Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 17 – vyšlo 26. dubna, ročník 22 (2024) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

17/2024

Voyager jedna ožil!

Petr Kulhánek

Sondy VoyagerVoyager – dvojice sond NASA, která startovala v roce 1977 pomocí nosných raket Titan/Centaur. V roce 1979 proletěly obě sondy kolem Jupiteru, v roce 1980 (Voyager 1) a 1981 (Voyager 2) kolem Saturnu. Voyager 2 pokračoval dále k Uranu (1986) a Neptunu (1989). Obě sondy se zásadním způsobem zasloužily o poznání Sluneční soustavy a dnes jsou nejvzdálenějšími objekty, které lidstvo vyslalo do vesmíru. jsou dnes nejvzdálenějšími člověkem vytvořenými objekty ve vesmíru. Od jejich startu uplynulo bezmála půl století, přesně 46 let. Sondy přispěly výraznou měrou k poznání Sluneční soustavy, navštívily všechny obří planety. Dnes jsou již za hranicí Sluneční soustavy a letí v mezihvězdném prostoru. I přes snížený výkon radioizotopových generátorůRTG – radioizotopový termoelektrický generátor, zdroj energie využívaný pro mise sond do nejvzdálenějších částí Sluneční soustavy, kde jsou klasické solární panely neúčinné. Základem RTG generátoru je kapsle z radioaktivního materiálu, zpravidla plutonia. Při rozpadu se uvolňuje velké množství tepla, které se v termočláncích konvertuje na elektřinu. Odpadní teplo je vyzařováno do okolního prostoru. RTG články mohou dodávat energii přístrojům několik desítek let. se dosud dařilo s oběma sondami udržovat spojení a získávat z nich vědecká data. K většímu problému došlo 14. listopadu 2023, kdy ze sondy Voyager 1 začal přicházet signál, který nedával žádný smysl. Dne 20. dubna se po pěti měsících nejistoty podařilo komunikaci se sondou obnovit a odhaduje se, že po několika týdnech by mohla začít opět poskytovat vědecká data. V dnešním bulletinu se zaměříme na příčinu selhání a způsob opravy přístroje vzdáleného přes 24 miliard kilometrů.

Sonda Voyager, celkový pohled. Zdroj: NASA/JPL-CalTech.

Voyager – dvojice sond NASA, která startovala v roce 1977 pomocí nosných raket Titan/Centaur. V roce 1979 proletěly obě sondy kolem Jupiteru, v roce 1980 (Voyager 1) a 1981 (Voyager 2) kolem Saturnu. Voyager 2 pokračoval dále k Uranu (1986) a Neptunu (1989). Obě sondy se zásadním způsobem zasloužily o poznání Sluneční soustavy a dnes jsou nejvzdálenějšími objekty, které lidstvo vyslalo do vesmíru. Terminační vlna – jiným názvem rázová vlna slunečního větru je oblast, ve které rychlost částic slunečního větru klesá na podzvukovou rychlost. Tato oblast má tvar povrchu koule a je vzdálena přibližně 90 až 95 au od Slunce. Heliosféra – oblast magnetického vlivu Slunce. Heliosféra není kulová, jak by se mohlo zdát z jejího názvu. Je od Slunce v různých směrech různě vzdálená, zhruba 110 až 160 au. Uvnitř heliosféry se nachází plazma slunečního větru. Heliosféra končí hraniční vrstvou, jejíž vnější část se nazývá heliopauza. Heliopauza – hranice heliosféry. Jde o oblast, ve které končí vliv magnetického pole našeho Slunce. Uvnitř heliosféry dominuje sluneční vítr, za heliopauzou se nachází mezihvězdné prostředí. RTG – radioizotopový termoelektrický generátor, zdroj energie využívaný pro mise sond do nejvzdálenějších částí Sluneční soustavy, kde jsou klasické solární panely neúčinné. Základem RTG generátoru je kapsle z radioaktivního materiálu, zpravidla plutonia. Při rozpadu se uvolňuje velké množství tepla, které se v termočláncích konvertuje na elektřinu. Odpadní teplo je vyzařováno do okolního prostoru. RTG články mohou dodávat energii přístrojům několik desítek let.

Sondy Voyager

Program VoyagerVoyager – dvojice sond NASA, která startovala v roce 1977 pomocí nosných raket Titan/Centaur. V roce 1979 proletěly obě sondy kolem Jupiteru, v roce 1980 (Voyager 1) a 1981 (Voyager 2) kolem Saturnu. Voyager 2 pokračoval dále k Uranu (1986) a Neptunu (1989). Obě sondy se zásadním způsobem zasloužily o poznání Sluneční soustavy a dnes jsou nejvzdálenějšími objekty, které lidstvo vyslalo do vesmíru. využívá dvě identické sondy, které startovaly v roce 1977. K Jupiteru dolétly obě v roce 1979 a pořídily fascinující záběry do té doby neznámého světa. K Saturnu doletěl Voyager 1 na konci roku 1980, Voyager 2 v létě 1981. Voyager 2 ještě navštívil Uran (1986) a Neptun (1989). Přesná data největších přiblížení jsou v následující tabulce. Po průletu vnitřní částí Sluneční soustavy si to sondy namířily ven ze Sluneční soustavy. Voyager 1 proletěl terminační vlnouTerminační vlna – jiným názvem rázová vlna slunečního větru je oblast, ve které rychlost částic slunečního větru klesá na podzvukovou rychlost. Tato oblast má tvar povrchu koule a je vzdálena přibližně 90 až 95 au od Slunce. v roce 2004 ve vzdálenosti 94 auAstronomická jednotka – au (astronomical unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů., Voyager 2 v roce 2007 ve vzdálenosti 84 au. Rozdílné vzdálenosti k terminační vlně sluneční fyziky poněkud zaskočily. Buď není kulová, a proto byla detekována ve směru letu sond v různých vzdálenostech, nebo se její velikost v průběhu let mění. Voyager 1 míří do souhvězdí Hadonoše, zatímco Voyager 2 do souhvězdí Páva. HeliosféruHeliosféra – oblast magnetického vlivu Slunce. Heliosféra není kulová, jak by se mohlo zdát z jejího názvu. Je od Slunce v různých směrech různě vzdálená, zhruba 110 až 160 au. Uvnitř heliosféry se nachází plazma slunečního větru. Heliosféra končí hraniční vrstvou, jejíž vnější část se nazývá heliopauza., v níž dominuje sluneční vítrSluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou Sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v cm³. Částice vylétávající podél otevřených siločar mají vyšší rychlost (přibližně 750 km/s) a nazýváme je rychlý sluneční vítr. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země. Pojmenování sluneční vítr pochází od amerického astronoma Eugena Parkera. nad mezihvězdným prostředím, opustila sonda Voyager 1 v roce 2012 a Voyager 2 v roce 2018. Po průletu heliopauzouHeliopauza – hranice heliosféry. Jde o oblast, ve které končí vliv magnetického pole našeho Slunce. Uvnitř heliosféry dominuje sluneční vítr, za heliopauzou se nachází mezihvězdné prostředí. (hranicí heliosféry) se obě sondy staly součástí galaktického prostředí. Na svých tělech mají pozlacené plakety (navržené Carlem Saganem) se vzkazem pro mimozemské civilizace, ale šance, že by někdo sondy objevil, je zcela minimální. Nejblíže cizí hvězdě – Gliese 445 ze souhvězdí Žirafy – se přiblíží Voyager 1 za 40 000 let, a to na vzdálenost 1,6 světelného roku. Obě sondy jsou i po 46 letech putování jakž takž funkční, některé přístroje samozřejmě už nepracují, ale základní monitoring mezihvězdného prostředí probíhá i nadále.

sonda	Voyager 1	Voyager 2
start	5. 9. 1977	20. 8. 1977
hmotnost	733 kg	733 kg
Jupiter	5. 3. 1979	9. 7. 1979
Saturn	12. 11. 1980	25. 8. 1981
Uran	–	24. 1. 1986
Neptun	–	25. 8. 1989
terminační vlna	17. 12. 2004 (94 au)	31. 8. 2007 (84 au)
heliopauza	21. 8. 2012 (122 au)	5. 11. 2018 (119 au)
směr letu	Hadonoš	Páv
vzdálenost od Slunce	25×109 km (163,3 au)	20×109 km (136,4 au)
rychlost vůči Slunci	61 000 km/h	55 000 km/h

Sondy Voyager v číslech (duben 2024)

Poselství mimozemským civilizacím umístěné na sondě. Zdroj: NASA/JPL-CalTech.

Zdroj energie

Pro život sond je klíčový zdroj elektrické energie. Sondy letí v takové vzdálenosti, že se na energii ze Slunce nemohou spolehnout. Proto byly vybaveny radioizotopovými termoelektrickými generátory (RTGRTG – radioizotopový termoelektrický generátor, zdroj energie využívaný pro mise sond do nejvzdálenějších částí Sluneční soustavy, kde jsou klasické solární panely neúčinné. Základem RTG generátoru je kapsle z radioaktivního materiálu, zpravidla plutonia. Při rozpadu se uvolňuje velké množství tepla, které se v termočláncích konvertuje na elektřinu. Odpadní teplo je vyzařováno do okolního prostoru. RTG články mohou dodávat energii přístrojům několik desítek let.), které využívají radioaktivní rozpad plutonia a uvolněné teplo převádějí na elektrickou energii. Každá ze sond má tři jednotky RTG vysunuté na rameni mimo tělo sondy. Jedna jednotka RTG má válcový tvar s průměrem 40 cm a délkou 50 cm. Hmotnost každé jednotky je 38 kilogramů, z toho je 4,5 kg plutonia 238 ve formě oxidu PuO₂. Množství dodávané energie se samozřejmě s časem snižuje. Po startu dodávaly tři jednotky RTG celkem 470 wattů, v roce 1997 už jen 335 wattů a v současnosti (2024) pouze 249 wattů. I to ale postačí pro základní provoz sond a bezpečné odesílání dat na Zemi. Některé energeticky náročnější přístroje jsou odpojeny. Odhaduje se, že radioizotopové generátory budou schopné zásobit sondy energií minimálně do roku 2036. Bez energie se obě sondy Voyager pak stanou pasivními oběžnicemi kolem středu naší Galaxie, mrtvými svědky existence naší civilizace.

Trojice radioizotopových termoelektrických generátorů pro sondu Voyager.
Zdroj: NASA/JPL-CalTech.

Sonda Voyager. Nalevo jsou na vysunutém rameni tři radioizotopové generátory.
Na těle sondy je patrná plaketa s poselstvím. Zdroj: NASA/JPL-CalTech.

Selhání komunikace a oživení

Voyager 1 přestal komunikovat dne 14. listopadu 2023, přesněji posílaná data byla směsicí nesmyslných údajů, jakousi změtí podivných čísel. Z počátku to vypadalo na definitivní konec našeho vlivu na sondu. Další analýzy ale zjistily, že se problém týká jen subsystému pro zpracování letových dat, který je umístěný na jednom ze tří palubních počítačů, a že ostatní části fungují normálně, tedy sonda je schopná přijímat povely ze Země. To dávalo jistou malou naději na její oživení. Nakonec se ukázalo, že do elektronického nebe odešel jeden z paměťových čipů, bohužel ten, v němž byl uložen software pro zpracování dat před odesláním na Zemi. Tento software se ale do žádného z dalších paměťových čipů nevejde. Proto musel být rozdělen na části a samozřejmě bylo třeba vyměnit i obsluhující program, který jednotlivé části kódu využívá. Po dlouhých přípravách na přebudování programového vybavení jednoho z palubních počítačů byl učiněn klíčový pokus dne 18. dubna 2024. K sondě byla vyslána řada povelů s novým kódem a jeho umístěním. Komunikace se sondou není okamžitá, nachází se ve vzdálenosti 25 miliard kilometrů a elektromagnetický signál k ní letí 22,5 hodiny, a stejnou dobu zpět. Čekání na reakci sondy vyvrcholilo o dva dny později. Dne 20. dubna 2024 se sonda ozvala a zaslaná data opět dávala smysl. Základní krok s výměnou softwaru a jeho umístěním do jiných paměťových čipů se podařil. Sonda v tuto chvíli vysílá na Zemi základní data o svém stavu. Nyní bude dle odhadu pracovníků řídicího střediska trvat ještě několik týdnů, než bude sonda vysílat na Zemi i vědecká data. To už by ale měla zajistit rutinní práce odborníků. Důležité je, že se postup oživení sondy, který navrhli odborníci JPL NASA, vydařil na výbornou.

Jásající letový tým sondy Voyager 1 dne 20. dubna 2024 po zachycení signálu sondy.
Zdroj: NASA/JPL-CalTech.

Odkazy