Voyager: Historiens største opdagelsesrejse begyndte for 40 år siden

Vi skal helt tilbage til 1965, da månekapløbet var på sit højeste, og NASA havde penge og mod til at drømme stort.

Alligevel var der ingen, der havde tænkt på noget, som bare mindede om Voyager, da der var enighed om, at raketteknikken slet ikke var klar til en flere milliarder kilometer lang rejse ud i det ydre solsystem.

Men der var dog penge til at ansætte unge og lovende matematikere, som kom lige fra Ph.D. studierne på det store forskningscenter JPL i Californien, og det var i virkeligheden to af disse matematikere, der kom til at skabe grundlaget for Voyager.

Michael Minovich og Gary Flandro fik simpelthen til opgave at undersøge mulige baner for rumsonder til det ydre solsystem. Det var nærmest forskning under mottoet 'Rettidig Omhu', indtil den tid kom, hvor raketteknikken var tilstrækkeligt udviklet.

Ingen havde regnet med noget stort gennembrud, men så opdagede de to unge matematikere, at der i årene 1976-1979 var en enestående mulighed for at sende en rumsonde på en rejse forbi alle de fire store planeter – uden at bruge store mængder brændstof.

Mulighed med 176 års mellemrum

Netop i disse tre år stod planeterne nemlig på en sådan måde, at man kunne bruge tyngdekraften fra en planet til at sende rumsonden videre mod næste planet.

Og det var en heldig opdagelse, da planeterne kun står i en sådan stilling med 176 års mellemrum. Sidst det skete var i 1801, hvor vi i Danmark var optaget af Napoleonskrigene og slaget på Reden, og næste gang er i år 2153.

Den mulighed var NASA ikke sen til at gribe, og der blev hurtigt lagt planer for en stor ekspedition ud i Solsystemet.

Man ville sende ikke mindre end fire rumsonder afsted og havde endda planer om også at udforske den fjerne Pluto. I 1976 og 77 skulle der sendes to sonder mod Jupiter, Saturn og Pluto og i 1979 yderligere to sonder mod Jupiter, Uranus og Neptun.

Men det blev for meget for den amerikanske kongres, da de hørte at projektet ville koste over en milliard dollar – det var mange penge den gang. Kongressen ville kun give penge til to rumsonder, som alene skulle udnytte den gunstige stilling af planeterne til at udforske Jupiter og Saturn.

NASA snyder sig til en 'Grand Tour'

Så NASA lavede lidt civil ulydighed, som nok er blevet tilgivet nu.

Voyager 1 fulgte pænt den officielle plan med kun at besøge Jupiter og Saturn, og det gav mulighed for at undersøge Jupiters måne Io og Saturns store måne Titan på tæt hold.

Men det betød også, at Voyager 1 fik en bane, som gjorde det umuligt at flyve videre til Uranus og Neptun. Den skjulte bagtanke var nu at holde Voyager 2 i reserve. Den fik en langsom rute, så den hele tiden fløj bag Voyager 1, og mens Voyager 1 løste sine opgaver, var det muligt at lade Voyager 2 gennemføre den oprindelige store tur til alle fire store planeter, eller 'Grand Tour', som den blev kaldt.

Den beslutning fik en morsom konsekvens, nemlig at Voyager 2 blev opsendt før Voyager 1. Det sikrede nemlig, at det blev den hurtige Voyager 1, som først nåede frem til Jupiter og Saturn. Her måtte den langsomme Voyager 2 nøjes med en andenplads, men til gengæld fik den mulighed for at blive den første sonde, der nåede frem til Uranus og Neptun.

En stor forglemmelse giver overarbejde

20. august blev Voyager 2 derfor sendt af sted, og selv om det var den 'langsomme' sonde, nåede den alligevel en hastighed på 52.000 km i timen, hvilket førte den forbi Månens bane på mindre end 10 timer.

To uger senere blev så den hurtige Voyager 1 opsendt, og nu håbede man bare på en rolig rejse ud mod Jupiter. Men så kom forglemmelsen, som i de næste 12 år skulle sende ikke så få ingeniører på overarbejde.

Der havde været nogle mindre problemer med Voyager 1, og det fik jordkontrollen til at glemme at sende en rutinebesked til Voyager 2. Da computeren på Voyager 2 ikke fik den forventede besked, stod der i dens instrukser, at det kun kunne skyldes en fejl i modtageren ombord – at jordkontrollen bare kunne glemme den, blev anset for utænkeligt.

Lydigt skiftede Voyager 2 nu over til reservemodtageren, men den var blevet tonedøv, så den kun kunne modtage signaler i et meget smalt frekvensområde på bare 96 Hz, og det gav problemer:

Jordkontrollen sendte naturligvis signaler ved en ganske bestemt frekvens, men da Voyager bevægede sig ganske hurtigt i forhold til Jorden, modtog rumsonden signalet ved en anden frekvens på grund af Dopplereffekten. Derfor var modtageren bygget til at modtage signaler i et 100.000 Hz bredt område.

Voyager 2 blev tonedøv

Den første reaktion var at bede Voyager 2 gå tilbage til hovedmodtageren, men desværre brød den straks efter fuldstændigt sammen, og resultatet var at NASA nu sad med en tonedøv rumsonde.

Det viste sig at være en langt større udfordring end forventet. Farten i forhold til Jorden var let at beregne, men langt værre var det, at selv ganske små temperaturændringer på sonden på under 0,3 grader flyttede det smalle frekvensområde for modtageren så meget, at kontakten til Jorden blev afbrudt. Man opdagede, at bare der blev tændt for et instrument, eller man anvendte en af de små styremotorer, var det nok til at ændre rumsondens temperatur.

NASAs ingeniører udviklede gennem årene en komplet matematisk model af Voyager, som ganske nøje kunne beregne temperaturen på sonden med en nøjagtighed på en hundrededel grad. Selv om modellen blev udviklet hele vejen frem mod Neptun, skete det alligevel, at man af og til tabte kontakten til Voyager 2 i et par dage.

Voyager sender de første billeder hjem

I marts 1979 nåede Voyager 1 frem til Jupiter, og forskerne blev fuldstændigt overvældede af de fantastiske billeder, som blev sendt hjem:

Skyerne og den røde plet på Jupiter, den orange måne Io og den hvide og helt isdækkede Europa.

Her lærte forskerne, hvad 'Instant Science' betød, når journalisterne på JPL bad om øjeblikkelige forklaringer på billeder, der var indløbet få timer før, og som derfor endnu ikke var analyseret grundigt af eksperterne.

Det må have været noget af en prøvelse for mange videnskabsmænd, som var vant til et mere roligt liv, pludselig at stå i et stort auditorium over for snesevis af spørgelystne journalister.

Regnvejr over Australien giver problemer

Det var et problem, at det lige under forbiflyvningen var begyndt at regne kraftigt i Australien, hvor NASA har en stor sporingsstation. Voyager sendte nemlig sine data til Jorden ved en bølgelængde på kun 3,6 cm, og radiobølger med en så lille bølgelængde har svært ved at trænge gennem regnskyer. I hvert fald mistede man flere timers data på den konto.

Men den helt store overraskelse kom først et par dage senere, da Voyager 1 igen var på vej væk fra Jupiter, nu med kurs mod Saturn.

For at kunne navigere præcist, er det vigtigt nøjagtigt at kende Voyagers position, og det skulle blandt andet ske ved at fotografere månen Io sammen med en masse baggrundsstjerner. Derfor anvendte man en lang eksponeringstid, således at Io på billedet kun fremstod som en overbelyst hvid skive.

Det var en ung medarbejder, Linda Morabito, fra navigationsholdet, der havde til opgave at analysere billederne på sin computer – og hun opdagede, at der var noget, som lignede en sky over Io. Nu har Io ikke nogen atmosfære, så skyer, der rejser sig flere hundrede kilometer over overfladen, var det sidste, man havde ventet.

Tidevandskræfter og vulkansk aktivitet

Mistanken rettede sig hurtigt mod, at man havde set et vulkanudbrud, men de eksperter, der kunne tolke billederne var taget på en hårdt tiltrængt weekend. Så der skulle gå hele tre dage, før NASA kunne fortælle, at man havde opdaget de første aktive vulkaner uden for Jorden.

Den nyhed fik en særlig betydning for tre amerikanske forskere. For bare en uge tidligere havde de fået publiceret en artikel i Science, der forudsagde vulkaner som en konsekvens af de stærke tidevandskræfter, som Io er udsat for fra Jupiter og nabomånerne Europa og Ganymedes.

Fire måneder senere kom Voyager 2 så til Jupiter, og nu var man forberedt på at lede efter vulkaner på Io, og se lidt nærmere på det helt ubrudte isdække på Europa – et isdække, som man i dag mener skjuler et måske 100 km dybt hav, hvor der kan være mulighed for liv.

Og takket være Voyagers målinger ved vi nu også, at tidevandskræfterne får den faste overflade på Io til at bevæge sig op til 100 meter op og ned – ikke så mærkeligt at den varme, som herved produceres, skaber en ufattelig kraftig vulkansk aktivitet.

Voyager 1 kommer tæt på Titan

Nu fulgte en rolig tid, før Voyager 1 nåede frem til Saturn i november 1980. Igen kunne forskerne bare sidde og beundre de fantastiske billeder af Saturns ringe, men de største forventninger var til den tætte forbiflyvning af den store måne Titan. Det var netop denne forbiflyvning, som gjorde det umuligt for Voyager 1 at fortsætte mod Uranus og Neptun.

Men ak – det eneste man så, var et helt ubrudt orange skydække. Det var overhovedet ikke muligt at se den mindste smule af overfladen, men man fik dog målt atmosfærens sammensætning, der hovedsageligt består af kvælstof med en mindre mængde metan. Overfladetrykket var 1,6 gange større end på Jorden.

Målingerne viste, at der i den orange dis, som omgiver Titan, produceres store mængder af organiske molekyler, når sollyset påvirker metanen. Det betyder, at Titan i hvert fald har en rig forsyning af de molekyler, som er forudsætningen for liv – men desværre blev temperaturen målt til -180 grader. Det er jo lidt koldt for liv, men det er også en temperatur, der giver en god mulighed for at finde søer af metan på overfladen.

Der skulle dog gå næsten 30 år, før rumsonden Cassini ved hjælp af radar kunne se gennem skydækket og direkte observere de nu så berømte metansøer ved Titans nordpol og sydpol.

Voyager 2 får problemer - igen

Voyager 2 nåede først frem til Saturn i august 1981, og i begyndelsen gik alt godt trods tonedøvheden. Den tog billeder af den lille måne Enceladus, som vi i dag ved udsender enorme gejsere fra revner i den isdækkede overflade, og billeder af ismånen Hyperion, der mest af alt ligner en badesvamp.

Men så gik det galt. Den drejbare platform med de videnskabelige instrumenter satte sig fast, og en masse data gik tabt. Igen kom ingeniørerne på overarbejde, og det blev bare værre af, at NASA på grund af budgetnedskæringer i stedet for 200 mand nu bare havde 108 til at føre arbejdet videre.

Prisen var også, at mange blev både fysisk og psykisk kørt ned af den enorme arbejdsbyrde.

Men man fandt fejlen, som lå i den gearkasse, der styrer den drejbare platform. Problemet var et smøremiddel. Når platformen blev drejet hurtigt, så drev smøremidlet i den vægtløse tilstand væk fra tandhjulene, og det betød at metaldele kom til at røre hinanden. Det gav små flige af metal, som rev sig løs, og derved kom til at blokere for bevægelsen. Problemet kunne undgås, hvis man kun drejede platformen med lav hastighed.

Rejsen til Uranus

Heldigvis havde man god tid til at løse dette problem, for Voyager 2 var næsten fem år om at flyve fra Saturn til Uranus. Men det var alligevel en travl tid, for som nævnt var rejsen til Uranus ikke helt efter reglerne.

Det var nødvendigt at opgradere de tre store sporingsstationer i Californien, Spanien og Australien, så de kunne modtage de uhyre svage signaler fra Voyagers lille sender med en effekt på bare 20 Watt. En af metoderne var elektronisk at sammenkoble de store 64 meter parabolantenner med de mindre 34 meters antenner, så de kunne virke som én stor antenne.

Et andet problem var, at Voyager 2 ville flyve forbi Uranus med så stor fart, at det ville gøre billederne meget uskarpe, da sollyset er så svagt ude ved Uranus, at det er nødvendigt med en lang eksponeringstid. Det vil føre for vidt her at komme ind på de ret geniale løsninger, som blev fundet – oven i købet med en noget defekt instrumentplatform (Man endte i øvrigt med at dreje hele rumsonden i stedet for platformen alene, da man var bange for, at den skulle låse sig fast igen).

Ulykke overskygger mødet med Uranus

Da Voyager 2 nåede frem til Uranus i januar 1986, var det eneste man så, en stor blågrøn kugle uden synlige tegn på skyer. Det Voyager så var helt sikkert et højtliggende lag af dis i en dyb atmosfære af brint og helium med mindre mængder af metan og andre kulbrinter.

Men Voyagers forbiflyvning af Uranus kom til at blive husket for noget helt andet.

28. januar 1986 skulle NASA præsentere de første billeder af Uranus’ små måner, deriblandt Miranda, der viste sig at have en næsten 10 km høj lodret klippevæg af is. Men pressekonferencen nåede aldrig at komme i gang, for på TV-skærmene i auditoriet tonede en anden film frem. Den viste eksplosionen af rumfærgen Challenger, hvor syv astronauter omkom.

Igen og igen så man den hvide dampsky fra eksplosionen, og de to hjælperaketter, som fløj til hver sin side. Herefter var der ingen, der havde lyst til at holde en pressekonference om Uranus.

Voyager 2 kom derfor til at forlade Uranus i stilhed og begynde den over tre år lange rejse mod Neptun.

En afsked og en ny begyndelse

I august 1989 nåede Voyager 2 frem til Neptun – sidste mål for 'The Grand Tour', som kongressen aldrig rigtig fik vedtaget.

Denne gang blev der tale om en ægte planetfest i Pasadena, hvor JPL holder til huse. Tusinder deltog, og de blev da også belønnet med helt imponerende billeder af en smuk, blå Neptun med hvide skyer, der drev af sted i stormvejr med vindhastigheder på over 2000 km i timen.

Det er stadig en gåde, hvordan en planet, så langt fra Solen og med en meget lav temperatur på -215 grader, kan have energi nok til at skabe så kraftige storme.

Ikke længe efter var tiden inde for Voyager 2 til at sige farvel, og det skete med billeder af den store ismåne Triton, der overraskede ved at have gejsere. Mindst 50 steder fandt man lange mørke spor efter en art udbrud.

Nogle af billederne viser, at gejserne når op i en højde på 8 km, hvor de møder en slags jetstrøm i den meget tynde atmosfære, som trækker de lodrette gejsere ud til lange røgfaner. Man mener, at gejserne er mørke, fordi de ikke bare består af dampe, men også indeholder både støv og organiske stoffer.

Rejsen er kun lige begyndt

Forbiflyvningen af Neptun var nok afslutningen på 'The Grand Tour' – en rejse, som fuldt ud tåler sammenligning med månelandingerne. Men det var ikke farvel til Solsystemet, som hverken Voyager 1 eller 2 endnu har forladt.

For at markere afslutningen blev der taget et afskedsbillede af alle Solsystemets planeter i 1990, og her ser vi Jorden som blot en lille ”pale blue dot”. Dette billede af vor jord set fra en afstand på 6 milliarder km er blevet ikonisk, fordi det viser, hvor lidt vi egentlig fylder i det store univers.

Begge Voyager-sonder er nu langt uden for Plutos bane og endda uden for Kuiperbæltet af små iskloder. Men de har stadig tusinder af års rejse foran sig, før de når ud til den yderste forpost for vort solsystem, nemlig Oortskyen, som menes at være det område, hvorfra mange af kometerne stammer.

Voyager 1 har rekorden med en afstand på 141 AE fra Solen, hvor 1 AE (Astronomisk Enhed) er Jordens afstand til Solen. Den langsommere Voyager 2 er kun nået ud til en afstand på 116 AE. Begge sonder sender stadig data tilbage til Jorden, nu mest om Solvinden og Solens magnetfelt.

Man håber at kunne holde kontakten til de to gamle rumsonder til måske 2025. Uanset er de to Voyager-sonder et næsten evigt mindesmærke over vor kultur, selv om de nok aldrig bliver fundet af en anden civilisation.