Close-up van de ringen van Saturnus
Vooraf
Na elke nieuwe 1000ste bezoeker aan mijn weblog schrijf ik een artikel dat buiten het normale karakter van deze site valt – die vooral over energie- klimaat en milieu gaat binnen een politieke context. Na de 35000ste bezoeker iets over een hobby, de ruimtevaart.
Overigens is ruimtevaart (een heel ruim begrip) om meerdere redenen ook erg politiek. Het is altijd gekoppeld geweest (en nog) aan het militair-industriële complex, aam budgetten maar ook aan grote praktische voordelen, en nu nog meer nu de exploratie van de ruimte steeds verder geprivatiseerd begin te raken.
Vandaag een onschuldig element, de expedities van de (onderlinge identieke) Voyager 1 en 2. Die zijn in 1977 gelanceerd, nr 1 op 05 september en nummer 2 op 20 augustus.
Het 45-jarig jubileum werd herdacht met een groot artikel in de Scientific American (SciAm) van juli 2022 – het blad dat ik, zij het met enige achterstand, gebruik voor mijn algemene wetenschappelijke ontwikkeling. Ergens op fietsvakantie langs Donau en Neckar bracht ik de leesachterstand terug tot een jaar en vandaar een artikel over het 45-jarig jubileum na 46 jaar.
De Voyager
De machines
De grap is dat de twee machines officieel helemaal niet ontworpen zijn om zo lang mee te gaan.
Budgetoverwegingen zijn altijd de belangrijkste stoor-factor geweest in het Voyagerprogramma. Het Congres van de VS gaf geld voor een programma van vier jaar, bedoeld om de planeten Jupiter en Saturnus en hun manen te “doen”. De onderzoekers hadden op meer gehoopt, mede omdat de planeten toevallig gunstig stonden voor een ‘Grand Tour’ die minstens ook langs Uranus en Neptunus zou voeren.
Zo te zien met smaak vertellen oudgedienden van het programma bij het Jet Propulsion Laboratory (JPL, bouwer van de machines) in genoemde SciAm hoe ze de bouw lichtelijk en inofficieel in positieve zin gesaboteerd hadden door onderdelen in te bouwen die beter (en duurder) waren dan voor vier jaar strikt nodig was.
Een andere oorzaak voor de onverwachte levensduur is dat er bijna geen software in de machines zit. Bijna alles is hardware uitgevoerd. Er is een taperecorder met acht sporen, er is 69kilobyte geheugen en de zendsnelheid ter hoogte van Jupiter was 115.000 bits per sec (en die wordt steeds minder). De zender is 23W, welk gering vermogen gecompenseerd wordt door schotelantennes met een doorsnee van 3,7m. En daarmee is nog steeds contact heen en terug mogelijk.
Voor een beschrijving zie https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_program en https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_1 en https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_2 .
Voor resultaten en verdere informatie zie https://voyager.jpl.nasa.gov/ en, meer specifiek, https://www.jpl.nasa.gov/news/voyager-nasas-longest-lived-mission-logs-45-years-in-space .
Op https://eyes.nasa.gov/apps/orrery/#/sc_voyager_1 een soort real time-dashboard.
In zekere zin zijn de machines tijdcapsules die de techniek van 50 jaar geleden bewaren.
Een van de drie RTG-units aan boord van de Voyager
Het heeft geen zin om ruimtevaartuigen zo ver weg van zonnepanelen te voorzien. In plaats daarvan halen de Voyagers hun energie uit de warmteontwikkeling van het radioactief verval van Plutonium-238 (een niet-splijtbare vorm van plutonium). De plutoniumbolletjes worden roodgloeiend.
De isotoop heeft een halfwaardetijd van 87,7 jaar. Zie https://rps.nasa.gov/news/48/proud-past-strong-future-rps-at-60/ .
De Voyagers hebben drie zg Radioisotope Thermal Generator (RTG) aan boord, die samen, met behulp van thermokoppels, bij het vertrek 470W aan elektrisch vermogen ontwikkelden, en negen zg Radioisotope Heater Units (RHU) die samen 9W warmtevermogen produceren op plekken waar dat nodig is.
Gaande de reis wordt die productie dus steeds lager. Daarom worden er steeds meer instrumenten uitgezet of wordt hun verwarming uitgezet (waarna sommige instrumenten, merkwaardig genoeg, gewoon bleven werken).
De Grand Tour en de resultaten
Het zonnestelsel is min of meer een platte schijf waarin de planeten hun baantjes draaien.
De Voyager1 heeft de Grand Tour afgemaakt t/m Saturnus en is toen schuin ‘omhoog’ uit de platte schijf gestuurd.
De Voyager2 heeft de Grand Tour afgemaakt t/m Neptunus en is toen schuin ‘omlaag’ uit de platte schijf gestuurd.
De passages hebben duizenden foto’s opgeleverd, waarvan enkele iconisch geworden zijn, en een schat aan niet-visuele informatie. Als entree bij dit artikel een close-up van het ringsysteem van Saturnus, en hieronder een opname van de planeet Jupiter en zijn maan Io, met een onverwacht kleurrijk oppervlak en (sensatie) actief vulkanisme.
OP de NASA-JPL-sites staan nog meer foto’s.
Van mei 1972 t/m de passage van Neptunus in augustus 1989 heeft de missie $865 miljoen gekost.
Detailopname van de planeet Jupiter
De maan Io vanJupiter en een vulkaanuitbarsting
De ‘Pale blue dot’
Om energie te besparen, en omdat er na Neptunus binnen de levensduur toch niets meer te fotograferen viel, wilde NASA/JPL de camera’s uitzetten. Dat is uiteindelijk ook gebeurd, maar niet dan nadat de Voyager1 achterstevoren een groepsfoto van het zonnestelsel gemaakt heeft. Dit na een pleidooi van de bekende astronoom Carl Sagan.
Dat werd een mozaiekfoto, waarvan de deel-opname van de aarde, na de nodige beeldbewerking, de iconische ‘Pale blue dot’- foto werd: de aarde vanaf 6,1 miljard kilometer. Zo ver, dat de stip slechts 1/8ste van een beeldpixel was. Verwacht dus geen details, maar de boodschap is dat de aarde heel klein en heel eenzaam is en heel blauw. De foto toont geen planeet B.
Groepsportret van het zonnestelsel
De Pale blue dot
Zonnestelsel t/m de Kuiper-belt
Waar nog nooit een meetinstrument geweest is
Op een gegeven moment houdt de invloed van de zon op. Maar het vraagt nadere uitleg wat je precies met ‘invloed’ bedoelt.
De invloed via de zwaartekracht houdt in principe nooit op, maar verliest het ergens halverwege de volgende ster (Proxima Centauri) van andere zwaartekrachten. Die zwaartekracht houdt hemellichamen in de Kuiper Belt en de Oort Cloud in, nog steeds, een baan om de zon. Deze invloed wordt hier niet bedoeld.
Wat wel bedoeld wordt is de afgrenzing van het domein van de zonnewind en de bijbehorende magneetvelden enerzijds en de interstellaire ruimte anderzijds. Dat verhaal zit ongeveer als volgt in elkaar, zie volgend plaatje.
18 dec 2018
Als de zon er niet zou zijn, was het hele plaatje interstellaire ruimte (in tekening roodachtig). Daar bestaat een ijl gas en daarin bestaat dus een geluidssnelheid, zijnde ongeveer 100km/s .
Maar de zon is er wel en zendt een zonnewind uit, met aanhangende magneetvelden, die een snelheid heeft van ongeveer 400km/s. De zonnewind beweegt dus supersonisch door het interstellaire ijle gas.
Zonder externe aandrijving kan dat niet zo blijven. De druk van de zonnewind neemt af met de afstand tot de zon en er komt een moment, dat de zonnewind van super- op subsoon overgaat. In de tekening is dat de termination shock.
De zonnewind beweegt daarna nog verder door (de heliosheath) tot de zonnewind in evenwicht komt met de interstellaire ruimte (de heliopause).
Het hele gebied binnen de heliopause heet de heliosfeer.
Als de zon stil zou staan t.o.v. de omgeving, zouden die gebieden allemaal bolvormig zijn. Maar zon en ruimte hebben een onderlinge snelheid. Het denkt het eenvoudigst als je de zon in dit plaatje van links naar rechts laat gaan (maar het interstellaire medium andersom maakt niet uit). De heliosfeer wordt daardoor langgerekt.
Hoever de heliopause van de zon af ligt, was tot voor kort meer gok dan wetenschap.
Wat dus gebeurd is, is dat de Voyagers door de heliopause gevlogen zijn (Voyager1 in 2012 en Voyager2 in 2018) en dus, per definitie, nu in het interstellaire medium verblijven. Tenminste, volgens de meeste wetenschappers want er is wat discussie over. Er gebeurde niet precies wat de wankele theorie voorspelde, maar er gebeurde wel duidelijk iets.
Volgens de Voyagers ligt de heliopause op 120 * de afstand aarde-zon (dat heet 1 astronomische Eenheid, AE, 150 miljoen km). Ter vergelijking: de baan van de buitenste grote planeet Neptunus is 30AE.
De afstand tot de dichtstbijzijnde ster is ongeveer 270.000AE.
De Voyagers zijn dus de eerste ruimtevaartuigen, die in functionerende toestand de interstellaire ruimte binnengegaan zijn. De Pioneer 10 en -11 betraden dat gebied ook, maar maar werkten niet meer.
De New Horizons (gelanceerd in 2006) heeft inmiddels foto’s gemaakt van Pluto en zijn maan Charon, en van het object Arrokoth in de Kuiper Belt (bijgenaamd Ultima Thule), en zal vroeg of laat de heliopause ook passeren. Zie ook https://www.bjmgerard.nl/ultima-thule/ en http://pluto.jhuapl.edu/ en https://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html .
De ‘Golden Record’
Na 16700 jaar zal de Voyager1 de dichtstbijzijnde ster Proxima Centauri passeren (nummer 2 3600 jaar later). Tegen die tijd zijn de plutoniumgeneratoren, en daarmee de ruimtevaartuigen, morsdood.
Toch spreken de vaartuigen dan nog, mochten ze een onvermoede alien tegenkomen die slim genoeg is om de bedoeling te snappen. Er is een verguld koperen plaat aan boord zijn (boven rechts), ingepakt in een aluminium beschermhoes (boven links), die codes bevat met kenmerken van het leven op aarde.
Op de cover staat iets wat bedoeld is als gebruiksaanwijzing voor de alien, op de record zelf staan afbeeldingen, stukjes taal van het oude Akkadisch tot het moderne Wu-dialect van het Chinees, en muziek van Bach tot Berry. Elk wat wils.
Wie het precies wil nazoeken, zie https://voyager.jpl.nasa.gov/golden-record/whats-on-the-record/