Voyager 1

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Voyager 1

Künstlerische Darstellung der Voyager-Sonde im All
NSSDC ID 1977-084A
Missionsziel Untersuchung der Planeten Jupiter und Saturn sowie deren Monde
Auftraggeber NASA logo.svg NASA
Aufbau
Trägerrakete Titan-IIIE-Centaur
Startmasse 825,50 kg
Instrumente CRS, ISS, IRIS, LECP, PPS, PLS, PWS, PRA, RSS, MAG, UVS
Verlauf der Mission
Startdatum 5. September 1977
Startrampe Cape Canaveral AFS Launch Complex 41
Enddatum voraussichtlich 2025
 
05.09.1977 Start auf Cape Canaveral
 
05.03.1979 Passage Jupiter
 
11.11.1980 Passage Saturn
 
01.01.1990 Beginn der interstellaren Mission
 
16.12.2004 Eintritt in den Termination Shock
 
2005 Eintritt in das Heliosheath
 
August 2012 Eintritt in die Heliopause
 
ca. 2025 Ende der wissenschaftlichen Aktivitäten

Voyager 1 ist eine Raumsonde der NASA zur Erforschung des äußeren Planetensystems und des interstellaren Raums im Rahmen des Voyager-Programms. Sie wurde am 5. September 1977 vom Launch Complex 41 auf Cape Canaveral mit einer Titan-IIIE-Centaur-Rakete gestartet. Ihre identisch aufgebaute Schwestersonde Voyager 2 war bereits 16 Tage früher auf einer anderen Flugbahn gestartet. Voyager 1 flog zunächst die Planeten Jupiter und Saturn an und trat ungefähr im August 2012 als erstes von Menschen erzeugtes Objekt in den interstellaren Raum ein.[1]

Die Mission der Voyager 1 gilt als einer der größten Erfolge der NASA und der Raumfahrt allgemein, da die Sonde ihre geplante Lebenserwartung bereits weit übertroffen hat und noch heute regelmäßig Daten zur Erde sendet. Außerdem ist sie das am weitesten von der Erde entfernte von Menschen gebaute Objekt überhaupt und wird diesen Status auf absehbare Zeit auch behalten. Die Entfernung von Voyager 1 zur Sonne beträgt (Stand: 6. Juli 2014) etwa 128,32 Astronomische Einheiten (AE), ca. 19,20 Milliarden Kilometer, eine Entfernung, für die Licht ca. 17 Stunden und 41 Minuten benötigt.[2] Jährlich nimmt sie um rund 3,6 AE (ca. 540 Mio. km) zu, dies entspricht einer (Radial-) Geschwindigkeit von etwa 61.000 km/h.[3] Von der Erde aus betrachtet befindet sich Voyager 1 im Sternbild Schlangenträger.

Vorgeschichte[Bearbeiten]

Hauptartikel: Voyager-Programm

Die Wurzeln des Voyager-Programms reichen bis in die Mitte der 1960er Jahre zurück. Es gab Berechnungen von Flugbahnen für Sonden, die die günstigen Stellungen der äußeren Planeten Ende der 1970er Jahre ausnutzen sollten. Beschlossen wurde der Bau von Voyager 1 und 2 Anfang der 1970er Jahre. Da sie ursprünglich als Erweiterung der Mariner-Serie geplant waren, wurden die Sonden zunächst mit Mariner 11 und 12 bezeichnet. Diese Bezeichnung wurde später aufgrund der großen strukturellen Unterschiede der Sonden fallengelassen. Bis zum März 1975 war die Konzeptphase abgeschlossen, und der Bau der beiden Sonden begann.

Missionsziele[Bearbeiten]

Modell der Voyager-Sonde

Ursprüngliche Missionsziele[Bearbeiten]

Die Voyager-Sonden hatten keinen besonderen Forschungsschwerpunkt. Da es zu diesem Zeitpunkt erst wenige Erkenntnisse über die äußeren Planeten gab, sollten diese ausgebaut werden. Daher waren die ursprünglichen Missionsziele relativ weit gefasst:

  • Untersuchung der Atmosphäre von Jupiter und Saturn im Hinblick auf Zirkulation, Struktur und Zusammensetzung
  • Analyse der Geomorphologie, Geologie und Zusammensetzung der Monde
  • genauere Bestimmung der Masse, Größe und Form der Planeten, aller Monde und Ringe
  • Untersuchung diverser Magnetfelder im Hinblick auf ihre Feldstruktur
  • Analyse der Zusammensetzung und Verteilung von geladenen Teilchen und Plasma
  • besonders genaue Untersuchungen der Monde Io (Jupiter) und Titan (Saturn).

Derzeitige interstellare Mission[Bearbeiten]

Während Voyager 2 von Saturn aus weiter in Richtung Uranus und Neptun flog, befindet sich Voyager 1 seit der Passage des Saturn auf dem Weg durch die äußeren Bereiche des Sonnensystems und in den interstellaren Raum. Am 1. Januar 1990 begann mit der „Voyager Interstellar Mission“ (VIM) die letzte Phase der Erkundungsmission.

Aktuell (Stand: 2009) untersucht Voyager 1 folgende Phänomene:

Das Programm kam mehrmals aus Budgetgründen in Bedrängnis, da der Betrieb der Sonde pro Jahr mehrere Millionen US-Dollar kostet (Personal, DSN-Zeit usw.). Internationale Proteste und die besondere Stellung von Voyager 1 und Voyager 2 verhinderten stets die komplette Einstellung des Programms, wobei einige Budgetkürzungen hingenommen werden mussten.

Die Sonde und ihre wissenschaftlichen Instrumente[Bearbeiten]

Hauptartikel: Voyager-Sonden
Aufbau von Voyager 1

Voyager 1 ist eine mehrere Meter große und ca. 800 kg schwere Raumsonde. Sie besteht im Wesentlichen aus einer zentralen, ringförmigen Aluminiumzelle (Durchmesser ca. 1,80 m), die im Querschnitt zehneckig ist und einen Großteil der Elektronik beherbergt, einer Parabolantenne (Durchmesser ca. 3,6 m) und einem 2,5 m langen Ausleger, der den Großteil der wissenschaftlichen Instrumente trägt. Die Energie wird von drei Radionuklidbatterien erzeugt. Voyager 1 und Voyager 2 sind baugleich.

Ablauf der Mission[Bearbeiten]

Zeitlinie der Voyager 1-Mission

Flugbahn

Start[Bearbeiten]

Start von Voyager 1

Voyager 1 wurde am 5. September 1977 – 16 Tage nach ihrer Schwestersonde Voyager 2 – vom Launch Complex 41 auf Cape Canaveral mit einer Titan-IIIE-Centaur-Rakete gestartet. 13 Tage nach dem Start begann eine 30-tägige Testphase für die Bordsysteme und wissenschaftlichen Instrumente, die erfolgreich verlief. Aufgrund der etwas höheren Startgeschwindigkeit (15,0 km/s gegenüber 14,5 km/s) überholte Voyager 1 ihre Schwestersonde schon am 15. Dezember in einer Entfernung von 1,75 AE. Während des Großteils des Fluges befand sich die Sonde im Standby-Modus. Nur alle zwei Monate gab es eine 20-stündige Wissenschaftsphase, in der der Sternenhimmel untersucht wurde und die Teilchenmessgeräte eingeschaltet wurden.

Erkundung des Jupiters[Bearbeiten]

Kurzes Lernvideo der NASA über Voyagers Jupiter-Mission (englisch)

Durch ihren Geschwindigkeitsvorteil kam Voyager 1 zuerst im Jupiter-System an. Die wissenschaftlichen Beobachtungen begannen am 14. Dezember 1978, 80 Tage vor dem Vorbeiflug am Planeten.

Die Hauptphase der Untersuchung begann am 4. März 1979, als die Sonde nur noch einen Tag vom Jupiter entfernt war. Neben dem Planeten selbst und seinen Ringen wurde auch der Mond Io untersucht, dem sich die Sonde am 5. März auf bis zu 18.460 km näherte. Noch am selben Tag wurden Ganymed in einer Entfernung von 112.030 km und Europa in einer Distanz von 732.270 km untersucht. Am nächsten Tag näherte sich Voyager 1 dem letzten zu untersuchenden Mond Kallisto auf bis zu 123.950 km an. Die Sonde passierte die vier großen Monde des Jupiters in nur 30 Stunden. Insgesamt wurden während der Untersuchung des Jupitersystems 17.477 Bilder mit der maximalen Datenrate von 115,2 kbit/s übertragen.

Voyager 1 wurde von Jupiter auf etwa 16 km/s beschleunigt. Dabei mussten 5 kg Hydrazin für Kurskorrekturen verwendet werden. Kurz nachdem Voyager 1 die letzten Bilder gesendet hatte, traf Voyager 2 am 25. April im System ein und setzte die Beobachtungen fort. Somit wurde Jupiter über einen Zeitraum von knapp sieben Monaten beobachtet, was zu vielen neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen führte.

Voyager 1 entdeckte beim Durchfliegen des Systems zwei neue Monde, Metis und Thebe, sowie den schwach ausgeprägten Planetenring um Jupiter, dessen Existenz bereits nach der Pioneer-11-Mission vermutet worden war. Auf Io entdeckte Voyager 1 neun aktive Vulkane. Nach dem Vorbeiflug an Jupiter erkannte man auf dessen Nachtseite noch aus Millionen von Kilometern Entfernung Blitze, was auf äußerst heftige Gewitter innerhalb der Jupiteratmosphäre hindeutete.

Erkundung des Saturns[Bearbeiten]

Am 10. November 1980 traf Voyager 1 im Kernbereich des Saturn-Systems ein, neun Monate vor ihrer Schwestersonde. Am nächsten Tag wurde gleich eines der interessantesten Objekte untersucht: der Mond Titan. Man hatte bereits vor der Mission von der Methan-Atmosphäre gewusst, und einige Wissenschaftler hielten es für denkbar, dass der Treibhauseffekt eventuell Leben auf der Oberfläche ermöglichen konnte. Aber bereits auf größere Distanz erkannte man die homogene Smogwolke des Mondes, die eine Untersuchung der Oberfläche unmöglich machte. Daher wurden das IRIS- und das UVS-Instrument auf den Rand der Atmosphäre ausgerichtet, um wenigstens diese genau analysieren zu können. Trotz der damals nicht untersuchbaren Oberfläche von Titan konnten über seine Atmosphäre einige neue Erkenntnisse gewonnen werden. Neben dem großen Anteil von Stickstoff wurden auch Spuren von Methan, Ethen und anderen Kohlenwasserstoffen entdeckt. Die Atmosphäre selbst wurde als sehr ausgedehnt und dicht erkannt, jedoch deutlich zu kalt für Leben. Diese Erkenntnisse machten den Mond zum primären Ziel der 1997 gestarteten Sonde Cassini-Huygens.

Nach dem Passieren des Saturns begann eine der anspruchsvollsten Phasen der Mission. Da die anderen zu untersuchenden Monde einen Orbit sehr nahe bei Saturn hatten, mussten alle drei Monde (Mimas, Dione und Rhea) sowie der ausgeprägte Planetenring innerhalb von nur zehn Stunden untersucht werden, was die Scanplattform an ihre technischen Grenzen brachte. Die Datenrate war unterdessen aufgrund der inzwischen erreichten Entfernung zur Erde auf 44,8 kbit/s gesunken, wobei schon wesentlich früher mit der Übertragung begonnen wurde als bei Jupiter, da Saturn mit Ringsystem deutlich größer ist. Im Endeffekt wurden ungefähr gleich viele Bilder gemacht wie bei Jupiter.

Es wurden zahlreiche neue Monde von geringer Größe an den Rändern der Ringe gefunden. Auch bei den Lagrange-Punkten der Monde wurden einige weitere Begleiter entdeckt. Dieses Phänomen war bei Planeten schon bekannt (auch Saturn folgen bei ±60° einige Planetoiden), war aber bei Monden eine Neuheit. Voyager 1 zeigte auch, dass der Planetenring von Saturn nicht homogen ist und aus vielen einzelnen Ringen besteht. Da Voyager 1 für eine genauere Untersuchung der Saturnringe keine günstige Flugbahn beschrieb und das PPS-Instrument ausgefallen war, wurde die Flugbahn der folgenden Voyager 2 umprogrammiert, um die Ringe aus einer besseren Bahn analysieren zu können.

Beim Vorbeiflug an Saturns Südpol schwenkte die Sonde auf ihre endgültige Bahn ein, die sie seitdem in einem Winkel von 35° zur Ekliptik aus dem Sonnensystem hinausbefördert.

Familienporträt und Pale Blue Dot[Bearbeiten]

Das sogenannte Familienporträt, aufgenommen von Voyager 1 im Jahr 1990
Aufnahme der Erde durch die Voyager 1 aus 6,4 Mrd. Kilometern: Pale Blue Dot

Am 14. Februar 1990 wurde das ISS-Instrument ein letztes Mal für die Erstellung eines einzigartigen Fotos aktiviert: Es ist ein Mosaik, das sechs Planeten des Sonnensystems in Farbe zeigt. Wissenschaftlich hatte es keinen größeren Wert, aber es inspirierte viele Wissenschaftler und Laien: das sogenannte Familienporträt.

Besonders die Aufnahme der Erde, genannt Pale Blue Dot, erregte viel Aufmerksamkeit und wurde 2001 zu einem der zehn besten Fotos der Weltraumwissenschaften gewählt. Es ist bis heute das Foto, das die Erde aus der größten Distanz (6,4 Mrd. km) aufgenommen zeigt.[4]

Interstellare Mission[Bearbeiten]

Position der Voyager-Sonden

Während Voyager 2 von Saturn aus weiter in Richtung Uranus und Neptun flog, befindet sich Voyager 1 seit der Saturnpassage auf dem Weg durch die äußeren Bereiche des Sonnensystems und danach in den interstellaren Raum außerhalb des Sonnensystems. Am 1. Januar 1990 begann die letzte Phase der Mission: die „Voyager Interstellar Mission“ (VIM). Im Februar 1998 „überholte” Voyager 1 die Sonde Pioneer 10 und ist seitdem das am weitesten entfernte Objekt, das von Menschen geschaffen wurde, wie auch dasjenige mit der höchsten Entweichgeschwindigkeit aus dem Sonnensystem.

Im Zeitraum zwischen August 2002 und Februar 2003 maßen die Partikelsensoren fortwährend ungewöhnliche Werte, weswegen man vermutete, dass sich Voyager 1 dem vorläufigen Ziel ihrer Reise näherte: dem großen, äußeren Bereich der Heliosphäre, genannt „Heliosheath“. In diesem Bereich vermischen sich die Partikel des Sonnenwindes mit interstellarer Materie und bewegen sich mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit. In das Vorfeld der Heliosheath, genannt Termination Shock, trat die Sonde am 16. Dezember 2004 in einer Entfernung von 94 AE (etwa 14,1 Mrd. km) ein. Dies erkannte man unter anderem an dem massiv langsamer werdenden Sonnenwind und der abrupt wechselnden Richtung des Magnetfeldes, das auch um 150 % stärker wurde. Außerdem registrierte man eine Zunahme an schweren Ionen und erfasste bisher nicht registrierte Radiostrahlung.

Am 24. Mai 2005 meldete das JPL schließlich, dass die Sonde nun die Heliosheath erreicht hatte. Am 23. Dezember 2009 gab die NASA bekannt, dass die Daten der Voyager-Magnetometer auf ein starkes Magnetfeld außerhalb des Sonnensystems hinweisen.[5] Diese Entdeckung lieferte die lang gesuchte Erklärung, warum die Lokale Interstellare Wolke sich nicht auflöst: Die Wolke ist stark magnetisiert und wird deshalb von dem Feld zusammengehalten.

Im Frühjahr 2010 wurden weitere Indizien für die Annäherung der Sonde an die Grenze unseres Sonnensystems, der Heliopause, gefunden.[6] Diese stützen sich auf die Daten des LECP-Instruments, welches eine starke Abbremsung des Sonnenwindes registrierte: Die Geschwindigkeit des Windes relativ zur Sonde betrug im Messzeitraum fast null (relativ zur Sonne also ca. 17 km/s), was eine Verringerung des Einflusses der Sonne bedeutet.

Mit Hilfe des MAG-Instruments konnte Voyager die Struktur des Sonnen-Magnetfeldes am Rande des Sonnensystems durch direkte Messungen analysieren. Seit 2007 befindet sich die Sonde in einer Region, in der das Feld nicht mehr stabil ist, sondern in mehrere magnetische Blasen mit einem Durchmesser von etwa 160 Mio. Kilometern aufgeteilt ist.[7] Im Juni 2011 verkündete die NASA, dass der Grund hierfür wahrscheinlich die Rotation der Sonne ist. Hierdurch wird auch ihr Magnetfeld bewegt und gefaltet, was in der äquatorialen Ebene am Rande des Sonnensystems zu einer großen Zahl von Rekonnexionen und somit zur „schaumartigen” Struktur des Feldes führt.[7] Beginnend am 25. August 2012 kam es zu einem starken Abfall der von der Sonde gemessenen (in Wechselwirkung mit dem Sonnenwind entstehenden) anomalen kosmischen Strahlung (engl. ACR) und einen deutlichen Anstieg der galaktischen kosmischen Strahlung (engl. GCR).[8][9] Einige Beobachter[10] schlossen hieraus, dass Voyager 1 die Heliosphäre verlassen haben könnte. Am 3. Dezember 2012 berichtete die NASA, dass Voyager 1 die Magnetautobahn (englisch magnetic highway), den Rand der Heliosphäre, erreicht habe.[11] Am 12. September 2013 wurden neue Datenanalysen veröffentlicht, die zeigen, dass Voyager 1 die Heliosphäre bereits Ende 2012 verlassen hat und sich als erstes vom Menschen erzeugtes Objekt im interstellaren Raum befindet.

Zukunft[Bearbeiten]

In etwa 40.000 Jahren wird Voyager 1 den Stern Gliese 445 (Sternbild Giraffe) passieren.[12]

Aktueller Status[Bearbeiten]

Energieversorgung[Bearbeiten]

Der Hydrazin-Treibstoff für die Lageregelung wird noch mindestens für die nächsten 40 Jahre ausreichen. Wesentlich kritischer ist die Energieversorgung: Aufgrund des fortschreitenden Kernprozesses in den Radionuklidbatterien sowie der Abnutzung der thermoelektrischen Elemente sinkt die zur Verfügung stehende elektrische Leistung um etwa 1,4 % pro Jahr. Daher wurden bereits viele Instrumente und deren Heizelemente abgeschaltet. Die Energiesparplanung der NASA sieht (Stand: 2008) folgende Maßnahmen vor:

  • 2010: Scanplattform und UVS deaktivieren
  • 2015: Bandspeichersystem (DTR) abschalten
  • 2016: Lageregelung deaktivieren
  • 2020: schrittweise Abschaltung der noch aktiven Instrumente
  • frühestens 2025: Deaktivierung des letzten wissenschaftlichen Instrumentes.

Die Daten der Sonde im August 2013[Bearbeiten]

Stand: 31. August 2013[2]

  • Geschwindigkeit relativ zur Sonne: 17,037 km/s
  • verbleibender Treibstoff: < 20,5 kg
  • Leistung der Radionuklidbatterien: 260,2 Watt (etwa 43 % Leistungsverlust)
  • Datenrate Echtzeit: 0,016 kbit/s (mit 34-m-Antennen des DSN)
  • Datenrate maximal: 1,4 kbit/s (mit 70-m-Antennen des DSN, Stand 1999)

Instrumente[Bearbeiten]

Stand: 2011[13][14]

Instrument Status Anmerkungen
CRS aktiv
ISS deaktiviert
IRIS deaktiviert
LECP aktiv
PPS defekt Ein Filter befindet sich in einer ungültigen Position.
PLS defekt
PWS beschädigt reduzierte Empfindlichkeit in den oberen 8 Kanälen, Breitbandempfänger defekt
PRA deaktiviert
RSS deaktiviert
MAG aktiv
UVS deaktiviert

Voyager Golden Record[Bearbeiten]

Hauptartikel: Voyager Golden Record
Voyager Golden Record

Voyager 1 führt eine Datenplatte aus Kupfer mit sich, die als Schutz vor Korrosion mit Gold überzogen ist, die sogenannte „Voyager Golden Record“. Auf ihr sind Bild- und Audio-Informationen über die Menschheit gespeichert. Auf der Vorderseite befinden sich unter anderem eine Art Gebrauchsanleitung und eine Karte, die die Position der Sonne in Relation zu 14 Pulsaren anzeigt.[15]

Populärkulturelle Rezeption[Bearbeiten]

Voyager 1 und ihre Schwestersonde Voyager 2 zogen besonders während ihrer frühen Missionsphase viel Aufmerksamkeit auf sich, auch in der breiten Öffentlichkeit. Dies ist vor allem auf das außergewöhnliche Missionsprofil (insbesondere im Hinblick auf die zurückgelegten Entfernungen) und die für damalige Verhältnisse qualitativ sehr hochwertigen Farbaufnahmen vielfältiger Motive zurückzuführen. Auch die Idee des Sendens einer „Botschaft ins All“ mittels der Voyager Golden Record-Platte erregte große Aufmerksamkeit.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Ben Evans: NASA's Voyager Missions. Springer-Verlag, London 2004, ISBN 1-85233745-1.
  •  Reiner Klingholz: Voyagers Grand Tour. Smithsonian Institute Press, 2003, ISBN 1-58834124-0.
  •  Paul Weissman, Alan Harris: The Great Voyager Adventure: A Guided Tour Through the Solar System. Julian Messner, 1990, ISBN 0-67172538-6.
  •  William E. Burrows: Mission to Deep Space: Voyager's Journey of Discovery. W. H. Freeman & Co. Ltd., 1993, ISBN 0-71676500-4.
  •  Reiner Klingholz: Marathon im All: Die einzigartige Reise des Raumschiffes Voyager 2. Westerman, Braunschweig 1989, ISBN 3-07-509233-9.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Voyager 1 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Commons: Voyager-Programm – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space
  2. a b Voyager Mission Operations Status Report # 2013-08-30. JPL, 10. August 2012, abgerufen am 17. September 2013 (englisch).
  3. Voyager-Projektseite der NASA (englisch)
  4. Experts' Favorite Space Photos
  5. NASA – Voyager Makes an Interstellar Discovery, 23. Dezember 2009. Zugriff am 12. März 2010
  6. JPL - NASA Probe Sees Solar Wind Decline, 13. Dezember 2010. Zugriff am 3. Januar 2011
  7. a b Dr. Tony Phillips: A Big Surprise from the Edge of the Solar System. NASA's Goddard Space Flight Center, abgerufen am 11. Juni 2011.
  8. W. R. Webber, F. B. McDonald, A. C. Cummings, E. C. Stone, B. Heikkila, N. Lal,  At Voyager 1 Starting on about August 25, 2012 at a Distance of 121.7 AU From the Sun, a Sudden Disappearance of Anomalous Cosmic Rays and an Unusually Large Sudden Increase of Galactic Cosmic Ray H and He Nuclei and Electron Occurred (Submitted on 4 Dec 2012) Preprint auf arXiv.org: 1212.0883
  9. Voyager 1 Cosmic Ray (LA1 rate) Sensordaten von Voyager 1 Mai 2012 bis Mai 2013, abgerufen am 30. Mai 2013. Siehe auch: weitere Daten zu gemessener Partikelstrahlung von Voyager 1 und 2
  10. SciBlog des Houston Chronicle | Abgerufen am 6. Oktober 2012
  11. NASA Voyager 1 Encounters New Region in Deep Space Abgerufen am 5. Dezember 2012
  12. NASA - Jet Propulsion Laboratory: "Voyager - The Interstellar Mission"
  13. Dokument der NASA; Zugriff am 15. März 2009, englisch.
  14. NASA – Voyager Interstellar Mission 2005 (PDF; 3,9 MB); Zugriff am 15. März 2009, englisch.
  15. Terra X vom 12. Juni 2011: Faszination Universum – Das Maß aller Dinge. Mit Professor Harald Lesch.
Dies ist ein als lesenswert ausgezeichneter Artikel.
Dieser Artikel wurde am 20. März 2009 in dieser Version in die Liste der lesenswerten Artikel aufgenommen.