter, de Voyagers zullen tienduizenden jaren in de interstellaire ruimte doorbrengen voordat ze in de buurt van een andere ster zijn, dus de zaak is niet echt een onmiddellijke zorg. Als de schijven ooit worden gevonden, het kan zo ver in de toekomst zijn dat mensen niet meer bestaan.

Voor meer interessante artikelen over ruimteverkenning, probeer de volgende pagina.

V'Ger

In "Star Trek:The Motion Picture" (de eerste Star Trek-film), een groot deel van de plot draaide rond een vreemde elektronische levensvorm die bekend staat als V'Ger. Tegen het einde van de film, wordt onthuld dat V'Ger een van de Voyager-ruimtesondes is (Voyager 6, die nooit in de echte wereld heeft bestaan) die ofwel zelfbewustzijn heeft gekregen of het bewustzijn heeft gekregen van een buitenaards ras. Het wil de hele mensheid uitroeien, maar evolueert in plaats daarvan naar nog een andere vorm van leven.

Binnen het fictieve Star Trek-universum, er is enige onenigheid over de plaats van V'Ger in de geschiedenis van Trek. Sommigen suggereren dat V'Ger de Borg heeft gemaakt, een verkoudheid, logisch buitenaards ras dat de belangrijkste schurken zou worden in "Star Trek:The Next Generation." Anderen denken dat de Borg V'Ger tegenkwamen, maar dat de cyborg-buitenaardse wezens bestonden vóór de toevallige ontmoeting.

Lees verder

Veelgestelde vragen over de Voyager Space

Wat is de temperatuur van de interstellaire ruimte?
De interstellaire ruimte - de ruimte tussen de sterren in een melkwegstelsel - is ongeveer zo koud als het maar kan. Wetenschappelijke.com meldt dat de temperatuur 3 kelvin is, die niet veel boven het absolute nulpunt ligt, het koudste wat ooit kan worden.
Hoe ver weg is Voyager 2?
Volgens het NASA-missielogboek, van januari 2021 bevond Voyager 2 zich op 19 miljard mijl van de aarde.
Hoe ver weg is Voyager 1?
Volgens het NASA-missielogboek, van januari 2021 bevond Voyager 1 zich op 14,1 miljard mijl van de aarde.
Hebben de Voyagers een camera?
Ja, ze zijn misschien wel de belangrijkste instrumenten aan boord van de Voyagers, wat het publiek betreft. De camera's hebben ongekende foto's gemaakt van de buitenste planeten met zowel groothoek- als smalveldlenzen.
Wat is het verschil tussen Voyager 1 en 2?
Beide Voyager-ruimtevaartuigen zijn identiek, hoewel ze op verschillende data zijn gelanceerd. Voyager 1 was de eerste die de interstellaire ruimte bereikte, maar Voyager 2 is het enige ruimtevaartuig dat alle vier de reuzenplaneten van het zonnestelsel van dichtbij bestudeert.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Zijn wij niet de enige aarde daarbuiten?
  • Hoe maanlandingen werken
  • NASA's 10 grootste prestaties
  • Hoe komen ruimtevaartuigen de aarde weer binnen?
  • Hoe het repareren van het Hubble-ruimtevaartuig werkt
  • Hoe Project Mercury werkte
  • Hoe ruimtehavens werken
  • Hoe buitenaardse wezens werken

Meer geweldige links

  • Voyager-website

bronnen

  • Evans, Ben. "NASA's Voyager-missies:verkenning van het buitenste zonnestelsel en verder." springer; 1e druk 2004. 2e drukeditie (15 april, 2008).
  • Dethloff, Henry C &Schorn, Ronald A. "Voyager's Grand Tour:naar de buitenste planeten en verder." Smithsonian (17 maart, 2003).
  • Nasa. "Voyager 2 bewijst dat het zonnestelsel is verpletterd." http://voyager.jpl.nasa.gov/

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat gebeurt er tijdens de G1-fase?
  2. Waarom verplaatsen chloroplasten zich in Elodea?
  3. Voors en tegens van Forensic Science
  4. Hoe Flow Cytometry-resultaten te begrijpen
  5. Kunnen planten denken?
  6. Mutualisme (biologie): definitie, types, feiten en voorbeelden
  7. Evolutionaire relaties tussen prokaryoten en eukaryoten
  8. De primaire primaire productiviteit berekenen
  9. Wat gebeurt er met een cel als deze geen DNA-chromosomen kopieert voordat deze zich deelt?

Wetenschap