خروج وویجر از منظومه شمسی

برنامه وویجر دریانورد قسمتی از یک برنامه فضایی متوقف شده به نام «تور مجلل» بود که قرار بود در دهه ۱۹۶۰ برای شناخت هر چه دقیق تر اجسام مختلف موجود در منظومه شمسی بپردازد اما این برنامه به دلیل کمبود بودجه در آن سال ها متوقف شد

پس از مدت‌ها مجادله مبنی بر مکان‌یابی دقیق ماهواره وویجر۱ دانشمندان تیم هدایتگر وویجر به این نتیجه رسیدند که وویجر ۱ در ناحیه «شوک نهایی» در آخرین نقطه سامانه خورشیدی قرار دارد که حدود ۱۴ میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد و به زودی از مرزهای سامانه خورشیدی خارج می‌شود. در این مقاله به ویژگی‌ها و دستاوردهای برنامه فضایی وویجر می‌پردازیم.

برنامه وویجر (دریانورد) قسمتی از یک برنامه فضایی متوقف شده به نام «تور مجلل» بود که قرار بود در دهه ۱۹۶۰ برای شناخت هر چه دقیق تر اجسام مختلف موجود در منظومه شمسی بپردازد. اما این برنامه به دلیل کمبود بودجه در آن سال‌ها متوقف شد. پس از آن در دهه ۱۹۷۰ برنامه ریزان ناسا با کمی تغییر در این برنامه وویجر را جایگزین کردند. وظیفه برنامه وویجر شناخت سیارات گازی و اقمار آنها بود، سیارات منظومه شمسی به دو دسته تقسیم می‌شوند. دسته اول که سیارات داخلی نامیده می‌شوند، جنسشان از عناصر سنگین است. به همین دلیل به آنها سیارات خاکی یا سنگی هم می‌گویند. تیر، ناهید، زمین و بهرام از اینگونه‌اند. اما دسته دیگر سیارات خارجی هستند که با یک کمربند سنگی از سیارات داخلی جدا شده‌اند. جنس سیارات خارجی گازی است. به همین دلیل به آنها سیارات گازی هم می‌گویند. مشتری، کیوان، اورانوس، نپتون و پلوتون از این نوع هستند.

برنامه تحقیقاتی وویجر توسط یک تیم مشترک از سازمان هوانوردی و فضانوردی آمریکا و موسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک _ Caltech) برنامه ریزی و هدایت می‌شود. این برنامه از یک جفت ماهواره تشکیل شده بود که در سال ۱۹۷۷ به فضا پرتاب شدند. وظیفه وویجر۱ مطالعه و عکسبرداری از مشتری و کیوان بود و وظیفه وویجر۲ مطالعه و عکسبرداری از نپتون و اورانوس بود. البته وویجر۲ در راه عکس هایی هم از راه دور از مشتری و کیوان گرفت و به زمین ارسال کرد. کشفیات برنامه وویجر در منظومه شمسی به حدی بود که قابل قیاس با کشفیات کیهانی تلسکوپ‌های هابل و کک است.

● برنامه مارینر

دوقلوهای وویجر در سال ۱۹۷۷ توسط موشک‌هایی به فضا پرتاب شدند که پیش از این در برنامه مارینر (ملوان _ Mariner) شرکت داشتند. برنامه با پرتاب مارینر۱ آغاز شد. این برنامه نخستین گام بشر برای خارج شدن از مرزهای زمین بود و هدف این برنامه سیارات داخلی بودند. مارینر۱ در ابتدا با مشکل مواجه شد و شکست خورد. اما مارینر۲ در ۲۷ آگوست ۱۰۶۲ به فضا پرتاب شد و پس از سه ماه و نیم مسافرت فضایی این ماهواره ۲۰۳ کیلویی بر روی مدار خود در ناهید قرار گرفت و به این ترتیب بشر نخستین گام را به یک سیاره دیگر نهاد. وظیفه مارینر۲ شناخت وضعیت آب و هوایی و میزان تشعشعات و غبارهای خورشیدی روی سیاره ناهید و میدان‌های مغناطیسی و ویژگی‌های جوی این سیاره بود.

مارینر ۳ و ۴ در سال ۱۹۶۵ به سوی بهرام (مریخ) پرتاب شدند. مارینر۴ با موفقیت تمام در مدار قرار گرفت. اما مارینر۳ با مشکلات ارتباطی در هنگام فرود مواجه شد. وزن این دو ماهواره ۲۶۱ کیلوگرم بود و وظایفی مشابه مارینر۲ روی بهرام داشتند. به علاوه آنها مجهز به یک دوربین دیجیتال (در دهه ۱۹۶۰) بودند که قادر به ثبت ۲۰ تصویر بود.

در ۱۹۶۷ مارینر۵ مجدداً به سمت ناهید پرواز کرد که وظیفه او تکمیل کردن کشفیات مارینر۲ بود. مارینر۵ به یک دوربین فرابنفش نیز مجهز بود.

مارینر ۶ و ۷ با ۴۱۳ کیلوگرم وزن در فوریه ۱۹۶۹ به سمت مریخ پرواز کردند که علاوه بر تجهیزات مارینر ۳ و ۴ به یک دوربین زاویه باز با قابلیت چرخش لنز مجهز بودند.

مارینر ۸ در برنامه اکتشافی خود به سوی مریخ دچار اشکال شد اما مارینر۹ با موفقیت در ماه مه ۱۹۷۱ در مدار قرار گرفت. مارینر۹ حدود یک تن وزن داشت و وظیفه اصلی آن آنالیز کردن جو بهرام بود.

مارینر۱۰ نخستین نوع از این دست برنامه های فضایی بود که به سمت تیر پرواز کرد. مارینر۱۰ همچنین نخستین فضاپیمایی بود که از نیروی گرانش برای حرکت استفاده می کرد. مارینر۱۰ پس از گذشتن از کنار ناهید و شتاب گرفتن در اثر نیروی گرانش این سیاره به سمت تیر رفت. البته از سطح ناهید نیز عکس هایی به زمین مخابره کرد. این فضاپیمای ۴۳۳ کیلوگرمی به دو دوربین دیجیتال و طیف سنج های زیر قرمز و فرابنفش و رادیویی مجهز بود و وظیفه آن شناخت مشخصات دقیق سیاره کوچک تیر در جوار خورشید بود.

● برنامه وویجر

پس از موفقیت برنامه مارینر محققان درصدد برآمدند که این برنامه را به خارج از کمربند سیارک هاتز منتقل کنند. برنامه وویجر از اینجا شکل گرفت. دو فضاپیمای بدون سرنشین وویجر۱ و ۲ را به همین دلیل گاهی مارینر ۱۱ و ۱۲ نیز نامیده اند. ابتدا اسم این پروژه مارینر مشتری _ کیوان بود.دوقلو های وویجر کشفیات عظیمی در جو و سطح سیارات گازی و اقمار مهم آنها مثل اقمار گالیله ای مشتری و قمر معروف کیوان (تایتان) انجام دادند.در این دو فضاپیما یک منبع رادیواکتیو برای تامین انرژی الکتریکی لازم خود دارند که هنوز هم در حال فعالیت است. عکس‌هایی که وویجر۱ در اواخر سال ۲۰۰۳ از فضای اطراف خود ارسال کرده بود، باعث شک دانشمندان در مورد مکان دقیق این فضاپیما شده بود. به دلیل کمبود بودجه این برنامه بالاخره پس از کشفیات و دستاورد‌های عظیم خود در اکتبر ۲۰۰۵ و پس از اینکه دوقلوهای وویجر از منظومه شمسی خارج شدند، متوقف می‌شود.

▪ ویژگی های وویجر

هر دو فضاپیما کاملاً شبیه هم طراحی شده‌اند. وویجر از ۳ محور اصلی ساخته شده که روی یکی از آنها و ژیروسکوپ ها و راکت ها برای حفظ تعادل و جهت یابی وویجر نصب شده است. یکی از محورها هم نقش آنتن رادیویی را بازی می کند که همواره به سمت زمین جهت گیری شده است. روی محور سوم هم یازده وسیله آزمایشی نصب شده که اطلاعات را جمع آوری می کنند. البته از این وسایل هم اکنون تنها پنج تای آنها به فعالیت مشغولند و بقیه خاموش‌اند. این تجهیزات توسط یک کامپیوتر مرکزی به نام FDS هدایت می‌شوند.

یک جفت دوربین دیجیتال با هشت نوع فیلتر نیز بر روی وویجر نصب شده است که یکی از آنها با کیفیت کمتر برای عکسبرداری های زاویه باز و دیگری با کیفیت بالا و لنز قوی برای فوکوس کردن روی اشیای کوچک طراحی شده اند.ژنراتور رادیو ایزوتوپ حدود ۳۱۵ وات توان لازم برای فضاپیما را تهیه می‌کند. که البته روز به روز از قدرت آن کاسته می‌شود. طیف سنج فرابنفش وویجر تا سال ۲۰۰۳ فعال بود و بعد از آن به دلیل صرفه جویی در مصرف برق از کار انداخته شد.

ژیروسکوپ های وویجر ها آنها را قادر می سازند که هر سال شش بار به دور خود بچرخند. البته در اثر اصطکاک این عمل در سال ۲۰۱۰ برای وویجر۲ و در سال ۲۰۱۱ برای وویجر۱ متوقف می شود و به این ترتیب قسمت های مغناطیس سنج وویجر هم از کار می افتند اما دوربین ها تا پایان یافتن انرژی ژنراتور به فعالیت ادامه می‌دهند. در این ژنراتور از ایروتوپ پلوتونیوم ۲۳۸ برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود که نیم عمر آن ۸۵ سال است. این ژنراتور در ابتدا ۴۷۰ وات برق DC با اختلاف پتانسیل ۳۰ ولت تولید می کرد که با توجه به نیم عمر پلوتونیوم پس از ۲۳ سال قادر به تولید ۳۱۵ وات برق خواهد بود که حداقل توان لازم برای وویجرها است. در اوایل سال ۲۰۰۱ توان ژنراتور وویجر۱ به ۳۱۵ و وویجر۲ به ۳۱۹ وات رسید و تعداد زیادی از تجهیزات این فضا پیماها توسط کامپیوتر مرکزی آنها از کار افتادند تا دوربین ها بتوانند همچنان به کار بپردازند.

▪ وویجر ۱

فضا پیمای وویجر۱ با ۸۱۵ کیلوگرم وزن در روز ۵ سپتامبر ۱۹۷۷ از پایگاه فضایی کندی در کیپ کارناوال فلوریدا به فضا پرتاب شد. گروهی از محققان دانشگاه کلتک و ناسا مسئولیت برنامه‌ریزی هر دو فضاپیمای وویجر را از آزمایشگاه نیروی پشتوانه موشکی ناسا (JPL) بر عهده دارند. وظیفه وویجر۱ عکسبرداری و مطالعه مشتری، کیوان، اقمار آنها و حلقه های آنها بود. همچنین این فضا پیما وظیفه سنجش میزان ذرات خورشیدی و بار های خورشیدی را در فضای بین سیارات بر عهده داشت.

عکسبرداری از مشتری از ژانویه ۱۹۷۹ آغاز شد. وویجر در ماه مه همان سال به کمترین فاصله از مشتری یعنی ۳۵۰ هزار کیلومتری سطح آن رسید. عکسبرداری از مشتری و اقمار آن تا آوریل سال بعد ادامه داشت اما وویجر توانست در کمتر از ۴۸ ساعت تمام ویژگی های فیزیکی مشتری را که از او خواسته بودند، مثل میدان مغناطیسی، ویژگی های جوی و خواص الکتریکی سطح و حلقه‌ها را کشف و مخابره کند. از مهم ترین کشفیات وویجر۱ یافتن آتشفشان های گوگرد روی سطح قمر «یو» (از اقمار مشتری که توسط گالیله کشف شده بود.) بود که پیش از آن در فعالیت‌های اکتشافی فضا پیماهای «پایونیر» ۱۰ و ۱۱ کشف نشده بود. وویجر۱ با کمک گرفتن از میدان گرانشی مشتری به سمت کیوان رفت و در نوامبر ۱۹۸۰ به آن سیاره رسید. کمترین فاصله وویجر۱ با کیوان تنها ۷۷ هزار کیلومتر بود. ساختار های پیچیده حلقه های زحل و اتمسفر تایتان (قمر کیوان که بسیار شبیه زمین خودمان است!) از کشفیات قابل توجه وویجر۱ بود. عکسبرداری از تایتان آخرین ماموریت سیاره ای وویجر۱ بود و بعد از آن به سمت فضای خارج از سیارات رفت.در دهه ۱۹۹۰ وویجر با سبقت گرفتن از پایونیر ۱۰ تبدیل به دورترین ساخته دست بشر از زمین شد. پیش از پایونیر ۱۰ که در ماه مارس ۱۹۷۲ برای مطالعه روی کمربند خرده سیارکی به فضا پرتاب شده بود، این نقش را بر عهده داشت.پایونیر ۱۰ در سوم دسامبر ۱۹۷۳ نخستین تصویر close-up از سطح مشتری را به زمین ارسال کرده است.وویجر۱ هم اکنون در حدود ۲/۱۴ میلیارد کیلومتر (حدود ۱۳ ساعت نوری) با زمین فاصله دارد و در ناحیه ای قرار دارد که «شوک نهایی» نامیده شده و آخرین نقطه سامانه خورشیدی است. پس از آن از منظومه خورشیدی خارج شده و وارد فضایی می‌شود که «هلیوسهت» نام دارد.

▪ وویجر۲

چند هفته پس از وویجر،۱ وویجر۲ در ۲۰ آگوست ۱۹۷۷ به فضا پرتاب شد. ماموریت اصلی آن مطالعه روی اورانوس و نپتون بود. اما برای ادامه حرکت نیاز به استفاده از نیروی گرانش مشتری داشت. در ۹ جولای ۱۹۷۹ وویجر۲ به کمترین فاصله از مشتری رسید و در ۲۵ آگوست ۱۹۸۱ به کمتر فاصله از کیوان رسید. توانست دمای کیوان را با حداقل ۷۰ کلوین و حداکثر ۱۴۳ کلوین و فشار حداقل ۷۰ میلی بار و حداکثر ۱۲۰۰ میلی بار اندازه گیری کند. پس از عکسبرداری از تایتان به سمت اورانوس رفت. سیاره ای که محور چرخش وضعی آن نسبت به محور چرخش مداری ۷/۹۷ درجه تمایل دارد. وویجر۲ ، ۱۰ قمر جدید اطراف اورانوس کشف کرد و در ۲۴ ژانویه ۱۹۸۶ به کمترین فاصله از سطح اورانوس رسید.

وویجر۲ در ۲۵ آگوست ۱۹۸۹ به کمترین فاصله از نپتون رسید و کشفیات جالبی در مورد این سیاره و قمر معروف آن «تریتون» انجام داد. وویجر۲ هم اکنون ۴/۱۰ میلیارد کیلومتر از ما فاصله دارد.

▪ پیام‌های وویجر

بر روی هر دو وویجر یک قرص طلایی نصب شده که یک طرف آن نقش صفحه گرامافون را بازی می‌کند. بر روی آن پیام «سلام» به ۵۳ زبان زنده دنیا و ۲ زبان که حدود ۵ هزار سال پیش منقرض شده‌اند، ضبط شده است. همچنین روی این صفحه گرامافون حدود ۹۰ دقیقه آهنگ از سمفونی‌های معروف بتهوون و باخ گرفته تا موسیقی محلی آذربایجان، سنگال و مکزیک ضبط شده است.پیش از این بر روی فضاپیمای «پایونیر۱۰» تصاویر کامل انسان و مکان زمین بر روی منظومه شمسی درج شده بود. اما به دلیل اعتراض کلیسای آمریکا مبنی بر اینکه ناسا با پول مالیات دهندگان عکس های پورنوگرافی به فضا می فرستد [!!!] این بار حدود ۱۱۵ تصویر به صورت دیجیتال روی وویجر ضبط شده اند که البته طریقه خواندن آنها پشت همان لوح طلایی درج شده است. از دیگر صداهای ضبط شده روی این صفحه صدای پرندگان و وال است.بر پشت هم نقشه‌ای از منظومه خورشیدی و مکان زمین روی آن و انرژی اولین و دومین برانگیختگی اتم هیدروژن و همین طور نحوه خواندن تصاویر و اصوات درج شده است. صداها به صورت کدهای دوتایی (صفر و یک) روی لوح ضبط شده اند که فاصله زمانی هر کدام از آنها در هنگام چرخش حدود هفت دهم نانوثانیه است که زمان گذار اصلی در اتم هیدروژن است.اما آن چیزی که جالب توجه است، این است که با توجه به سرعت وویجر۱ بیش از ۴۰ هزار سال طول می کشد که این فضاپیما به نزدیک اولین ستاره برسد. شاید تا آن زمان دیگر هیچ اثری از بشر روی زمین نباشد. به این ترتیب این وویجرها خواهند بود که رسالت معرفی بشر و دستاوردهای علمی او را به هر نوع حیات فرازمینی (بر فرض وجود) برعهده خواهند داشت.

نویسنده: آقای مهدی صارمی

WEBLINKS

• Cassini-Huygens, JPL

• Cassini-Huygens, NASA

• Cassini-Huygens, ESA

• Cassini, SEDS

• Multimedia tour of solar system

• Galileo probe, NASA

• Voyager mission, NASA