Ta grafika pokazuje położenie sondy Voyager 1 i Voyager 2 w stosunku do heliosfery, ochronnej bańki stworzonej przez Słońce, która rozciąga się daleko poza orbitą Plutona. Voyager 1 przekroczył heliopauzę lub krawędź heliosfery w 2012 roku. Voyager 2 nadal znajduje się w heliosferze lub w najbardziej zewnętrznej części heliosfery. Źródło: NASA / JPL-Caltech

Voyager 2 dotarł do przestrzeni międzygwiezdnej – opuścił heliosferę, ochronną bańkę cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez Słońce – i dołączył do swojej siostrzanej sondy badającej pogranicza Układu Słonecznego. Za około 38 tysięcy lat sonda dotrze do gwiazdy Ross 248 w gwiazdozbiorze Andromedy.

Porównując dane z różnych przyrządów na pokładzie statku kosmicznego, naukowcy ustalili, że sonda przekroczyła zewnętrzną krawędź heliosfery 5 listopada. Granica ta, zwana heliopauzą, jest miejscem, w którym cienki, gorący wiatr słoneczny styka się z zimnym, gęstym ośrodkiem międzygwiezdnym. Siostrzana sonda Voyager 1 przekroczyła tę granicę już w 2012 roku. Voyager 2 w przeciwieństwie do niej wyposażony jest w bardziej zaawansowane instrumenty, które zapewnią pierwsze w swoim rodzaju obserwacje natury tej bramy w przestrzeń międzygwiezdną.

Voyager 2 jest teraz nieco ponad 18 miliardów kilometrów od Ziemi. Operatorzy misji nadal mogą komunikować się z Voyagerem 2, ale informacja – poruszająca się z prędkością światła – potrzebuje około 16,5 godziny na podróż ze statku kosmicznego na Ziemię. Dla porównania, światło podróżujące ze Słońca dociera do Ziemi około ośmiu minut.

Najbardziej przekonujące dowody na wyjście Voyagera 2 z heliosfery pochodzą z pokładowego instrumentu Plasma Science Experiment (PLS), który przestał działać na Voyager 1 w 1980 roku, na długo zanim sonda przekroczyła heliopauzę. Do niedawna przestrzeń otaczająca Voyager 2 była wypełniona głównie plazmą wypływającą z naszego Słońca. Ten wypływ, nazywany wiatrem słonecznym, tworzy bańkę – heliosferę – która otacza planety w naszym Układzie Słonecznym. PLS wykorzystuje prąd elektryczny plazmy do wykrywania prędkości, gęstości, temperatury, ciśnienia i strumienia wiatru słonecznego. PLS na pokładzie Voyager 2 zaobserwował gwałtowny spadek prędkości cząstek wiatru słonecznego 5 listopada. Od tego czasu instrument plazmowy nie zaobserwował żadnego przepływu wiatru słonecznego w środowisku wokół Voyager 2, co czyni naukowców misji przekonanych, że sonda opuściła heliosferę.

Oprócz danych plazmowych, członkowie zespołu naukowego Voyager widzieli dowody z trzech innych instrumentów pokładowych – podsystemu promieniowania kosmicznego, instrumentu niskoenergetycznych naładowanych cząstek i magnetometru – co jest zgodne z wnioskiem, że Voyager 2 przekroczył heliopauzę. Członkowie zespołu Voyagera chętnie kontynuują badanie danych z innych przyrządów pokładowych, aby uzyskać jaśniejszy obraz obszaru, przez który podróżuje Voyager 2.

„Nadal wiele można się dowiedzieć o regionie przestrzeni międzygwiezdnej tuż za heliopauzą.”

– powiedział Ed Stone, naukowiec projektu Voyager z Caltech w Pasadenie w Kalifornii.

Dane zbierane przez Voyagery pozwalają nam na szczegółowy wgląd w to, jak nasza heliosfera oddziałuje ze stałym, międzygwiezdnym wiatrem, spływającym z zewnątrz. Ich obserwacje uzupełniają dane z NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX), misji, która zdalnie wykrywa tę granicę. NASA przygotowuje także dodatkową misję – sondę do mapowania międzygwiezdnego (IMAP), która ma zostać wystrzelona w 2024 roku i wykorzystać obserwacje Voyagera.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center

Granica Układu Słonecznego

Podczas gdy sondy opuściły heliosferę, Voyager 1 i Voyager 2 nie opuściły jeszcze Układu Słonecznego i szybko tego nie zrobią. Za jego ostateczną granicę uznaje się zewnętrzną krawędź Obłoku Oorta – zbioru małych lodowych i skalnych obiektów, które są nadal pod wpływem grawitacji naszej gwiazdy. Szerokość chmury Oorta nie jest dokładnie znana, ale szacuje się, że zaczyna się od około 1000 jednostek astronomicznych (AU) od Słońca i do około 100 000 AU. Jedna AU jest równa odległości pomiędzy Słońcem a Ziemią i jest to prawie 150 mln kilometrów. Minie około 300 lat, zanim Voyager 2 dotrze do wewnętrznej krawędzi Obłoku Oorta i prawdopodobnie 30 000 lat, aby latać poza nim.

Sondy Voyager są zasilane za pomocą ciepła pochodzącego z rozpadu materiału radioaktywnego zawartego w urządzeniu zwanym termicznym generatorem izotopów promieniotwórczych (RTG). Moc wyjściowa RTG zmniejsza się o około cztery waty rocznie, co oznacza, że ​​różne części Voyagerów, a w tym kamery na obu statkach kosmicznych, zostały z czasem wyłączone w celu oszczędzania mocy i wydłużeniu działania głównych funkcji statków, jak instrumenty komunikacyjne.

„Myślę, że wszyscy jesteśmy szczęśliwi i czujemy ulgę, że sondy Voyager pracują wystarczająco długo, aby przejść przez ten kamień milowy. Wszyscy na to czekaliśmy, teraz nie możemy się już doczekać tego, czego będziemy mogli się nauczyć dzięki posiadaniu obu sond poza heliopauzą”.

– powiedziała Suzanne Dodd, kierownik projektu Voyager w Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie w Kalifornii.

Oficjalny plakat wydarzenia, źródło: NASA

Najdłuższa misja kosmiczna w historii

Voyager 2 wystartował w 1977 roku, na 16 dni przed Voyagerem 1. Obie sondy podróżowały daleko poza ich pierwotne cele. Statki kosmiczne zostały zbudowane, aby kontynuować misje przez pięć lat i prowadzić szczegółowe badania Jowisza i Saturna. Jednak w miarę kontynuowania misji okazało się, że możliwe są dodatkowe przeloty w pobliżu dwóch najbardziej zewnętrznych planet, Urana i Neptuna. W miarę lotu przez Układ Słoneczny przeprogramowano zdalnie sterowanie, by zapewnić Voyagerom większe możliwości dalszej eksploracji. Ich misja na dwie planety stała się misją czterech planet. Ich pięcioletnia żywotność sięga 41 lat, a co czyni misję Voyagera 2 najdłuższą w historii.

Historia Voyagera wpłynęła nie tylko na pokolenia obecnych i przyszłych naukowców i inżynierów, ale także na kulturę Ziemi, w tym film, sztukę i muzykę. Każdy Voyager przenosi na swoim pokładzie pozłacane dyski (zw. Voyager Golden Record) z zapisem dźwięków Ziemi, obrazów i wiadomości. Ponieważ statek kosmiczny może przetrwać miliardy lat, te koliste kapsuły czasowe mogłyby pewnego dnia być jedynymi śladami ludzkiej cywilizacji.

Czterdzieści lat i wciąż działają

Działające instrumenty na pokładzie statków kosmicznych Voyager

Rozpoczęte w 1977 r. bezzałogowe misje sond kosmicznych Voyager 1 i 2 przeprowadziły rozległy przegląd planet i księżyców zewnętrznego Układu Słonecznego. Zwiedzając Jowisz, Saturn, Uran i Neptun, program Voyager można określić wielkim sukcesem na praktycznie każdym poziomie. Oba statki kosmiczne zwróciły tysiące zdjęć i zbiorów danych naukowych, które zasadniczo zmieniły nasze rozumienie całego Układu Słonecznego.

Wiele osób nie zdaje sobie sprawy, że nawet po ponad 40 latach obie sondy nadal aktywnie generują dane naukowe i przekazują je na Ziemię. Chociaż wiele instrumentów zainstalowanych w Voyager 1 i 2 zostało dezaktywowanych lub zawiodło, kilka nadal działa. Zasilane przez radioizotopowe generatory termoelektryczne (RTG), obie sondy powinny być w stanie kontynuować działanie jeszcze przez kilka lat.

Obecnie instrumenty operacyjne na pokładzie Voyagerów to:

Plasma Spectrometer (PLS):
Działa tylko na Voyager 2

Spektrometr plazmowy składa się z dwóch metalowych urządzeń (znanych jako kubki Faradaya) umieszczonych pod kątami prostymi względem siebie. Jeden zapisuje dane dotyczące prędkości, gęstości i ciśnienia jonów plazmowych. Drugie urządzenie pozaosiowe mierzy elektrony w ramach określonych parametrów energetycznych. System PLS był krytyczny dla badania wiatru słonecznego (strumień naładowanych cząstek wypływających ze Słońca), określając, w jaki sposób wiatr słoneczny oddziałuje z planetami, oceniając plazmę w magnetosferze Jowisza i jak wpływają na nią księżyce, i badając jony zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz Układu Słonecznego.

Cosmic Ray System (CRS):
Działa na Voyager 1 i 2

CRS wykrywa promieniowanie kosmiczne (cząstki o wysokiej energii, które pochodzą spoza naszego Układu Słonecznego). CRS może identyfikować zarówno elektrony, jak i protony wokół statku kosmicznego i był używany do badania wiatru słonecznego, jak również przepływu elektrycznego wokół planet takich jak Saturn. Gdy statek kosmiczny zbliżył się do krawędzi Układu Słonecznego, CRS był niezbędny do określenia, kiedy Voyager 1 przeszedł przez szok końcowy, w którym wiatr słoneczny znacznie spowolnił. Kiedy statek kosmiczny później wykrył gwałtowny wzrost promieni kosmicznych, uznano, że jest jednym z potwierdzających dowodów, że statek rzeczywiście przeszedł w przestrzeń międzygwiezdną.

Magnetometer (MAG):
Działa na Voyager 1 i 2

Magnetometry Voyager są używane do mierzenia zmian w polu magnetycznym Słońca zarówno pod względem odległości jak i czasu, a także do badania pól magnetycznych wokół zewnętrznych planet i ich interakcji z ich odpowiednimi księżycami. Każdy Voyager przenosi kilka magnetometrów. Obecnie magnetometry generują dane dotyczące pola magnetycznego na krawędzi Układu Słonecznego i przestrzeni międzygwiezdnej.

Low Energy Charged Particle (LECP) Experiment:
Działa na Voyager 1 i 2

LECP wyszukuje i mierzy elektrony, protony, cząstki alfa i inne ciężkie pierwiastki zarówno wokół planet, jak i przestrzeni międzyplanetarnej. LCEP składa się z dwóch podsystemów: analizatora cząstek o niskiej energii – Low Energy Magnetospheric Particle Analyzer (LEMPA) i niskiej energii – Low Energy Particle Telescope(LEPT). LECP został wykorzystany do pomocy w określeniu kształtu magnetosfery wokół Saturna i Urana.

Plasma Wave Subsystem (PWS):
Działa na Voyager 1 i 2

Urządzenie to zostało użyte do analizy widm fal plazmowych i fal radiowych o niskiej częstotliwości w magnetosferach Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. PWS kontynuuje wykonywanie pomiarów zarówno w obrębie heliopauzy, jak i poza nią (granica, w której wiatr słoneczny jest zatrzymywany przez ośrodek międzygwiezdny). PWS również nagrał „dźwięk” przestrzeni międzygwiezdnej, który można usłyszeć poniżej:

Wszystkie inne instrumenty obu sond Voyager, w tym kamery, które wykonały tak wiele ikonicznych obrazów, albo zawiodły, albo zostały wyłączone. Astronomowie mają nadzieję, że pozostałe działające przyrządy będą działały jeszcze przez kilka lat, a Voyagery będą nadal źródłem istotnych danych.

Chociaż technologia na Ziemi dramatycznie się rozwinęła od czasu uruchomienia Voyagerów, dwa statki kosmiczne są zamrożone pod względem technologicznym: zostały wysłane na misje za pomocą najlepszego dostępnego wówczas sprzętu i wytrzymały próbę czasu. Podczas gdy czas biegnie tutaj na Ziemi, na pokładzie sond Voyager jest zawsze 1977.

Infografiki misji Voyager