Annonceinfo

Solsystemets magnetiske bobler

Målinger fra NASA's Voyager-sonder har afsløret, at Solsystemets yderste grænse formentlig er et oprørt hav af magnetiske bobler.

De to Voyager-sonder ved Solsystemets grænse - illustration: NASA/JPL-Caltech

NASA's to Voyager-rumsonder befinder sig ved Solsystemets yderste grænse. Voyager 1 befinder sig 17,6 milliarder km fra Solen og Voyager 2 befinder sig 14,3 milliarder km fra Solen.

Selvom sonderne har været undervejs siden 1977 sender de stadig data tilbage til forskerne på Jorden. Data, der giver et enestående indblik i forholdene ved grænsen mellem Solsystemet og rummet mellem stjernerne - det interstellare rum.

Nu har en ny computeranalyse af data fra Voyager-sonderne afsløret, at Solens magnetfelt ved den yderste grænse tilsyneladende består af enorme bobler.

160 millioner km brede

Solens magnetfelt strækker sig ud gennem hele Solsystemet og indhyller det i en gigantisk magnetisk boble kaldet heliosfæren.

Grænsen til det interstellare rum er der, hvor Solens magnetiske indflydelse stopper. Computeranalysen af Voyager-data viser, at Solens magnetfelt her danner bobler, der er omkring 160 millioner km brede.

Forskerne mener, at boblerne opstår, når de magnetiske feltlinier fra Solen reorganiserer sig. Computermodellen tyder på, at de magnetiske feltlinier bryder op og danner strukturer, der er afkoblede fra Solens magnetfelt.

En bedre forståelse af, hvordan Solens magnetfelt opfører sig ved den yderste grænse vil blandt andet øge vores viden om, hvordan energirige partikler - såkaldt kosmisk stråling - trænger ind i Solsystemet.

Partnerartikel

Artiklen bringes i samarbejde med: Tycho Brahe Planetarium

Tycho Brahe Planetarium

Tycho Brahe Planetarium
Gl. Kongevej 10
1610 København V

Videnskab.dk samarbejder med Tycho Brahe Planetarium.

Tycho Brahe Planetarium leverer lærerig underholdning til hele familien.

Rumteatret er Planetariets hjerte, der med sit 1.000 kvadratmeter store lærred leverer en helt særlig filmoplevelse. 

Astrofysiker Michael J.D. Linden-Vørnle skriver nyheder om rummet for Planetariet. Nyhederne bringes her på Videnskab.d.k 

Re: Historien om Voyagersonderne - den lange rejse

Glimrende gennemgang, Karsten.

Jeg har dog et par tilføjelser (som jeg husker det), ikke nødvendigvis relateret til selve Voyager projektet.

'Rumprogrammet' i 60'erne var simpelthen en p*-måling mellem øst og vest blokken, og ideen med at sende en mand til månen var en følgevirkning af, at russerne var først med en mand i rummet.

(Tænk ICBM og den kolde krig).

Denne epoke, til trods for atomtruslen, førte til mange landvindinger.

Tænk f.eks. på SR-71 - 'highest ever, fastest ever' - vistnok stadigvæk.

Endvidere førte det til 'The allmighty Saturn V':
http://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V
Så din sentens med 'datidens raketter' holder ikke helt vand, men den blev udfaset før Voyager projektet.

'Nedskæringerne' i '70-erne ser jeg mere som et resultat af, at man formåede at give 'russerne' baghjul.

MHT computere lyder det som om du er overrasket over formåen i slut '70-erne.

Men et er offentligt kendskab, et andet er stadiet for 'kunnen'.

Jeg er så heldig, så jeg er 'oplært' i HP (Palo Alto), og havde adgang til interne oplysninger, også produkter for de næste 5 år.

På det tidspunkt havde HP fungerende, og færdige produkter, der først skulle markedsføres inden for de næste 5 år (eller hvis 'konkullegaen' tog det første skridt).

Der er jo ingen der er interesseret i at markedsføre ny teknologi før det eksisterende har udtjent sin værnepligt.

Nåh, det er fortid, men jeg kan godt love at HP-verdenen (inside) lå meget langt fra datidens hulkortbaserede undervisning.

Historien om Voyagersonderne - den lange rejse

Voyager 1 blev opsendt 5. september 1977. Den nåede Jupiter 5. marts 1979 og Saturn 12. november 1980. Derefter ændrede dens kurs sig på grund af tyngdekraftpåvirkningen fra Saturn, og den tog retning ud af Solsystemet. Voyager 2 blev opsendt 20. august samme år og nåede Jupiter 9. juli 1979, Saturn 25. august 1981, Uranus 24. januar 1986 og Neptun 24. august 1989, hvorefter også den satte kursen mod udkanten af Solsystemet og ud i Universet.

For USA's civile rumfartsadministration (NASA) var tresserne en oplevelsernes tid; en tid med fremgang og håb. Astronauter fløj i kredsløb om Jorden, ubemandede rumfartøjer kortlagde Månen og de inderste planeter, og den daværende amerikanske præsident John F. Kennedy (1917-1963) opfordrede Amerika til at sende en mand til Månen inden årtiets udgang. NASA rettede blikket ud mod Solsystemets yderste planeter - mod de kæmpemæssige gasplaneter Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. De yderste planeter var hvide pletter på rumkortet, fulde af ubekendte størrelser, men dette var netop grunden til, at NASA ønskede at udforske dem, for NASA-forskerne hældte til den anskuelse, at gasplaneterne lå inde med svaret på spørgsmål såsom "hvordan Solsystemet blev dannet” og "hvorvidt livet kan gå videre udenfor Jorden".

Rent praktisk var der utallige problemer forbundet med at sende et rumfartøj på en rejse så lang, at lyset er over fire timer om at nå fra Jorden til Neptun, der er den yderste af de fire gasplaneter. Ingen vidste, om et rumfartøj kunne slippe helskindet gennem asteroidebæltet, der ligger mellem Mars og Jupiter, eller om det kunne slippe gennem Jupiters strålingsbælter eller gennem Saturns ringsystem, der består af milliarder af ispartikler. Eller om fartøjets instrumenter, hvis det overlevede disse faremomenter, ville fungere efter mange års ophold i isnende kulde i det ydre rum.

Det største problem var dog selve afstanden. Med datidens raketter var det lige akkurat muligt at nå Solsystemets indre planeter: Merkur, Venus og Mars. Men for at kunne sende et rumfartøj til Neptun, der ligger i en afstand af 4½ milliard kilometer fra Jorden, skulle man bruge en raket, der var 10 gange så høj som Rundetårn. Og rejsen i sig selv ville vare 30 år. De yderste planeter forekom NASA-teknikerne at ligge gemt bag en mur af afstand, der ikke lod sig forcere i deres levetid.

Løsningen på problemet skulle vise sig at være tyngdekraften, den kraft der holder sammen på Solsystemet. Hidtil var tyngdekraften blevet betragtet som en forhindring; noget som raketmotorerne skulle overvinde. Men for to unge forskere på Jet Propulsion Labora- tory (JPL) i Californien, Mike Minovitch og Gary Flandro, var tyngdekraften en forbunds- fælle. Den kunne sende et rumfartøj fra den ene planet til den anden. Selvom Minovitch's nærmeste overordnede fandt, at hans forsøg på at overtræde fysikkens love nærmest var spild af tid, begyndte han at arbejde sent om aftenen, hvor det var nemmere at få adgang til JPL's computersystem.

Forskerens stædighed blev belønnet. Det lykkedes ham at bevise, at adgangskortet til de yderste planeter var Jupiters tyngdekraft. På samme måde som i filmen "Rumrejsen år 2001", hvor astronauten Dave Bowmans rumskib ender i et usynligt hul nær Jupiter og sendes ind i en anden galakse, kan et rigtigt rumfartøj sendes fra Jupiter og videre til en anden del af Solsystemet. Essensen ved det hele var at få rumsonden anbragt i tid og rum på en sådan måde, at den ramte et bestemt punkt nær Jupiter, hvor kæmpeplanetens tyngdekraft ad en korridor i rummet ville sende den videre til en ny planet. Kun rejsen til Jupiter kostede brændstof. Rejsen til næste planet var gratis.

Det var Gary Flandro, der omsatte disse revolutionerende tegnebrætteorier til en handlingsplan for en rejse til de yderste planeter. Han opdagede, at der bestod en ganske ene- stående mulighed for at sende et rumfartøj ud til alle de store gasplaneter. Fra 1976 til 1980 ville de yderste planeter nemlig ligge således placeret i forhold til hinanden, at et rumfartøj kunne slå smut fra Jupiter til Saturn, fra Saturn til Uranus og fra Uranus til Neptun - og det på blot 10 år. Flandro gav sit projekt navnet The Grand Tour, Den Lange Rejse. Nu kunne man forcere muren til de yderste planeter, men kun i de fem år fra 1976 til 1980. Derefter ville den atter blive uoverstigelig, for det ville vare 176 år, før planeterne igen ville få en sådan indbyrdes placering.

Ved udgangen af tresserne havde JPL udarbejdet en række ambitiøse planer for hele fire meget avancerede rumfartøjer, der skulle gennemføre Flandros lange rejse. NASA's
officielle holdning var, at projektet var en teknologisk og videnskabelig styrkeprøve af heroiske dimensioner. Uformelt var projektet tilpas udfordrende til at pirre befolkningens forestillingsevne og overtale de bevilligende myndigheder i Kongressen til at lægge de milliarder af dollars på bordet, som et sådant eventyr ville koste. Men ved udgangen af tresserne tegnede situationen knap så rosenrødt for NASA. Vietnamkrigen havde udhulet USA's økonomi. Landet kunne ikke længere tillade sig ambitiøse rumprojekter til milliarder af dollars. Og i januar 1972 meddelte præsident Richard M. Nixon så, at The Grand Tour var blevet skrinlagt.

For JPL, der havde stået for en række vellykkede opsendelser af rumfartøjer til de indre planeter, og som havde håbet at blive jordstation i forbindelse med udforskningen af hele Solsystemet, kom afgørelsen som et knockout. Hvis The Grand Tour var blevet til noget, ville hver eneste planet i Solsystemet med undtagelse af Pluto være blevet udforsket af JPL's rumfartøjer.

Den omstændighed, at NASA og Nixon havde sat en stopper for The Grand Tour for at kunne financere rumfærgeprojektet, der stadig befandt sig på tegnebrættet, gjorde det ikke spor nemmere for JPL at forliges med situationen. Mange på JPL betragtede det bemandede rumfærgeprogram som et udslag af ødselhed, der lagde beslag på penge, som skulle bruges til rigtig udforskning af rummet. På JPL-sprog var dette ensbetydende med at sen- de ubemandede rumfartøjer ud i Solsystemet for at hente tilstrækkeligt mange oplysninger til, at forskerne blev holdt ved ilden.

I 1975 tiltrådte Charley Kohlhase en ny stilling hos JPL efter at have forestået de to Viking-sonders vellykkede landing på Mars. Kohlhases nye projekt fik betegnelsen "Mariner Jupiter-Saturn 1977", men blev senere omdøbt til Voyager. Planen var at sende to rumfartøjer til Saturn i 1977.

Kohlhases første opgave var at reducere omkring 10.000 mulige baner til de to, hvorfra rumfartøjerne bedst kunne udforske Jupiter og Saturn. Hvert rumfartøj skulle nå Jupiter på et nærmere angivet tidspunkt og på et nøjagtigt fastlagt sted i rummet. De skulle foretage observationer under præcist definerede forhold; f.eks. måtte TV-kameraerne aldrig pege mod Solen, og antennerne skulle altid være rettet mod Jorden. De skulle kunne overleve Jupiters strålingsbælter og eventuelle ringsystem og derefter passere det punkt - og igen på et præcist tidspunkt - hvorfra de ved hjælp af tyngdekraften kunne fortsætte mod Saturn til at andet ligeså præcist fastlagt møde.

Det var under dette arbejde, at Flandros Grand Tour igen blev halet op af mølposen.
Selvfølgelig kendte Kohlhase til Flandros projekt, og da banerne blev udstukket, sikrede han sig, at et af Voyagerfartøjerne kunne fortsætte til Uranus og Neptun. Så var han forberedt, såfremt der på et senere tidspunkt blev givet tilladelse og bevilling. Det krævede en masse planlægning. Der findes kun én korridor, hvoraf man ved hjælp af tyngdekraften kunne komme videre til den næste planet i rækken. Der var én ved Jupiter, én ved Saturn, én ved Uranus, og der er endda også en korridor, af hvilken rumfartøjet kan komme videre til Pluto, men den lå ikke korrekt på det tidspunkt. Til sidste lykkedes det for Kohlhase og hans forskerkolleger at fastlægge et par baner, der gav de bedste muligheder for at hente videnskabelige oplysninger ned fra Jupiter og Saturn og samtidig holde muligheden for Uranus og Neptun åben. Det var det nærmeste nogen i projektet kom på The Grand Tour.

Det første Voyagerfartøj, Voyager 1, skulle flyve ganske tæt på Jupiter. Dermed risikerede det at få en ødelæggende strålingsdosis. Det var dog nødvendigt for at få gode nærbilleder af Jupiter og dens mystiske måne Io. Hvis fartøjet overlevede, skulle det fortsætte ud forbi Saturns største måne, Titan, og videre gennem Saturns ringsystem, hvor det risikere- de at blive ødelagt. Denne del af færden fik betegnelsen "den risikable rejse".

Lykkedes det ikke for den første Voyagersonde at sende oplysninger fra Saturn til Jorden, skulle Voyager 2 omdirigeres til nærkontakt med Titan, hvorved den ville gå glip af korridoren, hvoraf den kunne fortsætte mod Uranus. Hvis derimod Voyager l - og det var netop pointen i det hele - fik held med sit forehavende, skulle Voyager 2 fortsætte forbi Jupiter udenfor den værste del af strålingsbæltet, nå frem til Saturn udenfor ringsystemet og præcist ramme det punkt, hvorfra den kunne nå Uranus. Dermed holdtes
Uranusmuligheden åben, og tanken om The Grand Tour blev bevaret. Det var dog fortsat kun en mulighed, for ingen vidste, om den kunne gennemføres.

Sammenlignet med de meget avancerede og højteknologiske rumfartøjer, som forskerne bag The Grand Tour havde i tankerne, blev Voyager'ne en blanding af forhåndenværende planer, komponenter fra tidligere rumfartøjer og et vist mål af ny teknologi dikteret af behovet for at fungere i udkanten af Solsystemet. Voyager blev et praktisk projekt, snarere en varebil i stedet for en luksuriøs sportsvogn. Den var forsynet med atomgeneratorer til energiforsyningen, idet solceller ikke ville være til særlig gavn helt ude ved Neptun, der kun modtager 1/1000 af det sollys, der rammer Jorden. Der var gasdrevne raketter til justering af kursen, apparatur til navigering efter stjernerne, radiomodtagere og sendere, samt en fire meter stor parabolantenne til kontakt med Jorden. Desuden var der fem computere, hvoraf nogle af delene var reservedele fra Vikingsonderne, og der var en halv snes andre former for udstyr til brug for det videnskabelige udforskningsarbejde. Voyager vejede kun knap 1 ton, men indeholdt over 65.000 enkeltdele og var på det tidspunkt den mest avancerede indretning, der nogensinde var blevet sendt ud i rummet.

Ude mellem de ydre planeter måtte et rumfartøj kunne klare sig selv. Jordkontrollen
kunne under ingen omstændigheder yde akut hjælp. Såfremt Voyager afsendte et nødråb ude fra Neptun, ville det være over fire timer om at nå JPL. Det problem løste man bl.a. ved at sørge for back-up for hver eneste afgørende komponent. Som i en anden Noahs Ark var der to af hver del i Voyager. To sæt styreraketter, to sæt radiosendere og modtagere, to stjernenavigationskameraer og to solsensorer. Men selv denne dobbeltsikring var ikke nok. Voyager skulle reagere selvstændigt i en sådan grad, at sonden selv skulle kunne skride til handling, hvis der opstod et problem. Rumfartøjet skulle udstyres med en hjerne og tilføjes et overlevelsesinstinkt. Før Voyagers tid var rumfartøjernes computere fastprogrammerede. De kunne kun udføre de funktioner, de var forudprogrammeret til før opsen delsen. De kunne ikke tilpasse sig ændrede forhold, og de kunne heller ikke omprogrammeres undervejs.

Der blev lagt ikke færre end syv fejl-rutiner ind i Voyagers computere, og hver af dem kunne reagere på en lang række mulige fejl. Opgaven bestod i at skabe en kunstig hjerne, der gjorde rumfartøjet i stand til at passe på sig selv. Hvis fartøjet opdagede et problem, skulle det lukke automatisk ned på ganske få sekunder og fortsætte i en slags "sikker dvaletilstand" indtil jordkontrollen kunne klare problemet.

Noget, som gjorde Voyager til et stærkere fartøj end forgængerne, var den omstændighed, at de kunne omprogrammeres. Når der tidligere var opsendt et rumfartøj, kunne der ikke ændres noget, men hos Voyager var det muligt at ændre softwaren.

Når der er tale om en så lang og kompliceret færd som Voyagers, er ét computerprogram ikke nok. Utallige videnskabelige instrumenter skal til- og frakobles. Millioner af oplysninger skal lagres og sendes tilbage til Jorden på det rette tidspunkt, og der er en mængde dublerede data at tage vare på. Omprogrammeringen var også nødvendig i tilfælde af fejl, for 12 år er lang tid, og fejl kunne ikke undgås, og det kunne blive nødvendigt at tilpasse sonden eventuelle ændringer på vej mod målet. Men ikke nok med at computerne kunne omprogrammeres efter ønske og behov. Nyudviklet teknologi i løbet af de tolv år betød, at omprogrammeringen faktisk opgraderede computeren, så den blev langt mere avanceret end ved opsendelsen.

Den 20. august 1977 blev det første Voyagerfartøj opsendt mod Jupiter. I begyndelsen så det ikke alt for lyst ud. Lige før opsendelsen opstod der problemer, og Voyager 1 måtte erstattes af Voyager 2. Voyager 1 blev i stedet opsendt 14 dage senere i en hurtigere bane.

Medens begge fartøjer var på vej mod Jupiter, begyndte personellet på Jorden at tillægge dem personlighed. Voyager 1 virkede "afslappet og pålidelig". Derimod fik Voyager 2, som stod for Uranus-muligheden, hurtigt ry for at være "nervøs og neurotisk". Det blev af nogle udlagt som en følge af, at Voyager 2 var blevet ramt af sit beskyttelsesskjold kort efter opsendelsen. Senere under missionen, da Voyager 2 fik problemer med radiomodtageren, blev fartøjet også halvdøvt, hvilket kun forstærkede dens ry som en kunstig hjerne med et veludviklet temperament.

Inden for det første år efter opsendelsen beregnede Kohlhase sandsynligheden for, at
Voyager 2 kunne overleve The Grand Tour. Chancerne for at nå Uranus var mindre end fifty-fifty, og chancerne for at nå Neptun var som 1 til 5.

Problemer med brændstoffet opstod efter kort tid. Før opsendelsen troede teknikerne, at der var tilstrækkelig med brændstof i tankene til, at fartøjet kunne dirigeres til Saturn og dennes måne Titan samt have noget i reserve til den videre færd. Ved opsendelsen fløj Voyager 2 så præcist, at man ikke kunne tro andet, end at man var på den sikre side hvad brændstoffet angik, og at der derfor ikke var noget at frygte for The Grand Tour. Så blev den første kurskorrektion foretaget, og det blev opdaget, at styreraketterne ikke var så effektive som antaget. Der var ganske vist stadig chance for at kunne nå både Uranus og Neptun, men der var intet reservebrændstof, og der var tilsyneladende ingen mulighed for at spare nogetsteds. Undervejs mod Jupiter besluttedes det dog at indskrænke nogle af manøvrerne, hvilket gav den ønskede besparelse.

Men så indløb der dårlige nyheder. Stadig undervejs mod Jupiter blev det konstateret, at sonden muligvis ville blive bragt ud af kurs på vej mod Saturn, og det ville betyde en større korrektion for at komme på rette kurs videre mod Uranus. Derfor besluttedes det at indskrænke manøvrerne yderligere på vej mod Jupiter. Det gav en stor brændstofbesparelse, og desuden ændredes ankomstdatoen til Saturn, hvilket dog ville betyde forøget forbrug, såfremt Titan skulle passeres på tæt hold. Hvis Voyager 1 imidlertid nåede planmæssigt til Saturn, ville Voyager 2's nye bane og ankomsttidspunkt være perfekt til at fortsætte mod Uranus og Neptun.

Voyager 1 passerede Titan og Saturn planmæssigt i november 1980, og de indhentede data var som ønsket. Dermed var den første og vigtigste betingelse for at gennemføre The Grand Tour blevet opfyldt. Selvom Voyager 2 havde mistet en af radiomodtagerne, skønnedes den at være i stand til at kunne fortsætte. Det var den næste betingelse, og den tredje betingelse var selvfølgelig at få NASA til at godkende rejsen og at få Kongressen til at bevillige penge til den. På det tidspunkt var pengekassen imidlertid tom. Der var penge nok til at financere Voyager 2's tur forbi Saturn, men det var samtidig afslutningen på det officielle Voyagerprojekt, som jo var at sende to fartøjer til Saturn. The Grand Tour's skæbne hang stadig i en tynd tråd.

Men Jupiter og Saturn projekterne var kæmpesucceser. Folk var begejstrede, og NASA så ingen anden udvej end at godkende den videre tur ud i rummet. Omkostningerne hertil skønnedes at være på 100 millioner dollars, men såfremt en senere mission til Uranus engang skulle iværksættes, ville det koste mindst 10 gange så meget. Der skulle bruges mindst fem år på at udvikle en ny rumsonde fra bunden, og her havde man i Voyager 2 et funktionsdygtigt fartøj, der allerede var halvvejs derude. Det ville have været absurd af Kongressen at smække kassen i på dette tidspunkt. 100 millioner dollars for at udforske de to yderste gasplaneter var småpenge i forhold til den milliard, som Vikingprojektet til Mars havde kostet i 1975. Så bevillingen gik glat igennem.

24 år efter at Gary Flandro foreslog The Grand Tour, fløj Voyager 2 forbi Neptun i august 1989. Pengene til at fortsætte helt til Neptun blev først bevilliget, da rumfartøjet havde passeret Uranus tre år tidligere, så Voyager 2 missionen er den eneste, der er blevet
financeret etapevis, medens rumsonden var undervejs.

Det gamle rumfartøj, der oprindelig var konstrueret til at vare de fire år, det tog at nå Saturn, fungerede stadig strålende. Det var ganske vist delvist døvt, og skulle behandles varsomt. Men efter en rejse på over 7 milliarder kilometer virkede det stadig perfekt. Turen forbi Neptun blev anset som den bedste nogensinde i rumforskningens historie, og billederne var de skarpeste, der var taget under mødet med noget himmellegeme. Under Voyagermissionerne blev de fjerneste afkroge af Solsystemet udforsket, og The Grand Tour vil altid stå som en enestående bedrift, som vil være svær at efterligne.

Log ind eller opret konto for at skrive kommentarer

Seneste fra Miljø & Naturvidenskab

Det læser andre lige nu

Spørg Videnskaben

Abonner på vores nyhedsbrev

Når du tilmelder dig, deltager du i konkurrencen om lækre præmier.