Time Life Pictures/NASA/Time Life Pictures/Getty Images In questo momento, due veicoli spaziali lanciati dalla Terra nel 1977 sfrecciano nello spazio a più di 30, 000 miglia orarie (48, 280 chilometri orari). Sono entrambi diversi miliardi di miglia di distanza, più lontano dalla Terra di qualsiasi altro oggetto creato dall'uomo. Il 25 agosto 2012, uno di loro ha attraversato lo spazio interstellare, realizzare la prima navicella spaziale a lasciare il sistema solare
Voyager 1 e 2 portare messaggi in codice a potenziali civiltà aliene. Hanno già insegnato molto agli scienziati sul elioguaina , lo strato più esterno del sistema solare. Ma niente di tutto questo è nemmeno quello per cui sono stati progettati.
Le astronavi Voyager sono state costruite per sorvolare i pianeti esterni (Giove, Saturno, Nettuno e Urano) e studiateli da vicino, la prima volta nella storia umana erano stati osservati da vicino. La navicella è riuscita magnificamente, facendo avanzare la scienza planetaria a grandi passi. È stato solo dopo aver portato a termine la loro missione principale che hanno continuato a diventare gli esploratori più ampi della Terra.
Eppure era una questione di estrema fortuna e tempismo che le missioni fossero possibili del tutto - e un uguale colpo di sfortuna che quasi fece affondare il progetto Voyager prima che lasciasse il suolo. Queste missioni ambiziose erano il prodotto di nuovi progressi nella scienza e nella matematica delle traiettorie orbitali, ma sono stati quasi gettati nel dimenticatoio a favore del costoso programma dello space shuttle. Praticamente ogni missione spaziale senza equipaggio intrapresa oggi si basa sulla conoscenza e sull'esperienza acquisita dai Voyager.
Daremo un'occhiata da vicino alle goffe sonde spaziali Voyager e a tutte le attrezzature tecniche che portano a bordo. Tracciamo la loro traiettoria dalle fasi di sviluppo al loro destino finale lontano anni luce dalla Terra. Ci saranno soste lungo il percorso sui pianeti più grandi del nostro sistema solare. E se ti stai chiedendo cosa c'è nei dischi d'oro che ogni Voyager porta come messaggi per le forme di vita aliene, gli diamo un giro. Gli alieni li troveranno mai?
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Voyager 1 in fase di montaggio Per gentile concessione NASA/JPL-Caltech Gli anni '70 furono un periodo di transizione per lo sforzo spaziale degli Stati Uniti. Il programma Apollo stava per concludersi, e la NASA stava cercando di capire quale forma avrebbe assunto il volo spaziale con equipaggio. Le missioni Mariner hanno ampliato la nostra conoscenza dei pianeti interni inviando sonde spaziali per sorvolare (e in alcuni casi orbitare) Marte, Venere e Mercurio. C'erano piani provvisori per inviare una missione Mariner a visitare alcuni dei pianeti esterni, ma usando la propulsione chimica a razzo, un viaggio del genere richiederebbe 15 anni o più.
Allo stesso tempo, importanti progressi sono stati fatti nella scienza del traiettorie orbitali assistite dalla gravità . Sebbene la matematica e la fisica coinvolte siano piuttosto complicate, l'idea di base è che un veicolo spaziale può utilizzare la gravità di un pianeta vicino per dargli un grande aumento di velocità purché il veicolo spaziale segua l'orbita corretta. Maggiore è la massa del pianeta, più forte è la forza gravitazionale, e maggiore è la spinta. Ciò significava che una volta che una sonda spaziale ha raggiunto Giove (il pianeta più massiccio del nostro sistema solare), potrebbe usare la gravità di Giove come una fionda e partire per esplorare i pianeti più distanti.
Nel 1965, un ingegnere di nome Gary Fladro notò che a metà degli anni '70, i pianeti esterni sarebbero allineati in modo tale da consentire a un veicolo spaziale di visitarli tutti utilizzando una serie di potenziamenti assistiti dalla gravità [fonte:Evans]. Questo particolare allineamento non è stato solo un evento irripetibile, non si sarebbe ripetuto per altri 176 anni. È stata una straordinaria coincidenza che la capacità tecnica di portare a termine una missione del genere sia stata sviluppata alcuni anni prima che i pianeti si allineassero per consentirla.
Inizialmente, l'ambizioso progetto, Conosciuto come il Gran Tour, avrebbe inviato una serie di sonde per visitare tutti i pianeti esterni. Nel 1972, però, le proiezioni di budget per il progetto si avvicinavano a $ 900 milioni, e la NASA stava pianificando lo sviluppo della navetta spaziale [fonte:Evans]. Con gli immensi costi di sviluppo della navetta incombenti, il Grand Tour è stato cancellato e sostituito con un profilo di missione più modesto. Questa sarebbe un'estensione del programma Mariner, indicato come il Missione Mariner Giove-Saturno (MJS) . Basato sulla piattaforma Mariner e migliorato con le conoscenze acquisite dal sorvolo di Giove del 1973 di Pioneer 10, le nuove sonde alla fine presero il nome di Voyager. Il progetto fu completato nel 1977. Gli ottimisti ingegneri della NASA pensavano di poter utilizzare le traiettorie assistite dalla gravità per raggiungere Urano e Nettuno se la missione iniziale per visitare Giove e Saturno (e alcune delle loro lune) fosse stata completata con successo. L'idea del Grand Tour è tornata in vita.
Il piano finale della missione Voyager assomigliava a questo:due veicoli spaziali (Voyager 1 e Voyager 2) sarebbero stati lanciati a poche settimane di distanza. Il Voyager 1 sorvolerebbe Giove e molte delle lune di Giove da una distanza relativamente ravvicinata, scansionare e scattare foto. Anche la Voyager 2 sorvolerebbe Giove, ma a una distanza più conservativa. Se tutto è andato bene, entrambe le sonde sarebbero catapultate verso Saturno dalla gravità di Giove. La Voyager 1 indagherebbe quindi su Saturno, in particolare gli anelli, così come la luna Titano. A quel punto, La traiettoria del Voyager 1 lo porterebbe fuori dal sistema solare eclittica (il piano delle orbite dei pianeti), lontano da tutti gli altri pianeti, ed eventualmente fuori dal sistema solare stesso.
Nel frattempo, Voyager 2 visiterebbe Saturno e molte delle lune di Saturno. Se funzionava ancora correttamente quando è stato completato, sarebbe potenziato dalla gravità di Saturno per visitare Urano e Nettuno prima di lasciare anche l'eclittica e uscire dal sistema solare. Questo è stato considerato un colpo lungo, ma sorprendentemente, tutto ha funzionato come previsto.
Prossimo, che tipo di hardware hanno portato i Voyager nello spazio?
Quale è stato lanciato per primo?Voyager 2 lanciato da Cape Canaveral, Fla., a bordo di un razzo Titan-Centaur il 20 agosto, 1977. Voyager 1 lanciato il 5 settembre, 1977. Perché la numerazione è invertita? Una volta in rotta verso i pianeti esterni, La Voyager 1 è passata dalla Voyager 2 e ha raggiunto prima Giove. La NASA pensava che il pubblico sarebbe stato confuso se Voyager 2 avesse iniziato a riferire per primo, quindi la numerazione non segue l'ordine di lancio.
Astronave Voyager Time &Life Pictures/Getty Images Entrambi i veicoli spaziali Voyager sono identici. Non hanno un aspetto elegante, design aerodinamico perché non c'è attrito aerodinamico nello spazio di cui preoccuparsi. peso 1, 592 libbre (722 chilogrammi), sono costituiti da un autobus principale, un'antenna ad alto guadagno, tre bracci che contenevano strumenti scientifici e l'alimentatore, e altre due antenne.
L'autobus principale è il corpo del Voyager. È una scatola a 10 lati di 5,9 piedi (1,8 metri) di diametro, e contiene alcuni strumenti scientifici, elettronica e un serbatoio di carburante per i propulsori a razzo. I propulsori vengono utilizzati per riorientare l'imbarcazione mentre si muove nello spazio.
Montato in cima al bus principale, l'antenna ad alto guadagno misura 12 piedi (3,7 metri) di diametro e sembra un'antenna parabolica. Questa antenna è il modo in cui i Voyager ricevono i comandi dalla Terra e inviano i dati che raccolgono. Non importa dove voli un'astronave Voyager, l'antenna ad alto guadagno punta sempre verso la Terra.
Uno dei bracci che si estendono dall'autobus principale trasporta Voyager's alimentazione termoelettrica a radioisotopi . I pellet di biossido di plutonio rilasciano calore attraverso il decadimento naturale. Questo calore viene convertito in elettricità utilizzando una serie di termocoppie. Sebbene la potenza non sia molto elevata, alimenta l'elettronica e gli strumenti a bordo dei Voyager per molto tempo. La potenza non dovrebbe esaurirsi completamente fino al 2020. L'alimentatore è stato posizionato su un braccio per evitare che le radiazioni interferiscano con gli altri strumenti scientifici.
Gli altri due bracci portano una serie di strumenti. Questi includono:
[fonte:Evans, Dethloff e Schorn]
Forse gli strumenti più significativi a bordo dei Voyager, per quanto riguarda il pubblico, sono le telecamere. Montato anche sul braccio dello strumento, le telecamere hanno una risoluzione di 800x800, con entrambe le versioni grandangolari e a campo stretto. Le fotocamere hanno restituito foto senza precedenti dei pianeti esterni e ci hanno fornito viste del nostro sistema solare che non avevamo mai visto prima (inclusa la famosa ripresa della partenza che mostra sia la Terra che la luna della Terra nella stessa cornice). Il braccio che trasportava le telecamere poteva essere spostato indipendentemente dal resto dell'imbarcazione.
Anche il sistema informatico del Voyager era impressionante. Sapendo che il mestiere sarebbe da solo per la maggior parte del tempo, con il ritardo tra il comando e la risposta dalla Terra che cresceva più a lungo l'astronave si spingeva nello spazio, gli ingegneri hanno sviluppato un sistema informatico autoriparante . Il computer ha più moduli che confrontano i dati che ricevono e le istruzioni di output su cui decidono. Se un modulo è diverso dagli altri, si presume che sia difettoso e viene eliminato dal sistema, sostituito da uno dei moduli di backup. È stato testato poco dopo il lancio, quando un ritardo nello spiegamento del braccio è stato interpretato erroneamente come un malfunzionamento. Il problema è stato corretto con successo.
Nella sezione successiva, scopriremo cosa abbiamo imparato dalle missioni Voyager.
Controllo a terraMentre i Voyager stessi hanno raccolto tutti i dati, c'erano anche importanti elementi di missione sul terreno. I segnali dei Voyager divennero sempre più difficili da rilevare mentre volavano nel sistema solare esterno, così la NASA ha migliorato una rete mondiale di stazioni di ricezione radio per rilevarle meglio. Una serie di antenne radio da 230 piedi (70 metri) prelevano i dati del Voyager e inviano segnali ad esso, mantenendo una comunicazione quasi continua [fonte:Evans].
La Grande Macchia Rossa di Giove, che si estende dall'equatore alle latitudini polari meridionali, come visto dalla sonda spaziale Voyager 2 nel 1979. MPI/Hulton Archive/Getty Images Sebbene il costo della missione a vita per Voyager abbia superato i 750 milioni di dollari, nel 1989 i veicoli spaziali avevano restituito dati scientifici sufficienti per riempirne 6, 000 edizioni dell'Enciclopedia Britannica [fonte:Evans]. I moduli scientifici a bordo sono stati scelti tra proposte presentate da gruppi di ricerca negli Stati Uniti. Le informazioni su Giove, Saturno, Urano e Nettuno (e molte delle loro lune) che abbiamo appreso dalle missioni Voyager non erano solo enormi in quantità, ma anche influente. Ha dato forma ai libri di testo di scienze nelle scuole degli Stati Uniti, ha informato le percezioni pubbliche del sistema solare e ha gettato le basi per il moderno programma spaziale. Gran parte di ciò che sappiamo sui pianeti esterni proviene da Voyager. Per non parlare delle migliaia di fotografie scattate da punti di osservazione che gli umani non avevano mai sperimentato prima. Quelle immagini brillanti di Giove e Saturno hanno acceso l'immaginazione del pubblico e hanno alimentato l'entusiasmo per la futura esplorazione dello spazio.
Da Voyager, abbiamo imparato di più sul tempo su Giove; gli anelli intorno a Giove, Saturno e Urano; attività vulcanica sulla luna di Giove Io; le masse e le densità delle lune di Saturno; la pressione atmosferica su Titano, La luna più grande di Saturno; il campo magnetico di Urano; e un sistema meteorologico persistente su Nettuno grande quanto la Terra, Conosciuto come il Grande macchia scura . Quando la Voyager 2 raggiunse Nettuno, era il 1989. Erano passati più di 10 anni dal lancio, e molti degli scienziati che lavoravano alla missione originale erano andati avanti. Voyager era passato da Giove, Saturno e Urano nel 1979, 1981 e 1986, rispettivamente.
La Grande Macchia Oscura sulla superficie di Nettuno, come osservato dalla sonda spaziale Voyager 2 nel 1989. Il punto, pensato per essere una massa vorticosa di gas, era scomparso nel 1994, essere sostituito da un punto simile in una posizione diversa. Space Frontiers/Hulton Archive/Getty Images Allora dove sono adesso? I due Voyager non stanno insieme. Voyager 1 si sta muovendo verso nord (rispetto all'orientamento della Terra fuori dal sistema solare), mentre la Voyager 2 si sta spostando a sud. Nel 2007, entrarono entrambi nell'elioguaina, la parte più esterna del sistema solare. Là, il vento solare incontra i campi magnetici interstellari e forma un confine con un'onda d'urto. I Voyager hanno attraversato l'onda d'urto e hanno inviato i dati indietro, dando agli astronomi la loro prima idea della forma e della posizione dell'elioguaina. Il 21 settembre 2013, Gli scienziati di Voyager hanno riferito che la Voyager 1 ha lasciato il sistema solare il 25 agosto, 2012.
Sebbene alcuni strumenti sui Voyager non funzionino più, continuano a inviare informazioni importanti. Immagina un'auto che circola ininterrottamente dal 1977, e avrai un'idea di quanto siano incredibili queste astronavi. Alla loro attuale distanza, ci vogliono segnali radio che viaggiano alla velocità della luce più di 14 ore per raggiungere la Terra. Le navi stanno esaurendo il carburante per i loro propulsori di orientamento e dovranno spegnere alcuni strumenti nei prossimi anni quando anche il loro plutonio si esaurirà. Entro il 2020, saranno oscuri e silenziosi.
Eppure continueranno sulla loro attuale traiettoria, superando i 30 anni, 000 miglia orarie (48, 280 chilometri orari), ad arco nella Via Lattea per decine di migliaia di anni. Senza atmosfera nello spazio, non si corroderanno mai, e c'è poco in cui possono scontrarsi nello spazio interstellare. Ci vorranno circa 40, 000 anni prima di arrivare ad anni luce da un'altra stella. I Voyager potrebbero viaggiare per centinaia di migliaia o addirittura milioni di anni.
E se un giorno i Voyager incontrassero una civiltà aliena intelligente? Abbiamo lasciato un messaggio per loro.
Disco placcato in oro "Sounds of Earth" e bandiera degli Stati Uniti preparati per essere riposti a bordo della navicella spaziale Voyager 2, con il project manager John Cassini (a sinistra), al Kennedy Space Center. Foto di Time &Life/Getty Images Quando la NASA si rese conto che i Voyager alla fine avrebbero viaggiato oltre il confine del nostro sistema solare, decisero che poteva essere una buona idea includere una sorta di messaggio per qualsiasi alieno intelligente che un giorno potesse trovarli. Un comitato guidato dall'astronomo Carl Sagan mettere insieme questi messaggi. Sono contenuti su dischi di rame placcati in oro, che sono incisi in modo molto simile a un album di dischi in vinile. Una parte del disco contiene informazioni audio, compresa una varietà di musica, saluti pronunciati in 55 lingue diverse (tra cui alcune molto oscure o estinte da tempo) e una selezione di suoni della natura. I dischi includono anche 122 immagini, codificato come vibrazioni sul disco con le istruzioni per la decodifica.
Sulla piastra di copertura di ogni disco sono presenti diversi simboli che rappresentano il metodo di riproduzione del disco (sono inclusi anche uno stilo e un piatto di montaggio). Vengono rivelate le istruzioni di decodifica dell'immagine, descrivendo il segnale di "inizio immagine", le proporzioni delle immagini, e una riproduzione della prima immagine, così gli alieni saprebbero se hanno capito bene. Una mappa stellare che mostra chiaramente la posizione della Terra completa il quadro.
Se gli alieni si chiedono da quanto tempo sta viaggiando la Voyager che trovano, possono esaminare il pezzo di uranio-238 attaccato al bus principale vicino al record. Esaminando i rapporti isotopici (supponendo che conoscano l'emivita dell'uranio-238), potevano quindi dedurre per quanto tempo il campione era stato nello spazio.
Quale musica ascolteranno gli alieni quando suoneranno il disco? Per lo più musica tradizionale di una varietà di culture, come i canti dei nativi americani, Cornamusa scozzese e musica rituale africana. È anche una sorta di raccolta di "grandi successi" di musica classica. Le canzoni più contemporanee sono "Johnny B. Goode" di Chuck Berry e un numero jazz di Louis Armstrong.
Le istruzioni di decodifica e la mappa sulla copertina del disco d'oro Courtesy NASA/JPL-Caltech Le immagini del disco sono varie, e includere mappe della Terra, immagini degli altri pianeti del nostro sistema solare, immagini di vari animali e diverse immagini di esseri umani. Carl Sagan ha scritto un libro sul disco, chiamato "Mormorii della Terra". Un CD-ROM compagno è stato rilasciato decenni dopo.
I dischi Voyager sono simili a una targa che è stata posta a bordo di Pioneer 10 e Pioneer 11, anche se i creatori dei dischi Voyager hanno passato molto tempo ad assicurarsi che gli alieni potessero decodificarli. Molti scienziati della Terra non sono stati in grado di decodificare le informazioni sulla placca Pioneer. Al tempo, alcuni hanno espresso preoccupazioni sul fatto che qualsiasi alieno ostile che trovasse il disco Voyager avrebbe una mappa che li conducesse direttamente sulla Terra. Però, i Voyager trascorreranno decine di migliaia di anni nello spazio interstellare prima di avvicinarsi a un'altra stella, quindi la questione non è davvero una preoccupazione immediata. Se i dischi vengono mai trovati, potrebbe essere così lontano nel futuro che gli esseri umani non esistono più.
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V'GerIn "Star Trek:The Motion Picture" (il primo film di Star Trek), gran parte della trama ruotava attorno a una strana forma di vita elettronica nota come V'Ger. Alla fine del film, viene rivelato che V'Ger è una delle sonde spaziali Voyager (Voyager 6, che non è mai esistito nel mondo reale) che ha acquisito senzienza da solo o è stata data senzienza da una razza aliena. Vuole sradicare tutta l'umanità, ma invece si evolve in un'altra forma di vita.
All'interno dell'universo immaginario di Star Trek, c'è qualche disputa sul posto di V'Ger nella storia di Trek. Alcuni suggeriscono che V'Ger abbia creato i Borg, un raffreddore, razza aliena logica che sarebbe diventata i cattivi principali in "Star Trek:The Next Generation". Altri pensano che i Borg abbiano incontrato V'Ger, ma che gli alieni cyborg esistevano prima dell'incontro casuale.
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