Back to the Moon

Boken Back to the Moon av Travis S. Taylor och Les Johnson är en skön mix av samhällskritik, fakta och fiction. Samhällskritisk på så sätt att den kritiserar på det sätt som vetenskapen, i det här fallet specifikt astronomin och utforskandet av rymden, har nedprioriterats i förhållande till annat de senaste årtionden. Sedan vi placerade en människa på månen så har det inte hänt så mycket när det gäller bemannade månfärder. För att inte tala om utforskandet av andra himlakroppar. Författarna tycker det är dags att världen åter startar ambitiösa rymdprogram med målet att skicka ut människor i rymden.

Deras kritik mot rymdforskningen har formen av ett traditionellt science-fictionsäventyr där USA och Kina tävlar om vem som först åter kan placera en människa på månen. Givetvis blir det stor dramatik med kraschade rymdskepp och heroiska räddningsexpeditioner. Men det är inte bara fiktion då författarna har stor kunskap om rymden och rymdfarkoster och därför försökt att skapa realistiska scenarion.

På det hela taget en underhållande och spännande bok som också innehåller en hel del intressanta fakta och resonemang kring rymdforskningen och rymdindustrin.....

Månförmörkelse - hur fungerar egentligen en sådan?

NASA har just släppt en lite videosnutt som förklarar hur en månförmörkelse fungerar. Och det är en riktigt snyggt och pedagogiskt gjord film. Så alla ni som en gång för alla vill förstå hur det egentligen hänger ihop, ta en titt!.....

Solsystemet - teorier om dess uppkomst

Först kan det vara på sin plats att nämna att solsystemet inte bara består av solen, planeterna samt planeternas månar. Nej i solsystemet ingår även till exempel asteroidbälten och kometer, det vill säga allt som är bundet till solens gravitation.

Den teori för solsystemets historia som verkar vara den mest utbredda är nebulosateorin eller nebulosamodellen. Den modellen går ut på att solsystemet formades för ca 4.6 miljarder år sedan ur ett gigantiskt gasmoln. Ett gasmoln som bestod av i huvudsak helium och väte och som kretsade kring galaxens mitt. Det fanns dock en liten andel dammpartiklar som bestod av till exempel kol, kisel och ammoniak. Ur detta interstellära moln bildades en disk, en så kallad ackretionsskiva. Och ur denna disk, som kallas för solnebulosan, skapades sedan vårt solsystem genom gravitationell kollaps. I centrum pressades materian ihop och trycket och temperaturen blev så högt att kärnfusion startades. På så sätt skapades solen. Planeterna skapades sedan ur den materia som blev kvar. Materian klumpade ihop sig till allt större himlakroppar och en del blev till slut stora som planeter. Planeterna delas in i två huvudgrupper baserat på deras uppbyggnad. De innersta planeterna som är tunga och består till stor del av järn och kisel samt de lätta yttre planeterna, de gasformiga jättarna, som består till stor del av väte, helium och metan. Avståndet till solen hade alltså betydelse för vilka typer av planeter som kunde bildas. Tunga element stannade kvar nära solen medan de lätta elementen fördes längre ut på grund av solvinden. Att det är kallare längre bort från solen bidrog också till att det blev möjligt för gasjättarna att bildas. Men all materia användes inte för skapandet av solen och planeterna, en del blev över och skapade asteroider och kometer. Jag har inte nämnt något om hur planeternas månar skapades och detta beror på att det är ett mycket omfattande område att reda ut. De olika månarna är ofta skapade på olika sätt och det finns ofta flera olika teorier för varje måne. Om vi tar vår egen måne så finns det en mängd olika teorier där den som det pratas mest om idag bygger på att månen skapades då jorden kolliderade med en annan stor himlakropp. Materia skulle då ha slungats ut i rymden och skapat månen. Men det finns som sagt flera andra teorier. När det gäller Jupiters inre månar så finns det en teori som går ut på att månarna skapades av materia som blev över då Jupiter skapades. De inre månarna och Jupiter består till stor del av liknande material. Jupiters yttre månar tror man däremot är asteroider som fångats in av Jupiters tyngdkraft. Det finns dock fortfarande ett antal obesvarade frågor kring nebulosamodellen. Till exempel varför det är så att solen bara har ca 1 % av solsystemets rörelsemängdmoment trots att den har ca 99 % av massan.

Ovanstående nebulosamodell får nog, trots sina frågetecken, anses som den mest accepterade idag. Det finns dock ett par andra teorier, till exempel:
- Teorin om att solen och planeterna inte skapades vid samma tidpunkt. Solen ska redan ha funnits då planeterna skapades. Den redan skapade solen passerade sedan genom ett interstellärt moln, och ur detta moln skapades sedan planeterna. Detta skulle kunna förklara varför solen har en så liten del av solsystemets rörelsemängdmoment. Sin rörelse hade solen redan innan planeterna skapades.
- Teorin om att solsystemet skapades genom tidvattenkrafter mellan solen och en protostjärna med låg densitet. Solens gravitation ska då ha dragit till sig materia från den lätta protostjärnan. Denna infångade materia ska sedan ha format planeterna.

Planeter och dvärgplaneter i solsystemet. Planeternas storlek är i skala, men inte det relativa avståndet till solen.

Olika teleskops för- och nackdelar samt historiska bakgrund

Det finns två huvudtyper av optiska teleskop, refraktorer och reflektorer. Det finns även teleskop som är en kombination av dessa som kallas katadioptriska. Ett teleskop ska fånga in ljuset och samla detta i ett fokalplan. Ett större teleskop fångar in mer ljus och är alltså bättre än ett mindre. Man strävar efter en så skarp/högupplöst bild som möjligt. Ett teleskop ska givetvis också förstora bilden.

Refraktorer kallas även för linsteleskop och använder linser för att samla ljuset i fokalplanet. Man utnyttjar det faktum att ljuset bryts då det passerar linsen. Ljuset bryts två gånger, dels när det passerar in i linsen och dels när det passerar ut. Genom att slipa linsen till rätt form kan man få ljuset att brytas så att det samlas i fokalplanet. Ett problem med att använda linser är att de olika färgerna/våglängderna bryts olika mycket, så kallad kromatisk abberation. De olika färgernas fokus blir alltså inte på samma ställen och bilden blir därför inte helt skarp. Det finns dock möjlighet att minska den kromatiska abberationen genom att låta ljuset passera genom flera linser, vanligen 3 eller 4, som har olika material i smarta kombinationer. Dessa teleskop kallas för apokromatiska refraktorer. De ”vanliga” teleskop som saknar denna smarta uppsättning av linser kallas för akromatiska refraktorer, och de har oftast 2 eller 3 linser. Det finns dock fördelar med refraktorerna, de är till exempel mindre känsliga för damm och fukt då de är stängda och de är dessutom mindre känsliga för luftströmmar och värmeeffekter från marken. Dessutom är okularet oftast bättre/bekvämare placerat än för reflektorerna.

Reflektorer använder sig av en konkav spegel för att samla ihop ljuset. Ljuset reflekteras i spegeln och samlas i spegelns brännpunkt/fokus. Det finns ett antal olika optiska konfigurationer där de vanligaste är:

• ”Prime focus” som saknar sekundär spegel utan man tittar direkt i spegelns fokuspunkt.
• ”Coudé focus” som används då man vill ha fokuspunkten en bit bort från själva teleskopet. Detta åstadkoms genom att man dels har en sekundär böjd spegel (parallel med huvudspegeln) men också ytterligare en tredje spegel som vinklar ljust ut från teleskopet. Denna konfiguration är vanlig om man till exempel ska analysera ljuset i en spektrometer.
• ”Cassegrain fokus” där man har en sekundär böjd spegel parallel med huvudspegeln. Den sekundära spegeln skickar ljuset genom huvudspegeln till fokalpunkten som finns i anslutning till teleskopets kortända.
• ”Newtonian focus” som använder sig av en vinklad platt sekundär spegel. Ljuset vinklas alltså ut genom teleskopets sida. En nackdel med denna konfiguration är att eventuell apparatur måste placeras på teleskopets sida vilket kan leda till ett obalanserat teleskop vilket i sin tur kan leda till suddiga bilder. Men för hobbybruk fungerar det bra.

En fördel med att använda speglar är att man undviker problemet med kromatisk abberation Och i avancerade reflektorer kan man använda sig av något som kallas adaptiv optik. Detta innebär att man istället för en enda stor spegel har en mängd små, och dessa små kan sedan justeras individuellt för att korrigera för eventuella atmosfäriska störningar. En annan fördel med att använda speglar är att de är lättare att skapa stora sådana än stora linser. Linser kan innehålla bubblor, något man slipper om man använder speglar. En lins är ju en tredimensionell kropp där hela volymen måste vara perfekt, för spegeln räcker det med att ytan är perfekt. En spegel är också oftast lättare att fästa stabilt än en lins, man får en stadigare konstruktion. Ytterligare en fördel är att reflektorer kan hantera en större del av ljusspektrat än refraktorer, detta på grund av vissa våglängder hindras då de passerar genom linser. De absolut flesta professionella teleskop idag är av reflektortypen.

Ett teleskops placering är viktigt. För att slippa föroreningar (ljus och partiklar) är det bättre att placera teleskopet långt från städer. För att minimera de atmosfäriska störningarna är det en fördel att placera teleskopet högt upp. Givetvis är det absolut bäst att placera teleskopet i rymden, som det berömda Hubbleteleskopet.

Ofta används en CCD-kamera för att omvandla ljuset till en digital bild. Denna digitala bild kan sedan sparas och analyseras. (CCD = Charged-Coupled Device.)

När det gäller teleskopens och optikens historia så går den långt tillbaka. Redan före Kristus så hade man en viss kännedom om reflektion och refraktion och hur man med konkava speglar kunde fokusera solljuset. Ett par hundra år efter Kristus behandlade Ptolemaios ämnet i sin bok Optics. Det första optiska teleskopet konstruerade dock först omkring år 1608 av holländaren Hans Lippershey. (Det finns dock de som hävdar att han inte var först utan att någon av Jacob Metius eller Zacharias Janssen hann före.) Galileo Galilei hörde talas om detta och skapade då sitt eget teleskop år 1609. Han använde sig av en konkav och en konvex lins och denna typ av teleskop kallas idag ofta för Galileiskt teleskop. Den största förstoring han lyckades åstadkomma var ca 30 gånger. Även om det fanns brister i teleskopet och bilden blev långt ifrån perfekt så lyckades Galilei till exempel se månens kratrar och fyra av Jupiters månar. Johannes Kepler förbättrade Galileis design genom att byta ut den konkava linsen i okularet mot en konvex. Detta gav ett bättre synfält. Men som vi tidigare sett så finns det en del nackdelar med att använda linser, till exempel kromatisk abberation, något som Isaac Newton rådde bot på år 1868 då han konstruerade världens första reflektorteleskop. Han använde sig av, förutom en primär spegel, även en vinklad platt sekundär spegel. Den sekundära spegeln gjorde att ljuset vinklades ut åt sidan och fokalpunkten och okularet kom på det sättet att hamna en bit upp på sidan av teleskopet. Denna typ av teleskop kallas även i dag för Newtonteleskop. Sedan har det tagits fram ett antal olika konfigurationer för reflektorteleskop. Och man har till och med skickat upp dem i rymden!

Planetsystemet sett i ett historiskt perspektiv

Synen på universum har varierat mycket under historien, från en mer religiös/andlig syn till en mer vetenskaplig och faktabaserad syn. Till exempel så har Venus haft en stor betydelse för många gamla kulturer. Mayakulturen skapade en religiös kalender baserad på dess rörelse och använde sedan denna kalender för att bestämma lämpliga tidpunkter för att engagera sig i krig. Och Jupiter representerade guden Marduk för Babylonierna. Babylonierna använde även Jupiter som en slags referensobjekt när de skapade sina konstellationer för Zodiaken. Även kometer har haft en stor betydelse i folktron och religionen. Kometen har oftast tolkats som ett omen, ett tecken på att någon katastrof kommer att inträffa. För att nämna några exempel på himlakroppar som haft en stor betydelse historiskt sett. Men även idag har himlakropparna en religiös/andlig betydelse för många. Astrologi och horoskop är fortfarande relativt populära trots att vi lever i ett upplyst samhälle.

Hur solen, jorden, månen, planeterna och stjärnorna har varit positionerade i förhållande till varandra har varierat över tiden. Man pratar om olika världsbilder, där två vanligt förekommande är den heliocentriska världsbilden och den geocentriska världsbilden. I den geocentriska är jorden placerad i universum mitt och i den heliocentriska är solen i universum mitt. Den geocentriska världsbilden var den som härskade under stora delar av antiken, så som till exempel i det antika Kina och Grekland. Aristoteles och Ptolemaios är två av den geocentriska världsbildens förespråkare. Den geocentriska världsbilden

Aristarchos

Den grekiska astronomen Aristarchos anses vara den första som beskrev den heliocentriska världsbilden, ca år 300 f. Kr Hans tankar hade dock svårt att konkurrera med geocentriska världsbilden, kanske till stor del för att hans heliocentriska världsbild revolterade mot Platons och Aristoteles. Den tidens samhälle var alltför konservativt för att ta till sig Aristarchos världsbild. Och många på den tiden förkastade den heliocentriska världsbilden på grund av att då borde man se att stjärnorna rör sig. Men han kontrade med att stjärnorna låg mycket mycket längre bort än vad de andra astronomerna trodde på den tiden. Så pass långt bort att man endast kunde se deras rörelser med teleskop. Det dröjde ända till Nicolaus Kopernikus (år 1473 – 1543) innan den heliocentriska världsbilden kom upp på banan igen. Kopernikus genomförde att stort matematiskt arbete för att visa på den heliocentriska världsbildens riktighet. Hans modell innehöll en hel del ny geometri, dock ingen ny fysik. Kepler och Galileo utvecklade sedan den Heliocentriska modellen. Kepler insåg att planeternas rörelser är elliptiska, och skapade de berömda tre keplerska lagarna. Galileo, som hade tillgång till teleskop, bekräftade Kopernikus och Kepler.

Nu vet vi att ingen av dessa världsbilder stämmer, men det dröjde faktiskt ända fram till William Herschell (år 1738 – 1822) innan dagens syn på universums uppbyggnad tog form. Herschell studerade vintergatan och hans slutsatser ledde honom till att vårat solsystem bara var ett i mängden. Det fanns enligt honom alltså många solar/stjärnor i universum. Det hade tidigare funnits filosofer som hade förespråkat ett oändligt världsallt, men Herschell var den första som på ett mer vetenskapligt och fysikaliskt sätt hade kommit fram till att vårat solsystem inte var universums allt. Herschells kunde dock inte med konkreta observationer bekräfta sin modell utan det dröjde ytterligare ca 100 år innan Edwin Hubble m.fl. lyckades med detta. Hubble visade att solen var en av många i vår galax, och att det dessutom fanns ett enormt antal galaxer.

Så hur var det då med dessa så kallade vandrare? Jo, vandrare kallade de gamla grekerna planeterna. (Vårat ord planet kommer från det grekiska begreppet för vandrare.) Med den geocentriska världsbilden så var det en utmaning att förklara planeternas rörelser. För planeterna ser vid vissa tillfällen ut att ändra riktning och ”vandra” åt andra hållet, så kallad retrograd rörelse. Hur ska man kunna förklara detta om alla planeter roterar runt en centralt placerad jord? Jo man skapade mer eller mindre avancerade geometriska modeller. Den kanske mest kända är den förklaringsmodell som Ptolemaios tog fram. Han använde sig av begreppen ”deferent”, ”epicycle” och ”equant”, se bild 3. I Ptolemaios modell var jorden inte exakt i mitten utan rörde sig runt en form av jämviktspunkt, en jämviktspunkt som låg mittemellan jorden och den så kallade equanten. Varje planet rörde sig i små cirklar, så kallade epicykler. Och epicykelns mittpunkt roterade sedan runt världsbildens mitt (X på bild 3) längs en så kallad deferent. Med denna modell förklarade man alltså planeternas tidvis retrograda rörelser. Olika astronomer tog fram olika varianter av detta koncept, varianter med olika antal cirklar som resulterade olika grad av komplexitet. Modellen med epicycles levde kvar länge, även till exempel Kopernikus använde sig av konceptet även om han blev tvungen att anpassa det till hans heliocentriska världsbild. Det var först med Kepler och sedan Newton som astronomerna började ifrågasätta användandet av epicykler för att förklara planeternas rörelse. Att skapa en modell med epicykler var svårt att förena med Keplers tre lagar. Och dödsstöten för epicyklerna kom i och med Newton. Enligt Newtons fysik så krävdes det någon form av kraft för att åstadkomma himlakropparnas rörelser. Och en sådan kraft fanns inte i de modeller med epicykler som Ptolemaios, Kopernikus med flera tagit fram.

Bild 3: Skiss som illustrerar Ptolemaios geocentriska modell.

Det första optiska teleskopet konstruerade omkring år 1608 av holländaren Hans Lippershey. (Se mer om detta i mitt svar till fråga 6.) Teleskopet förbättrades kort därefter av Galileo Galilei och han var sedan den första som använde sig av detta nya verktyg för att göra astronomiska observationer. Och hans observationer var många och banbrytande. Han observerade till exempel månen, och såg att den inte var ett helt sfäriskt klot så som Aristoteles trodde, utan att den var full av ojämnheter så som kratrar.
Han studerade även Venus och såg att denna hade faser på samma sätt som vår måne. Detta var ett bevis för att den heliocentriska modellen var den rätta. I Ptolemaios heliocentriska modell var det omöjligt för en planet att ha en hel uppsättning av faser. I Ptolemaios modell kunde ingen planets bana korsa det sfäriska skal som solen befann sig i.
Det var även Galileo som upptäckte Jupiters fyra största månar, Io, Europa, Ganyamede och Callisto. Och efter att ha studerat dessa ett tag, och gjort noggranna anteckningar av deras läge i förhållande till Jupiter, så kom han fram till att de måste gå i en bana runt Jupiter. Detta var revolutionerande då det helt gick emot Aristoteles geocentriska modell där alla himlakroppar måste cirkulera runt jorden.
Han gjorde även observationer av solfläckarna och vintergatan. Och var den första att se Neptunus, även om han då inte förstod att det var planet. Han gjorde även beräkningar som visade att avståndet till stjärnorna var avsevärt mycket större än vad man tidigare trott. (Även om man nu vet att avståndet är mycket längre än så.) Och även Saturnus studerade han. Han såg Saturnus ringar i sitt teleskop men kunde aldrig fastslå exakt vad det var han såg, han spekulerade kring om det kunde vara månar. Dessutom införde han acceleration som kraft. Så det råder inget tvivel om att Galileo Galilei var en pionjär när det gäller att använda teleskopet som instrument inom astronomin. Och han gjorde ett stort antal stora upptäckter som kom att revolutionera synen på universum!

Det optiska teleskopet kom sedan att successivt förbättras av kommande astronomer. Kepler var en av dem som vidareutvecklade Galileos teleskop och som sedan kom att använda teleskopet i sin forskning. Christian Huygens är en annan. Med teleskopets hjälp upptäckte han Saturnus måne Titan. Och han studerade även mönstren på Mars yta. Och William Herschel var den första som studerade Uranus genom ett teleskop (år 1871), och han kom också att tillskrivas upptäckten av densamma. Neptunus upptäcktes år 1846 av Johann Gottfried Galle. Och Pluto (som ju numera klassificeras som en dvärgplanet) upptäcktes av Clyde Tombaugh år 1930. Och det optiska teleskopet fyller en viktig funktion även i våra dagar, ett lysande exempel på detta är rymdteleskopet Hubble! Ett teleskop som för övrigt är döpt efter astronomen Edwin Hubble (år 1889 - 1953). Hubble var en flitig användare av optiska teleskop i sitt arbete med att undersöka avstånden till galaxer. Dessa avståndsmätningar använde han sedan för att beräkna hur fort universum expanderar.

Tycho Brahe - vem var han?

Brahe var en dansk astronom som levde mellan 1546 och 1601 och som gjorde ett flertal viktiga insatser inom astronomin. Han lät till exempel bygga sig ett flertal astronomiska observatorier (där Uraniborg nog är det mest kända) innehållande instrument som med den tidens mått hade mycket hög precision. Dessa instrument gav honom möjlighet att göra noggranna mätningar. Man ska dock komma ihåg att han saknade ett instrument, teleskopet! Han var också systematiskt lagd och gjorde en stor mängd kontinuerliga mätningar. Brahe gjorde till exempel en mängd mätningar av planeternas rörelse samt tog fram dåtidens mest noggranna stjärnkatalog. Han upptäckte också oregelbundenheter i månens bana.

Tyco Brahe

En av hans stora bidrag till astronomin var hans insikt om att himlen inte var uppdelar i genomskinliga sfärer. Sedan länge hade man trott att rymden bestod av ett antal genomskinliga skal där himlakropparna var fästa. Till exempel tilldelade man varje planet en egen sfär samt placerade stjärnorna, som man trodde var fixa, i en sfär utanför dessa. Sfärerna bestod av en form av materia, man trodde alltså inte att det var vakuum mellan himlakropparna. Tidigare anhängare av konceptet med sfärer var till exempel Platon, Aristoteles och Kopernikus. Så att Brahe i sin modell av rymden inte hade med sfärerna var ett stort genombrott. En bidragande orsak till hans insikt om att sfärerna inte existerade var hans observation av en komet. Han såg att kometen passerade flera av dessa sfärer, något som inte skulle kunna vara möjligt enligt de gamla teorierna om sfärer.

Brahe skapade också en delvis ny världsbild. Hans mätdata visade att den för tiden rådande geocentriska världsbilden inte kunde stämma. En allmän uppfattning som rådde då var att jorden var universums centrum och att planeterna och solen roterade runt denna. Brahe skapade då en variant av den geocentriska modellen där han behöll jorden i centrum men där bara månen och solen roterade runt denna. Planeterna roterade runt solen. Ytterst finns en sfär där alla fixa stjärnor finns. Detta kallas för ”The Tyconic system”. Att Brahe inte trodde på ett heliocentriskt system (med solen i centrum och jorden snurrandes runt denna) berodde på att han inte kunde se den vinkelförändring (parallax) till stjärnorna som i så fall skulle uppstå. Parallaxen finns där, Brahes instrument var dock inte tillräckligt bra för att kunna mäta denna.

Det finns en stark koppling mellan Tycho Brahe och Johannes Kepler. Kepler var under en tid Brahes assistent och tog efter Brahes död över hans mätdata. Kepler använde till exempel Brahes mätdata för planeten mars när han tog fram sina berömda lagar om planeternas rörelser, de så kallade Keplers lagar. Kepler visade här att planeterna rörde sig i elliptiska banor. Kepler var för övrigt anhängare av den heliocentriska världsbilden, det vill säga med solen i centrum.

När det gäller kopplingen mellan astrologi och astronomi så var den mycket starkare vid tiden då Brahe levde än vad den är nu. Idag anser många att astrologi är en pseudovetenskap men på den tiden hade astrologin ett mycket högre anseende. Brahe var till exempel övertygad om att himlakropparna påverkade såväl kroppsliga organ så som materia här på jorden. Till exempel skapade han horoskop och gjorde astrologiska ”tolkningar” av supernovan 1572 och kometen 1577. Han skrev även böcker med astrologiskt inriktning. Så det råder inget tvivel om att Brahe ansåg att astrologin var betydelsefull. Även alkemi var något som Brahe var engagerad i.

Uranienborg

Voyagersonderna - deras upptäckter och framtid

Not fare well,

But fare forward, Voyagers.

(T. S. Eliot, The Dry Salvages)

(Detta inlägg finns även att ladda ner som PDF här.)

Voyagerprogrammet

Bild 1. Voyager 1 sänds upp med hjälp 

av raketen Titan III-Centaur

Voyagerprogrammet är samlingsnamnet för de två amerikanska obemannade rymdsonderna Voyager 1 och Voyager 2.⁴ Sonderna som är utvecklade av JPL (Jet Propulsion Laboratory) på uppdrag av NASA (National Aeronautics and Space Administration) skickades upp vid två olika tillfällen under 1977 från Cape Canaveral, Voyager 2 den 20 augusti och Voyager 1 den 5 september. Att de skickades upp just vid denna tidpunkt berodde på att planeterna då stod i ett fördelaktigt läge, ett läge som bara uppstår med ca 175 års mellanrum. Man använde sig av bärraketen Titan III-Centaur, en 48 meter hög trestegsraket (se bild 1).⁸ Ursprungligen ingick de två Voyagersonderna i Marinerprogrammet men kom att flyttas till ett eget program kallat ”Mariner Jupiter – Saturn”, för att kort därefter döpas om till dess nuvarande namn, Voyagerprogrammet. Att man bröt ut dem från Marinerprogrammet berodde på att Voyagersondernas design avvek påtagligt från Marinerprogrammets sonder. Sondernas ursprungliga syfte var att analysera Jupiter och Saturnus men man utökade senare uppdraget till att även innefatta det yttre solsystemet med Uranus och Neptunus. När det gäller utforskandet av planeterna så satte man upp dessa fyra huvudmål^1,2:

-          Utforska planeternas atmosfär med avseende på struktur, komposition, cirkulation och rörelse.

-          Utforska planeternas månar med avseende på morfologi och geologi.

-          Ta fram bättre värden på massa, storlek och form för planeten, dess månar och eventuella ringar.

-          Fastställ strukturen för planeternas magnetiska fält samt inhämta information om energiflöden och plasma.

Men det stannade inte där utan man har nu gått över i en fas man kallar ”The Voyager Interstellar Mission” där man vill undersöka de mest avlägsna delarna av solens domäner, samt den interstellära rymden bortom dessa. Voyager 1 är för närvarande det av människan tillverkade föremål som befinner sig längst bort från jorden. Just nu, den 8 november 2010, befinner sig Voyager 1 på ett avstånd av ungefär 116 AU (ca 17 343 000 000 kilometer) från jorden! Voyager 1 färdas för närvarande ca 470 000 000 kilometer per år.³ Och Voyagersondernas ursprungliga beräknade livslängd på 5 år har nu överträffats med råge, sonderna är nu en bra bit över 30 år gamla!

Sondernas färd genom rymden

Voyagersondernas resa genom rymden har delats upp i två delar, den första delen då sonderna undersökte de yttre planeterna (kallas av NASA för The Planetary Voyage) och den andra delen som tog vid år 1989 då sonderna började sin resa ut ur solsystemet och in i den interstellära rymden (Voyager Interstellar Mission)³.

 

Resan till de yttre planeterna

Att man skickade upp dessa två sonder med uppdraget att undersöka de yttre planeterna i slutet av 1970-talet var ingen slump. Man ville utnyttja det fördelaktiga läge som planeterna befann sig i vid den tidpunkten, ett läge som bara återkommer med ca 175 års intervall. Detta gynnsamma läge innebar att sonderna kunde utnyttja planeternas dragningskraft (gravity assist) för att ”svinga” sig från planet till planet, se bild 2. När sonden passerar en planet böjs dess bana och hastigheten ökar. På så sätt kan de ta sig längre ut i rymden snabbare än om de endast skulle ha förlitat sig på det medhavda bränslet. Resan till Neptunus kunde nu Voyager 2 göra på 12 år istället för de 30 år det skulle ha tagit om man inte utnyttjat detta fördelaktiga läge. Även om sonderna var identiska så var deras banor olika, Voyager 2 flög förbi alla de fyra yttre planeterna (Jupiter 1979, Saturnus 1981, Uranus 1986 och Neptunus 1989) medan Voyager 1 endast flög förbi Jupiter (1979) och Saturnus (1980). Från början var dock uppdraget begränsat till att endast undersöka Jupiter och Saturnus men då dessa blev en framgång och sonderna fortfarande fungerade beslutade man att låta sonderna fortsätta sin resa genom rymden. Att Voyager 1 inte flög förbi Uranus och Neptunus berodde på att den skulle undersöka Saturnus måne Titan samt baksidan av Saturnus ringar, och som en följd av detta tvingades sonden avvika från den bana som skulle ha tagit den till de två yttersta planeterna.

Bild 2. Voyagersondernas bana förbi de yttre planeterna.

Resan vidare ut i den interstellära rymden

1990 övertog Voyager 1 ledningen från Pioneer 10 och blev det mest avlägsna föremål tillverkat av människan. Som bild 3 visar så har både Voyager 1 och 2 nu för länge sedan passerat de yttersta planeterna och är nu på väg ut i den interstellära rymden. De befinner sig nu i den yttersta delen av heliosfären och passerade för ett par år sedan det som kallas termination shock. Heliosfären är den delen där solvinden dominerar och dess utsträckning brukar anges som mellan 50 AU och 150 AU från solen, se bild 4.¹¹ Man kan beskriva den som en enorma magnetiska bubbla som omsluter vårt solsystem. Termination shock är det område i heliosfären där solvindarna bromsas upp på grund av att de kommer i kontakt med det interstellära mediet. Detta orsakar kompression vilket leder till upphettning och förändringar i magnetfältet. Utanför termination shock finns ett område kallat heliosheath, och det är alltså i detta område som Voyagersonderna befinner sig nu. Man hoppas att sonderna ska kunna färdas ända till heliopausen, det område där solvindarna helt stoppas av det interstellära mediet.

Bild 3. Banorna för Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 1 och Pioneer 2 samt deras ungefärliga positioner i april 2007.

Bild 4. Solsystemet och området utanför visat i logaritmisk skala.

Sondernas tekniska uppbyggnad

Voyager 1 och 2 är identiska så dess tekniska uppbyggnad och instrument är följaktligen också likadana.3 De är stabiliserade i tre axlar och för att se till att orienteringen är korrekt, så att högeffektsantennen är riktad mot jorden, så använder de sig av astronomiska eller gyrobaserade referenser. Sonderna är ungefär lika stora som en liten bil och väger just nu ca 720-730 kg. Att vikten varierar beror på att man använt upp en del av det bränsle, hydrazin, som används för att ändra sondernas orientering. Sonderna vägde vid uppskjutningen 815 kg vardera. Den stora antennen, high gain antenna, är 7.3 meter i diameter och magnetometerbommen är 13 meter lång. Sonderna är bestyckade med 10 stycken olika vetenskapliga instrument, det är dock inte alla instrument som är igång idag.³ Bild 5 nedan visar hur de olika instrumenten är placerade på sonden.

Bild 5. Voyagersonden och dess viktigaste delar.

Vetenskapliga instrument

Imaging NA och WA är sondens två kameror. Det är dels en smalvinklig kamera (Narrow Angel, NA) och dels en vidvinkelkamera (Wide Angel, WA). Den smalvinkliga kameran har en högre upplösning och ett smalare synfält än vidvinkelkameran. Till båda kamerorna finns en uppsättning med 8 utbytbara filter. Med kameran kan man till exempel undersöka hur planeternas atmosfär cirkulerar och med vilken hastighet. Man kan också söka efter nya ringar eller studera månarnas yta (om än med en maximal upplösning av ca 2 km).³

Plasma är ett system som används när man söker efter de lågenergipartiklar som finns i plasman. Systemet kan analysera partiklarnas hastighet samt i viss mån dess riktning. Med plasmasystemet kan man exempelvis undersöka solvindens egenskaper och hur den interagerar med planeterna.³

Systemet Cosmic Ray (kosmisk strålning) används för att analysera de mest energirika partiklarna i plasmat. Systemet fångar inga partiklar utan analyserar endast de spår som partiklarna lämnar efter sig när de passerar genom instrumentet. Instrumentet används till exempel för att ta reda på den kosmiska strålningens energiinnehåll, ursprung och rörelse genom galaxen.³

Den ultravioletta spektrometern (Ultraviolet Spectrometer) är en ljusmätare som är känslig för ultraviolet ljus och som kan avgöra vilka atomer eller joner som är närvarande. De ämnen spektrometern letar efter sänder ut en speciell typ av ultraviolett färg. Med detta instrument undersöker man bland annat de lägre delarna av planeternas atmosfärer samt eventuella förekomster av ljusfenomen så som polarsken (eller motsvarande).³

Instrumentet Infrared Interferometer Spectrometer består av tre olika delar. En avancerad termometer, ett instrument som kan avgöra när vissa typer av ämnen finns i atmosfären eller på ytan och slutligen ett verktyg som kan mäta hur mycket solljus en kropp reflektera. Instrumentet används till exempel för att utforska atmosfärens vertikala struktur.³

Instrumentet Photopolarimeter består av ett 0.2 meter stort teleskop utrustat med olika typer av filter. Instrumentet används till exempel för att leta efter blixtar och för att ta reda på information om ytan på Jupiter och Saturnus månar.³

Detektorn för laddade lågenergipartiklar (Low-Energy Charged Particle Detector) letar efter partiklar som har högre energinivå än sondens plasmainstrument. Partiklarna som fångas upp skapar något som kan liknas vid hål, och genom att mäta hålens djup och vinkel kan man få reda på partiklarnas hastighet och riktning. Och genom att mäta hur ofta det bildas hål kan man få reda på hur mycket partiklar det finns. Instrumentet används till exempel för att analysera den kosmiska strålningen.³

Stark- och svagfältsmagnetometrarnas (High-Field och Low-Field Magnetometer) huvudsyfte är att mäta hur solens magnetfält förändras med avstånd och tid och huruvida planeterna har något magnetfält.³

Planetary Radio and Plasma Wave Antenna används för två olika experiment. Båda experimenten ”lyssnar” på radiosignaler men inom olika frekvensområden. Till exempel tar man emot radiosignaler från solen och planeterna.³

Kommunikation, styrning och energiförsörjning

Kommunikation mellan jorden och sonden sker med hjälp av sondens högeffektsantenn (High Gain Antenna, se bild 5.) och ett nätverk av antenner på jorden. Sondens antenn är 3.7 meter i diameter och sänder på två band, X-bandet på ca 8.4 GHZ och S-bandet på ca 2.3 GHz. X-bandet som kan överföra data med en hastighet av 7.2 kbit/s används för vetenskapliga data. S-bandet som är på endast 40 bit/s används för driftsdata. Datahastigheterna är de maximala, oftast är det betydligt lägre. S-bandet har inte använts sedan sista gången sonden passerade en planet. För att ta emot signalerna på jorden använder man sig av ett nätverk av stora antenner, kallat Deep Space Network (DSN).⁹ Storleken på dessa antenner har man varit tvungen att öka i och med Voyagersondernas färd genom rymden. I dagsläget använder man sig av tre stycken antenner med en diameter på 70 meter, se bild 6. (Vissa data kan dock tas emot med mindre antenner.) De tre är placerade i USA, Spanien och Australien, detta för att man inte ska tappa kontakten med sonden då jorden roterar.

Bild 6. En av de 70-meter stora antenner som 

används för att kommunicera med Voyagersonderna.

Förutom de vetenskapliga instrumenten och kommunikationssystemen finns givetvis en mängd andra system ombord på sonderna, till exempel system som har med sondernas drift och positionering att göra. Ett sådant system är det som har hand om sondens orientering och ser till att högeffektsantennen alltid är positionerad mot jorden, det så kallade Attitude and Articulation Control Subsystem. Detta system ser även till att instrumenten riktas åt rätt håll, vissa av instrumenten sitter på en rörlig plattform. Systemet navigerar bland annat med hjälp av stjärnornas positioner. För att ändra orientering använder sig sonderna av små styrraketer som drivs av hydrazin.  

Bild 7. Voyagersonden.

För att driva de elektriska systemen ombord använder man sig av tre stycken radioisotopgeneratorer (radioisotope thermoelectric generators).¹⁰ Det är en elektrisk generator som konverterar den värme radioaktivt sönderfall genererar till elektricitet. I Voyagersonderna används plutonium 238 som bränsle. I början gav dessa en effekt på ungefär 470 W men denna blir lägre med tiden på grund av att bränslet sönderfaller. I september 2009 hade effekten sjunkit till ca 275 W. I takt med att effekten minskar måste man stänga av funktioner och instrument på sonderna. Att man inte använder sig av solpaneler beror på att Voyagersonderna färdas alltför långt bort från solen.

Uppdrag och upptäckter

Voyagersonderna räknas av många som de, vetenskapligt sett, mest framgångsrika rymdsonderna som hittills skickats upp. Och det redan innan deras uppdrag är slutfört. Medan andra sonder oftast fokuserar på en av våra planeter så har Voyagersonderna gjort avgörande vetenskapliga upptäckter rörande fyra, och utöver detta dessutom upptäckter rörande heliosfären och solsystemets utkanter. Voyagersonderna har till exempel upptäckt 22 nya månar!

Jorden

Bild8. Bilden  "Pale Blue Dot" tagen 

av Voyager 1. Jorden är den blå pricken 

markerad med en ring.

Det är kanske missvisande att säga att Voyagersonderna har gjort vetenskapliga upptäckter som har med jorden att göra, men Voyagersonderna har däremot bidragit till att ändra vår bild av jorden. Voyagersondernas resa genom rymden har gett många av oss ett annat perspektiv på vår plats i universum, och på vår litenhet. Och det finns en bild tagen av Voyagersonderna som kanske har påverkat oss mer än någon annan och det är bilden kallad ”Pale Blue Dot”, tagen 1990 av Voyager 1.¹⁶ Det var den berömda astronomen Carl Sagan som mer eller mindre övertalade NASA om vikten av att ta en sådan bil. Om bilden har Sagan sedan gjort ett antal kända uttalanden, till exempel detta:

“It has been said that astronomy is a humbling and character-building experience. There is perhaps no better demonstration of the folly of human conceits than this distant image of our tiny world. To me, it underscores our responsibility to deal more kindly with one another, and to preserve and cherish the pale blue dot, the only home we've ever known.”¹⁶

Bild 9. "Family Portrait".

Det finns även en bild på hela solsystemet, kallad ”Family Portrait”, som blivit mycket känd. Bilden är ett collage av 60 olika bilder, bland annat ingår bilden ”Pale Blue Dot”. Här ser vi förutom solen även planeterna Jupiter, Jorden, Venus, Saturnus, Uranus och Neptunus. Dessa bilder var de sista fotografierna tagna av Voyagersonderna.

Jupiter

Voyagersonderna gjorde många upptäckter rörande Jupiters månar. På Io:s så fann man aktiv vulkanism, något som överraskade många forskare.¹⁸ Det var första gången någonsin som man sett aktiva vulkaner på andra himlakroppar än vår egen i vårt solsystem. Voyagersonderna observerade vulkanutbrott vid nio olika tillfällen, men det finns bevis för att ytterligare vulkanutbrott skett mellan dessa. Vulkanernas plymer når mer än 300 km upp ovanför ytan och hastigheten på de föremål som slungas ut rör sig i hastigheter upp till en kilometer på sekund. Vulkanismen på Io beror troligtvis på den uppvärmning som genereras av tidvattenkrafter. Tidvattenkrafterna beror på den dragkamp som Io utsätts för av sina grannar Europa, Ganymedes och Jupiter. Denna dragkamp deformerar Io så mycket som 100 meter. Som jämförelse kan nämnas att motsvarande siffra för Jorden är ca 1 meter. Och man tror att dessa vulkanutbrott har påverkan långt utanför Io:s. Man har upptäckt partiklar från vulkanutbrotten miljontals kilometer från Io:s.

På Europa upptäckte man streck på ytan. Och dessa streck var inte djupa sprickor utan ytliga, nästan som om någon målat med pensel. Sonden Galileo har undersökt saken efter att Voyagersonderna varit där och man har kommit fram till Europa är täckt av is med en ocean under. Man tror att isskorpan är tunnare än 30 kilometer. Det finns de som tror att möjligheterna är goda att upptäcka primitiva livsformer i Europas oceaner!

Voyagersonderna upptäckte dessutom tre nya månar, Metis, Adrastea och Thebe. De är dock mycket små, den största Thebe har en diameter på ungefär 100 kilometer vilket kan jämföras med Io:s 3650 kilometer. Man har idag upptäckt 63 månar till Jupiter.

Man fann även att Jupiter hade ringar. Utkanten befinner sig ungefär 129 000 kilometer från Jupiters centrum, och ringen är ungefär 30 000 kilometer bred. Ringarna är mörkare än Saturnus och man tror att de består av små stenar.

Vid analys av den stora röda fläck som Jupiter har så upptäckte man att den i själva verket är en storm som rör sig motsols. Man fann även andra mindre stormar. Voyagersonderna fann även polarsken på Jupiter. Jupiter har ett magnetfält som är ungefär 10 gånger starkare än jordens.

Bild 10. Jupiters stora röda fläck.

Bild 11. Vulkanutbrott på Io.

Bild 12. Jupiters ringar.

Saturnus

Det som kanske väckte forskarnas förvåning mest när det gäller Voyagers utforskande av Saturnus var upptäckter i dess ringar. Man har trott att ringarna bildats av material från stora månar, månar som krossats då kometer och meteoriter slagit ned på dess yta. Partiklarna i Saturnus ringar varierar i storlek från små stoftpartiklar till stenar stora som hus. Saturnus minsta månar har en mycket oregelbunden form vilket tyder på att även de har sitt ursprung i större himlakroppar, på samma sätt som materialet i ringarna. I Saturnus ringar upptäckte Voyager oregelbundna fläckar, kallade spokes. Dessa spokes roterar runt Saturnus. Man tror att ringarna är orsakade av gravitationskrafter så dessa spokes kom som en överraskning då de uppför sig på ett sätt som inte är förenligt med gravitationskrafter. Man är idag inte säker på hur dessa spokes uppstår men man tror att det har att göra med elektrostatiska krafter på grund av att fläckarnas rörelse följer Saturnus magnetosfär.

När det gäller Saturnus atmosfär så fann man att den till absolut största delen består av väte och helium. Andelen helium i den övre atmosfären var mindre än vad man beräknat vilket kan tyda på att heliumet sakta sjunker neråt. Detta skulle kunna förklara varför Saturnus avger mer värme än vad som vore möjligt om bara solen vore energikällan.

Det blåser extrema vindar på Saturnus. Voyagersonderna mätte vindhastigheten till 1800 km/h. Vindarna blåser mestadels i östlig riktning och hastigheten är som högst vid ekvatorn. Vindarna avtar med stigande höjd. Man tror att vindarna inte bara finns i molnlagret utan att de sträcker sig ca 2 000 kilometer under detta. Man har även funnit mönster i vindarna som tyder på att vindarna tar sig genom planetens inre, från norr till söder!

Voyagersonderna mätte även temperaturen vid olika tryck på Saturnus baksida. Den lägsta temperaturen man uppmätte var -191 grader Celsius (vid ett tryck på 70 millibar). Temperaturen ökade då man mätte längre ner, vid ett tryck på 1 2000 millibar var temperaturen – 130 grader Celsius. Man mätte även temperaturen vid nordpolen och fann att det var ca 10 grader Celsius varmare där än vid ekvatorn. Man tror att temperaturskillnaden kan vara säsongsstyrd.

Man fann att även Saturnus hade polarsken. Den enda av gasjättarna där sonderna inte fann polarsken var Uranus. På Saturnus fann man även en form av sken runt de mellersta latituderna. Detta sken inträffar bara på de solbelysta delarna. Man vet idag inte hur dessa ljusfenomen uppstår.

Tre nya månar upptäcktes: Atlas, Prometheus och Pandora. Och på månen Enceladus upptäckte Voyager tecken som tyder på tektonisk aktivitet. På månen Mimas fann man en krater så gigantisk att kollisionen som skapat denna nästan måste ha slitit månen i två delar.¹⁹

Bild 13. Fläckar, så kallade spokes.

Bild 14. Månen Enceladus.

Bild 15. Månen Mimas.

Uranus

Voyager 2 var först med att upptäcka Uranus magnetfält. Magnetfältet är ungefär lika kraftigt som det vi har på jorden. Magnetfältet skiljer sig dock från många andra planeters på grund av att magnetfältet är förskjutet i förhållande till rotationsaxeln. Och detta magnetfält är dessutom positionerat lite annorlunda på grund av att Uranus ”lutar”. Man tror att Uranus fått sin lutning då den någon gång i solsystemets barndom blivit träffad av en planetstor himlakropp. Detta gör till exempel att polerna utsätts för sol respektive mörker under långa perioder. Och denna lutning påverkar alltså magnetfältet, till exempel genom att magnetfältets ”svans” på grund av rotation bildar en ”korkskruv” bakom Uranus.

Men trots att Uranus lutar så passa mycket så fann man förvånansvärt nog att temperaturen vid ekvatorn var ungefär densamma som vid polerna.

Voyager 2 fann 2 nya ringar runt Uranus. Man studerade dessutom de andra nio då kända ringarna.  Idag känner man till totalt 13 stycken. Man tror att ringarna är relativt nya och att de kom till efter det att planeten formades.

Vid de solbelysta polerna observerade man en form av dis. Detta dis avgav stora mängder ultraviolett ljus.

Sonderna fann 10 (!) nya månar till Uranus: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Belinda och Puck. Dessutom tillskriver en del upptäckten av månen Perdita till Voyager. Voyager tog ett fotografi av månen men ingen såg vad som fanns på bilden förens flera år senare. Och då det endast fanns ett enda fotografi så var man osäker på dess existens, det var först när Hubbleteleskopet tog bilder på Perdita som man fastslog att det var en måne till Uranus. Man studerade även många av de redan upptäckta månarna. Man fann till exempel att Miranda hade enorma kanjoners upp till 20 kilometer djupa och att ytan bestod av en blandning av gammalt och nytt. Det finns tre teorier till hur dessa spår på ytan kan ha uppkommit. Den ena teorin går ut på att månen för länge sedan vid en kraftig kollision skulle ha splittrats i flera delar. Dessa delar skulle sedan åter ha förenats för att återbilda månen och det konstiga landskap vi idag kan se på Miranda skulle ha uppstått då. Den andra teorin går ut på att material, kanske en blandning av is och ammoniak eller metan, strömmat ut från kärnan och på så sätt skapade den konstiga ytan. Den tredje teorin går ut på att det är gravitationskrafter som orsakat det extrema landskapet, till exempel månen Umbriels gravitation.

Bild 16. Uranus ringar.

Bild 17. Mirandas yta.

Neptunus

På Neptunus uppmätte Voyager vindar på 2000 km/h, de snabbaste man någonsin uppmätt på någon planet. Vindarna är mestadels västliga, det vill säga motsatt planetens rotationsriktning. Man fann flera fläckar, liknande de på Jupiter, varav den största, kallad ”The Great Dark Spot”, är lika stor som jorden.  Dessa fläckar orsakas av enorma stormar. Detta förvånade forskarna då planeten tar emot mycket lite solljus, och en dynamisk atmosfär brukar hänga samman med de temperaturskillnader som solljuset innebär.

Man fann också ett oregelbundet moln som rörde sig i östlig riktning. Man tror att det kan vara någon form av molnplym.

Liksom Uranus så är Neptunus magnetfält ”tippat” på sidan, för Neptunus del 47 grader. Man fann också polarsken, dock mycket svagare än på jorden eller de andra planeterna.

Voyager gav också forskarna svar på en del av de frågor de hade rörande Neptunus ringar. Man tvistade om ringarna var hela eller endast partiella, men Voyager visade att ringarna verkligen var hela. Ringarna är mycket svåra att upptäcka på grund av att de är uppbyggda av mycket små partiklar.

Sex stycken nya månar upptäcktes: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Proteus och Larissa. Alla är små. Man utforskade även några av de andra månarna, till exempel Neptunus största måne Triton. Man fann att den hade en fascinerande geologisk historia. Till exempel tog Voyager 2 bilder av en gejserliknande eruptioner som sprutade ut kvävgas och dammpartiklar.

Bild 18. Neptunus.

Bild 19. Neptunus ringar.

Bild 20. Neptunus måne Triton.

Solsystemet och dess utkanter

Voyagersonderna fortsatte, efter förbiflygningarna av de fyra gasjättarna, sin resa genom vårat solsystem och har nu kommit till dess utkanter. Förutom att fortsätta att skicka data om de yttre delarna av vårat planetsystem så får vi nu även data från vårt solsystems grannar.

1993 så lyckades Voyagers plasmavågsexperiment för första gången ta emot signaler som härstammar från heliopausen. Heliopausen är området där solvinden möter det interstellära mediet, se bild 4. Man hoppas att sonderna når fram till heliopausen innan de slutar att fungera. Den så kallade termination shock, som ligger innanför heliopausen, passerade Voyager 1 i december 2004 och Voyager 2 i augusti 2007. Sonderna passerade terminal shock på olika avstånd från solen vilket tyder på att heliosfären är oregelbundet formad.

Sonderna position ger dem också en möjlighet att göra unika observation inom det ultravioletta området.

Voyagers gyllne skiva

Med sig på sin färd genom rymden har de båda Voyagersonderna varsin gyllne skiva (Voyager Golden Record) innehållande ett budskap till ett eventuellt möte med utomjordiska livsformer, se bild 21.³ Den gyllne skivan täcks av ett gyllne omslag, se bild 22. På skivan, som är drygt 30 cm i diameter, finns ljud och bilder som beskriver livet på jorden. Med skivan följer en nål och på omslaget finns instruktioner för hur man spelar upp skivan. Det finns även information om varifrån rymdfarkosten skickads upp samt hur länge den har färdats genom rymden. Hur länge den färdats genom rymden får de utomjordiska livsformerna lista ut genom att mäta sönderfallet i det bifogade U238. De ljud och bilder som finns lagrade på skivan är till exempel:

-          Hälsningar på 55 språk, både utdöda som till exempel akkadiska och nu levande som till exempel svenska.

-          35 stycken olika ljud, både naturliga och skapade av människan. Till exempel ljudinspelningar av regn, vind, hundar, flygplan och tåg.

-          Bitar av 27 olika musikstycken. Till exempel från Beethovens femte symfoni och Chuck Berrys ”Johnny B. Goode”.

-          Bilder som visar till exempel vårat solsystem, jorden sett från rymden, schematiska bilder av en man och kvinna, bild inifrån ett köpcentra och ett flygande flygplan. Det finns även bilder med matematiska, fysikaliska och kemiska definitioner. Totalt innehåller skivan 115 bilder.

Men det kommer att dröja innan någon av Voyagersonderna passerar nära ett annat planetsystem, närmare bestämt ca 40 000 år. En av dem som var med och tog fram vad som skulle finnas på skivan var den berömda amerikanska astronomen Carl Sagan och han sa så här om Voyagers gyllne skiva: ”The spacecraft will be encountered and the record played only if there are advanced spacefaring civilizations in interstellar space. But the launching of this bottle into the cosmic ocean says something very hopeful about life on this planet.”

Bild 21. Omslaget till Voyagers gyllne skiva.

Bild 22. Voyagers gyllne skiva.

Framtiden

Voyagersondernas fortsatta färd
Hur ser då framtiden ut för de två Voyagersonderna? Jo sonderna, som i början av november 2010 befann sig på ett avstånd av 115-116 AU från jorden, fortsätter att sända vetenskapliga data till jorden. På grund av att den radioaktiva energikällan genererar allt mindre energi tvingas man dock successivt att släcka ner sondernas instrument och funktioner. Till exempel har man stängt av sondernas ultravioletta spektrometrar och kommer inom ett par år att tvingas stänga av sondernas gyro. Avstängandet av gyrot innebär att sonderna inte kommer att kunna rotera, och rotationen används till exempel när man ska mäta magnetfält. Man prioriterar de instrument som har med utforskning av den interstellära rymden att göra. Nedan är NASA:s plan för hur de olika systemen och instrumenten kommer att stängas av³:

	VOYAGER 1	VOYAGER 2
Power Off Plasma (PLS) Subsystem.	2007-032
PLS Heater	2007-130
Power Off Planetary Radio Astronomy Experiment (PRA)	2008-015	2008-052
Terminate scan platform and Ultra Violet (UV) observations	~EOY 2010	1998-316
Termination of Data Tape Recorder (DTR) operations	~2015	2007-248
Termination of gyro operations	~2016	~2015
Initiate instrument power shutdown	~2020	~2020
Can no longer power any single instrument	No earlier than 2025	No earlier than 2025

Tabell 1. NASA:s plan för sondernas framtid. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/spacecraft/spacecraftlife.html.

Följande experiment beräknar man vara i funktion minst fram till år 2020: Detektorn för laddade lågenergipartiklar, systemet för kosmisk strålning, magnetometern och plasmasystemet.

 

Vad händer efter Voyagersonderna?

Vill vi överträffa Voyagersonderna när det gäller tillryggalagd sträcka så måste vi ta fram bättre energikällor och framdrivningssytem. Att Voyagersonderna lyckats ta sig så långt ut i rymden på så relativt kort tid beror på att de kunde utnyttja andra planeters dragningskraft för att på så sätt få en ”skjuts” ut i rymden. Men detta läge inträffar bara med mycket långa mellanrum och för att vi inte ska bli beroende av dessa måste vi ta fram andra framdrivningssystem. Det finns ett antal olika teorier och förslag på vilken metod som är bäst lämpad för framtida interstellära resor, till exempel fusions- eller fissionsenergi.¹⁵ Men det finns även mer futuristiska förslag så som användandet av antimateria eller ljus/magnetsegel som får sin energi från en kraftfull laserkälla placerade i vårt eget solsystem. Lyckas vi inte skapa sonder som färdas med betydligt högre hastighet än dagens så tvingas vi ha minst sagt tålamod och lång framförhållning. Att skapa sonder som når sitt mål först efter 100-tals år är kanske inte realistiskt. Och om vi nu skapar denna typ av extremt långlivade sonder så finns det ändå ett antal utmaningar. Vi måste till exempel ta fram en bättre energikälla för sondens instrument och interna system. Förutom detta finns givetvis andra problem som måste lösas, till exempel måste vi utveckla tekniken att kommunicera med sonder som befinner sig på extrema avstånd.

Voyagersonderna är dock inte ensamma, det finns andra sonder som ska eller är på väg att utforska våra yttre planeter samt utkanten av solsystemet. Till exempel rymdfarkosterna New Horizons, IBEX och Juno. Majoriteten av alla sonder som är planerade att skickas upp har dock Mars eller månen som mål.

New Horizons, som är den enda av dessa tre som ännu skjutits upp, är på väg till Pluto.¹³ Sonden sköts upp i januari 2006 och förväntas nå Pluto och dess största måne Charon i mitten av 2015. New Horizons är den första sonden att i så fall passera på nära håll. Huvuduppdragen är att analysera Pluto och Charons geologi och morfologi samt kartlägga ytans kemiska beståndsdelar. Dessutom ska man analysera Plutos atmosfär. Och man kommer att komma så pass nära att man kan ta bilder med en upplösning på cirka 50 meter. Man har även möjlighet att upptäcka eventuella ytterligare månar samt eventuella ringar runt Pluto. Om möjligt ska man även fortsätta efter Pluto och försöka få närkontakt med något av de andra objekten i Kuiperbältet. Exakt vilket objekt är ännu inte bestämt. New Horizons kommer dock aldrig att ”köra om” Voyagersonderna då den håller en lägre hastighet.

Bild 23. New Horizons

 Sonden Juno har ett planerat uppskjutningsdatum i augusti 2010 och har Jupiter som sin destination.¹⁴ Juno kommer att placera i en polär bana runt Jupiter och man kommer att utforska dess sammansättning, magnetfält, gravitationsfält, och polära magnetosfärer. Man hoppas kunna få fram ledtrådar till hur Jupiter formades och hur dess kärna är uppbyggd. Andra mål för sonden är att analysera de snabba vindar som råder på Jupiter, samt om atmosfären innehåller något vatten.

Bild 24. Juno.

IBEX (Interstellar Boundary Explorer) sköts upp 2008 och har som uppdrag att utforska solsystemets utkanter.¹² Den är dock inte en rymdsond utan en satellit till jorden, det vill säga den kommer inte att så som Voyagersonderna ta sig till solsystemets utkant utan kommer att utföra sina experiment från sin bana runt jorden. Målet med experimenten är att genom olika typer av mätningar få en bättre förståelse för hur solvinden och det interstellära mediet interagerar med varandra. Området som är mest intressant kallas terminal shock och IBEX har för första gången skapat en bild/karta av detta område, se bild 26. För att skapa dessa kartor mäter man förekomsten av mycket snabba neutrala atomer (så kallade energetic neutral atoms). Dessa typer av atomer skapas då solvinden och det interstellära mediet möts. Dessa atomer är mycket utspridda, IBEX detekterar ungefär ett par stycken per timme! Som man kan se i bild 26 så är atomerna inte jämt fördelade utan det finns ett bågformat område där förekomsten är högre än i övriga delar. Man vet ännu inte exakt vad detta beror på men en teori är att det beror på magnetfältet i vår del av galaxen.

Bild 25. IBEX.

Bild 26. Karta som visar antalet "energetic neutral atoms". 

Rött symboliserar det högsta antalet atomer och blått det lägsta.

Om man ser på lång sikt så finns det koncept framtagna för att besöka de yttre planeterna. NASA har till exempel något de kallar ”Europa Jupiter System Mission” och som är ett ambitiöst försöka att utforska Jupiter och dess månar bestående av två olika sonder.²⁰ Sonderna ska arbeta tillsammans och deras mål är att se om det finns några möjligheter till livsformer på någon av Jupiters månar. Man kommer att fokusera på månarna Europa och Ganyamede. Förutom detta kommer sonderna även att ge oss bättre kunskap om hur gasjättar och deras månar bildats. Dessa två sonder kommer sedan att följas av ytterligare en sond kallad ”Europa Astrobiology Lander”. Denna sond kommer att landa på Europa och utföra astrobiologiska experiment för att utröna om det finns, eller har funnits, livsformer där. Exakt vilka experiment som kommer att utföras beslutas efter det att de två tidigare sonderna undersökt Jupiter och dess månar.

Bild 8. Konceptbild av Europa Astrobiology Lander.

I NASA:s strategi för framtida uppdrag i rymden har man fyra teman man jobbar utifrån²⁰:

- The First Billion Years of Solar System History.
- Volatiles and Organics; The Stuff of Life.
- The Origin and Evolution of Habitable Worlds.
- Processes; How Planets Work.

Jag tycker att dessa fyra punkter säger mycket om varför vi måste fortsätta att utforska rymden. Även om vi får mer och mer kunskap om rymden så är det fortfarande så ofantligt mycket vi inte vet. Och människan har alltid varit en utforskande varelse, och jag tror att vi kommer att fortsätta vara det, även när det gäller världar utanför vår egen!

Källor och referenser

De Internetbaserade källorna har jag redovisat med i följande ordning: sidan titel (den som syns högst upp i webbläsarens ram), sidans rubrik om sådan finns samt webbadress.  Om även undersidor används som källa eller referens anges det efter webbadressen. Webbsidorna besöktes under oktober och november 2010.

1. ”NASA – NSSDC – Spacecraft – Details”, ”Voyager 1”,

http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1977-084A.

2. ”NASA – NSSDC – Spacecraft – Details”, ”Voyager 2”,

http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1977-076A.

3. “Voyager – The Interstellar Mission”, http://voyager.jpl.nasa.gov/, med underliggande sidor.

4. ”Voyager program – Wikipedia, the free encyclopedia”, “Voyager program”, http://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_program.

5. “Space, Stars, Earth, Planets and More – NASA Jet Propulsion Laboratory”, “Jet Propulsion Laboratory”, http://www.jpl.nasa.gov/ med underliggande sidor.

6. “Marinerprogrammet – Wikipedia”, “Marinerprogrammet”, http://sv.wikipedia.org/wiki/Marinerprogrammet.

7. “Discovering the Universe”. Comins, Neil F. och Kaufman III, William J. Sjunde upplagan, 2005.

8. ”Cape Canaveral Rocket and Missile Programs:”, ”TITAN III-E CENTAUR Fact Sheet”, http://www.spaceline.org/rocketsum/titan-III-e-centaur.html.

9. “Deep Space Network Home Page”, “ABOUT THE DEEP SPACE NETWORK”, http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsn/.

10. “Radioisotopgenerator – Wikipedia”, “Radioisotopgenerator”, http://sv.wikipedia.org/wiki/Radioisotopgenerator.

11. “NASA’s Cosmicopia – Sun – Heliosphere”, “The Heliosphere”, http://helios.gsfc.nasa.gov/heliosph.html.

12. “NASA – ‘Impressionist’ Spacecraft to View Solars System’s Invisible Frontier”, “IBEX”, http://www.nasa.gov/mission_pages/ibex/index.html.

13. “New Horizons Web Site”, “New Horizon”, http://pluto.jhuapl.edu/index.php.

14. “NASA – Juno”, “Juno”, http://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/index.html.

15. “Interstellar travel – Wikipedia, the free encyclopedia”, “Interstellar travel”, http://en.wikipedia.org/wiki/Interstellar_travel.

16. “Pale Blue Dot – Wikipedia, the free encyclopedia”, “Pale Blue Dot”, http://en.wikipedia.org/wiki/Pale_Blue_Dot.

17. ”Voyager – Explore the Cosmos | The Planetary Society”, “Voyager”,   http://www.planetary.org/explore/topics/space_missions/voyager/ med underliggande sidor.

18. “Io (moon) – Wikipedia, the free encyclopedia”, “Io (moon)”, http://en.wikipedia.org/wiki/Io_(moon).

19. “Miranda (moon) – Wikipedia, the free encyclopedia”, “Miranda (moon)”, http://en.wikipedia.org/wiki/Miranda_(moon).

20. “Solar System Exploration: Mission: Strategic Exploration Plans”, “NASA’s Approach to Future Exploration”, http://solarsystem.nasa.gov/missions/future1.cfm med underliggande sidor.

Källor till de bilder som används i dokumentet:

Försättsblad. Bild på Voyager 1. Källa: NASA, http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/13jul_solarblast/.

Bild 1. Voyager 1 sänds upp med hjälp av raketen Titan III-Centaur. Källa: http://nix.nasa.gov/info?id=MSFC-9141932.

Bild 2. Voyagersondernas bana förbi de yttre planeterna. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/spacecraft.html.

Bild 3. Banorna för Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 1 och Pioneer 2 samt deras ungefärliga positioner i april 2007. Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Outersolarsystem-probes-4407.jpg.

Bild 4. Solsystemet och området utanför visat i logaritmisk skala. Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solarmap.png.

Bild 5. Voyagersonden och dess viktigaste delar. Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Voyager_spacecraft_structure.jpg.

Bild 6. En av de 70-meter stora antenner som används för att kommunicera med Voyagersonderna. Källa: http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsn/antennas/70m.html.

Bild 7. Voyagersonden. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/spacecraft.html.

Bild8.. Bilden "Pale Blue Dot" tagen av Voyager 1. Jorden är den blå pricken markerad med en ring. Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/Pale_Blue_Dot.

Bild 9. "Family Portrait". Källa: http://www.planetary.org/explore/topics/space_missions/voyager/family_portrait.html.

Bild 10. Jupiters stora röda fläck. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/jupiter.html.

Bild 11. Vulkanutbrott på Io. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/jupiter.html.

Bild 12. Jupiters ringar. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/jupiter.html.

Bild 13. Fläckar, så kallade spokes. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/saturn.html.

Bild 14. Månen Enceladus. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/saturn.html.

Bild 15. Månen Mimas. Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/Mimas_(moon).             

Bild 16. Uranus ringar. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/uranus.html.

Bild 17. Mirandas yta. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/uranus.html.

Bild 19. Neptunus ringar. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/neptune.html.

Bild 18. Neptunus. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/neptune.html.

Bild 20. Neptunus måne Triton. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/gallery/neptune.html.

Bild 21. Omslaget till Voyagers gyllne skiva. Källa: http://voyager.jpl.nasa.gov/spacecraft/goldenrec.html.

Bild 22. Voyagers gyllne skiva. Källa: http://sv.wikipedia.org/wiki/Voyager_Golden_Record.

Bild 23. New Horizons. Källa: http://pluto.jhuapl.edu/gallery/artistConcepts/artistConcepts_06.html.

Bild 24. Juno.. Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/Juno_(spacecraft).

Bild 25. IBEX. Källa: http://www.nasa.gov/mission_pages/ibex/index.html.

Bild 26. Karta som visar antalet "energetic neutral atoms". Rött symboliserar det högsta antalet atomer och blått det lägsta. Källa: http://www.ibex.swri.edu/students/What_do_the_first_maps.shtml.

Bild 27. Konceptbild av Europa Astrobiology Lander. Källa: http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?Sort=Target&Target=Jupiter&MCode=EAL.....