Naar de content

De wonderbaarlijke reis van Voyager

“De 36 jaar oude bandrecorder doet het nog steeds.”

Een artistieke weergave van het Voyager in de ruimte.
Een artistieke weergave van het Voyager in de ruimte.
NASA/JPL-Caltech

Vertrokken om Jupiter en Saturnus te onderzoeken, maar inmiddels het verst verwijderde object ooit door mensen gemaakt: Voyager 1 is samen met zustersonde Voyager 2 de langstlopende ruimtemissie aller tijden; en ze werken nog steeds…

Ook Voyager 2 het zonnestelsel uit

Nadat Voyager 1 in 2012 al het zonnestelsel verliet, was het in 2018 de beurt aan Voyager 2. Op 10 december 2018 kondigt NASA aan dat de nog werkende instrumenten aan boord van de 41 jaar oude sonde begin november onder andere een sterke afname van de zonnewind waarnamen. Dat is kenmerkend voor de zogenoemde heliopauze. Dit is het gebied waar de stroom van geladen deeltjes uit de zon (de zonnewind) wordt gestopt door de stroom van geladen deeltjes van buiten het zonnestelsel.

De heliopauze is overigens een door de mens gekozen grenslijn voor het zonnestelsel. Neem je de Kuipergordel of de nog verder gelegen Oortwolk in ogenschouw, dan hebben de Amerikaanse sondes het zonnestelsel nog lang niet verlaten. En zullen daar ook de komende duizenden jaren niet in slagen.

Voyager 1 en 2 werden in 1977 gelanceerd en zijn met 41 jaar de langst lopende missie van NASA. Er is nog regelmatig contact met de sondes, die respectievelijk zo’n 22 miljard en 18 miljard kilometer van de aarde zijn verwijderd. Zolang de instrumenten en de thermonucleaire batterijen het uithouden kan de missie worden verlengd. Enkele jaren geleden sprak NEMO Kennislink al met Don Gurnett, die een van de instrumenten van de ruimtesondes ontwierp.

25 augustus 2012 was een historische dag die vrijwel onopgemerkt voorbij is gegaan. Ruimtesonde Voyager 1 verliet het zonnestelsel, en passeerde als eerste door mensenhanden vervaardigd object de zogenoemde heliopauze: de grens die de invloedssfeer van de zon markeert. Het is op die plek waar stroom van geladen deeltjes uit de zon – de zonnewind – tot stilstand wordt gedwongen door een tegengestelde ‘wind’ uit de interstellaire ruimte.

Het heeft even geduurd voordat de in 1977 gelanceerde sonde deze vermeende ‘rand van ons zonnestelsel’ had bereikt, en het duurde eveneens lang voordat daadwerkelijk was vastgesteld dat Voyager in de interstellaire ruimte was. Een gebrek aan duidelijke metingen gooide steeds roet in het eten. Pas in het najaar van 2013 durfden wetenschappers het definitief te bevestigen.

De heliosfeer geeft het gebied weer waar de stroom geladen deeltjes uit de zon domineert over de stroom geladen deeltjes uit de interstellaire ruimte.

De heliosfeer (in blauw) geeft het gebied weer waar de stroom geladen deeltjes uit de zon (de zonnewind) domineert over de stroom geladen deeltjes uit de interstellaire ruimte (oranje pijlen). De zon veroorzaakt met haar beweging door de Melkweg een soort ‘boeggolf’ van geladen deeltjes (goud oplichtend).

 ESA/C. Carreau

Kees de Jager, Nederlands astronoom die zich nog goed de lancering van de sondes kan herinneren in de jaren 70, vindt het niet gek dat er de afgelopen jaren onduidelijkheid was over de locatie van Voyager 1 in ons zonnestelsel. “De regio waar de sonde zich bevindt is een overgangsgebied, ons zonnestelsel heeft wat dat betreft geen duidelijke grens. We kunnen de zon vergelijken met een schip dat door de Melkweg zeilt. De rand van de heliosfeer is dan de boeggolf, en net zoals op zee houdt die golf niet opeens op.”

De missie die steeds langer werd

Op 5 september 1977 ging hij de lucht in, Voyager 1, van lanceerplatform 41 op Cape Canaveral in Florida. Twee weken daarvoor was zustersonde Voyager 2 al gelanceerd. “We hoopten in eerste instantie Jupiter te halen”, zegt Don Gurnett, professor van de Universiteit van Iowa en ontwerper van een van de instrumenten van de Voyagers. “De naam van de missie was toen nog Mariner: Jupiter & Saturn mission.”

Een afbeelding van Neptunus gemaakt door het ruimtevaartuig van de NASA.

De enige sonde die Neptunus tot nu toe bezocht was Voyager 2 in 1989.

 NASA via Publiek domein

“Zeker, we wilden als wetenschappers meer,” vervolgt Gurnett, “we wisten dat het met Voyager 2 mogelijk was om ook Uranus en Neptunus te bezoeken. Dat kwam door een bijzondere samenstand van alle buitenste planeten (Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus), maar de politieke leiders van toen vonden zo’n grand tour te duur…”

De politici kwamen daar jaren later van terug, toen de missie al in volle gang was. Voyager 1 en 2 bleken uiterst succesvol. Ze deden voor het eerste van dichtbij metingen aan het magneetveld van deze planeten, en uit radiometingen kon bijvoorbeeld de draaisnelheid van de hemellichamen bepaald worden.

Maar de missie leverde bovenal spectaculaire close-ups op van werelden die tot dan toe zo ver weg waren geweest. “Zo zagen we bliksem op Jupiter!” zegt Gurnett enthousiast. “Dat was het eerste bewijs dat het ook op andere planeten dondert.” Opeens was er begin jaren ’80 wél geld voor een verlenging van de missie en Voyager 2 werd richting Uranus en Neptunus gedirigeerd, een reis die vanaf toen bijna tien jaar zou duren.

In 1989, nadat Voyager 2 de buitenste planeet Neptunus was gepasseerd, bleek er zelfs nog meer in het vat te zitten. Een bezoek aan de verre dwergplaneet Pluto helaas niet, maar men besloot de sondes in leven te houden en op zoek te gaan naar de randen van de invloedssfeer van de zon. Een grens die volgens inschattingen nog zeker vier maal verder reizen zou zijn als de tot dan toe afgelegde afstand. “Overigens was die grens altijd al onderwerp van discussie”, zegt Gurnett. “Bij de lancering van de Voyagers dachten sommige astronomen nog dat de heliopauze net achter de baan van Jupiter zou liggen.”

Een artistieke weergave van het Voyager in de ruimte.

Impressie van een Voyager-sonde in de ruimte.

 NASA/JPL-Caltech

De ruimte tussen de sterren

Gurnett en collega’s publiceerden in 1993 een artikel in Science waarin ze uitrekenen dat de heliopauze tussen de 116 en 177 astronomische eenheden (AU) zou liggen. Ze deden dat op basis van radiometingen vanaf de aarde. “Maar weinig astronomen geloofden ons”, zegt Gurnett. “Men dacht dat de heliopauze veel dichterbij moest zijn. De echte doorslag kon eigenlijk pas gegeven worden door ruimtesondes ter plekke, zoals de Voyagers. Maar Voyager 1 [red: de snelste van de twee sondes] was op dat moment pas 35 AU van de zon verwijderd.”

Jaren verstreken en Voyager 1 bleef keurig gegevens naar de aarde terug sturen, terwijl hij met een constante 17 kilometer per seconde (3,6 AU per jaar) de buitenste regionen van het zonnestelsel naderde. Wetenschappers als Gurnett zaten met smart te wachten op het moment dat de sensors van Voyager 1 iets ongewoons zouden meten. Iets wat zou kunnen duiden op de rand van ons zonnestelsel. Bijvoorbeeld een toename van de hoeveelheid kosmische straling, een veranderend magnetisch veld of – misschien wel de belangrijkste indicator – een toename van het aantal geladen deeltjes ter plekke (oftewel het plasma). Dat laatste zou namelijk duiden op de eerder genoemde ‘boeggolf’ van het zonnestelsel.

In mei 2012 begon Voyager 1 steeds meer kosmische straling van buiten het zonnestelsel te meten en ook de zonnewind zwakte gestaag af. In juli van dat jaar werden die veranderingen nog duidelijker. Echter, na verloop van tijd keerden die waarden weer terug naar normaal. De heliopauze moest dichtbij zijn, maar de sonde was er nog niet. Desalniettemin speculeerden wetenschappers en media intussen al (meerdere malen) dat Voyager 1 het zonnestelsel uit was.

Pas in 2013 kwam de doorslag. In april van dat jaar waren wetenschappers in staat een cruciale meting te doen aan de dichtheid van het plasma rondom Voyager 1, dankzij onze zon. Een flinke opleving van de zonneactiviteit veroorzaakte schokgolven door de zee van geladen deeltjes in heliosfeer. Het waren die golven die te detecteren waren met het zogenoemde plasma wave instrument aan boord van Voyager. Zo kon ook de dichtheid van het plasma in de directe omgeving van de sonde bepaald worden. En die bleek plots wel veertig keer hoger te zijn dan bij eerderde metingen het geval was: een belangrijke indicatie dat Voyager 1 de heliosfeer al had verlaten.

Gurnett en collega’s doken in de data die Voyager in de maanden daarvoor had verzameld. Ze konden aan de hand van eerdere, veel zwakkere plasmaschokken bepalen wanneer de sonde in het dichtere plasma terecht was gekomen. Ze kwamen uit op augustus 2012. Bovendien werd op 25 augustus een flinke piek waargenomen in de hoeveelheid kosmische straling die Voyager oppikte. De wetenschappers twijfelden geen moment: op 25 augustus 2012 had Voyager 1 het zonnestelsel verlaten. Op een afstand van 121 AU.

“Het enige wat we niet waarnamen is een verandering van de richting van het magnetische veld”, zegt Gurnett. “Dat werd wel voorspeld. De richting van het magnetisch veld lijkt nu irrelevant te zijn als het gaat om het einde van de heliopauze.”

Een illustratie van Nasa van Voyager 2 heliosfeer.

De locaties van de twee Voyager-sondes. Terwijl Voyager 2 (onder) nog in de overgangszone zit die leidt naar de interstellaire ruimte is Voyager 1 (boven) al voorbij de zogenoemde heliopauze, de buitenste grens van waar onze zon nog invloed heeft met haar zonnewind.

 NASA/JPL-Caltech

Verste object

Begin 2014, ruim 36 jaar na de lancering, is Voyager 1 het verst verwijderde door mensen gemaakte object. Het is nu pak ‘m beet 19 miljard kilometer van de aarde verwijderd. Voyager 2 gaat een andere richting op met een iets lagere snelheid, toch is ook zijn afstand tot de aarde een respectabele 15 miljard kilometer.

Voyager 1 én 2 werken beide nog en volgens NASA kan de missie nog jaren verlengd worden. Pas rond 2025 zijn de nucleaire batterijen van de sondes zo leeg dat geen enkel instrument meer werkt, aldus inschattingen. Gurnett laat lachend weten dat zelfs de bandrecorder aan boord – bedoeld om data van de instrumenten tijdelijk op te slaan – nog steeds werkt. Het lukte de wetenschappers vorig jaar ook nog om Voyager 1 op commando om zijn as te laten draaien om de richting van het magneetveld te bepalen.

Maar wat kunnen we nog verwachten van de sondes? Natuurlijk moet ook Voyager 2, die een paar miljard kilometer ‘achterloopt’ op Voyager 1, nog door de heliopauze gaan. Gurnett doet hardop een rekensommetje en denkt dat dit over ongeveer zeven jaar gebeurt. “Misschien al iets sneller.”

Gurnett: “Overigens zeggen veel mensen dat Voyager 1 het ‘zonnestelsel’ heeft verlaten, dat klopt eigenlijk niet. Het reikt veel verder dan de plek waar Voyager 1 nu is.” Zo is er bijvoorbeeld de vermeende Oortwolk, de verzameling van komeetachtige objecten die zich op een afstand van 3000 tot wel 100.000 AU rondom de zon zou bevinden. Zelfs met de enorme snelheid van Voyager duurt het tienduizenden jaren om daar doorheen te vliegen. Daarna heeft de sonde het zonnestelsel echt verlaten en is het een ambassadeur geworden van de mensheid voor wie hem ooit zal vinden.

http://www.youtube.com/watch?v=L4hf8HyP0LI

ReactiesReageer