הנה מה שהיה לנו לומר על וויאג'ר 1 כשהושק לפני 41 שנים

ב-5 בספטמבר 1977, וויאג'ר 1 הושקה ושינתה לעד את הבנתנו את מערכת השמש. וויאג'ר 2 הושק שבועיים לפני כן, ב-20 באוגוסט. כחודש לפני ששתי החלליות עזבו את כדור הארץ, מדע פופולרי העמיק עם המדענים מאחורי התוכנית כדי לגלות כיצד היא תוכננה, היעדים של נאס"א עבור החללית, ומה יקרה אם משהו ישתבש עם וויאג'ר 1 או 2. המאמר כפי שנכתב במקור להלן:

טיסת החלל הארוכה ביותר, סיור אפשרי של 12 שנים של מערכת השמש החיצונית, עומדת להתחיל. זה נקרא וויאג'ר.

השם מתאים. המסע הזה ייקח שתי חלליות למסע שכבר נקרא תקופת אימון למשימות בין-כוכביות. לפני שהם עוזבים את מערכת השמש שלנו מאחור, המטיילים האלה יאמנו את עיניהם ואוזניהם על מספיק כוכבי לכת וירחים כדי לאלץ את האסטרונומים לשכתב את הטקסטים שלהם.

עד לפני מספר חודשים, וויאג'ר נקראה מריינר יופיטר-שבתאי. אבל ימי ים הם סוג אחר של חלליות, המיועדות לטיסות לכוכבי הלכת הפנימיים. השם שונה.

הן מרינר והן וויאג'ר מגיעות מלוחות העיצוב וממתקני הייצור במעבדת הנעה סילון בפסדינה, קליפורניה. בסוף אוגוסט ותחילת ספטמבר - ההשקות מתוכננות בהפרש של 12 ימים - הוויאג'רס יוצאים לדרך אזורים שבהם אפילו הטלסקופים הטובים ביותר מבוססי כדור הארץ מספקים רק רמזים מטושטשים לגבי מה באמת בחוץ שם.

ג'יימס אי. לונג, מהנדס צנום ופלנטולוג שרץ (וסיים) את מרתון בוסטון הראשון שלו רק שבוע קודם לכן, טפח קלות על דגם וויאג'ר הקטן. "אני לא מחשיב זאת כמשימה של שני כוכבי לכת", הסביר. "זו באמת משימה של 12 כוכבי לכת, גם אם אנחנו לא הולכים לאורנוס."

לונג הוא מנהל מדע בצוות JPL-Voyager. כפי שהוא מודה בעליזות, האפשרות לשלוח את וויאג'ר לאורנוס ואולי אפילו לנפטון הפכה פתאום יותר אטרקטיבי באביב האחרון - כאשר אסטרונומים של קורנל גילו שלאורנוס, כמו שבתאי, יש טבעות (ראה קופסא). (הערת עורך, 2017: ראה תמונה למטה)

וויאג'ר, למעשה, עשויה להפוך למשימת הגראנד טור המיוחלת שאושרה ואז בוטלה, בתחילת שנות ה-70. ה-Grand Tour המקורי היה מושק ב-1977 במסלול הכולל יופיטר, שבתאי, אורנוס ונפטון, עם אפשרויות אפילו עבור פלוטו. התוכנית הזאת מתה, אבל הרעיון שרד.

"לא לקח לנו יותר מדי זמן להתלהב ממשימה של שני כוכבי הלכת צדק-שבתאי כפרס ניחומים". חייך ארוך. "ואז החלה עבודת הבילוש האמיתית, כשהתחלנו להסתכל על מסלולים.

"מצאנו מאות שיובילו אותנו לצדק ושבתאי. יכולנו לבחור אחד בערך תוך 20 דקות, אם זה היה הדאגה היחידה שלנו".

זה לא היה, וניתוח המסלול נמשך יותר משנתיים. מילת המפתח למשימת התאומים הזו לחלל העמוק היא מדע, ולאורך התכנון והתכנון של וויאג'ר, השיקולים המדעיים היו במקום הראשון.

"כשהתחלנו לתכנן, הבנו את הערך של הירחים הגליליים", אמר לונג. "סוף סוף מצאנו מסלולים שנותנים לכל חללית שלושה מהם."

הירחים האלה, ארבעת צדק הסובבים הגדולים ביותר, הם מטרות עיקריות. וויאג'ר אחד יעשה גישה קרובה לקליסטו, גנימד ואירופה; השני יסתכל על הלו, גנימד וקליסטו. שתי החלליות יקבלו מבטים מרוחקים על ירח חמישי, אמלתיאה, ויערכו בדיקות מדוקדקות של ענק הגז צדק לפני שיושלכו לשבתאי.

ד"ר אדוארד סטון, פיזיקאי קלטק ומדען הפרויקט של וויאג'ר, הסביר מדוע הירחים היוביים מסקרנים:

"הלוויינים הגליליים האלה עשויים לייצג גרסה בקנה מידה קטן של מה שקרה למערכת השמש כולה.

"אנחנו מצפים שהלוויינים האלה יהיו שונים לגמרי. נראה שאין לו קרח, אבל לאירופה וגנימד כנראה יש. לגנימד, למעשה, עשוי להיות קרום קרח צף על מים נוזליים. לבסוף, הקרח בקליסטו חייב להיות מלוכלך מאוד כי יש לו אלבדו (רפלקציה) כה נמוך".

לירחים יש דמיון נוסף למערכת השמש, ציין ג'יימס לונג. הצפיפות שלהם יורדת ככל שמרחקי המסלול שלהם גדלים.

"זה כנראה ייראה כמו מאדים או הירח שלנו," אמר. "זה צריך להיות מכוסה בכבדות. גנימד וקליסטו צריכים להיראות יותר כמו כדורי שלג. אבל מהי הגיאולוגיה של כדור שלג? איך נראית פגיעת מטאור על כדור שלג?"

במצלמה

המצלמות של וויאג'ר יגידו לנו. שתי מצלמות וידאו צבעוניות, אחת עם זווית רחבה ואחת צרה, ישדרו תמונות ברזולוציה גבוהה של ירחים, כוכבי לכת ואולי אפילו חלקים של טבעות שבתאי או אוראניות.

ההבדל בין תמונות וויאג'ר לאלו שנשלחו בחזרה על ידי שני מבקרים קודמים של יופיטר אמור להיות בולט. לחלוצים 10 ו-11, שבחנו את כדור הארץ בשנים 1974 ו-1975, היו רק מערכות הדמיה ראשוניות. את הכתם האדום הגדול של צדק, למשל, ניתן היה לראות כולו בפריים אחד בלבד. ברזולוציה שיא של וויאג'ר, זה ידרוש פסיפס של 40 פריימים כדי לנתח את הנקודה האדומה. פירוט מוגבר כזה הוא רק מדד אחד לחשיבות המיוחסת להחזרה המדעית מוויאג'ר.

שתי החלליות יתחילו לשדר מטרות פלנטריות חודשים לפני הגישה הקרובה ביותר.

"בצדק, זה יהיה כמו לצפות בסרט קולנוע בן שמונה חודשים במקום לראות כמה צילומי מצב", אמר מנהל המדע לונג. "נוכל לצפות בדינמיקה של האטמוספירה, אפילו ללמוד תאי סערה בודדים. אותו דבר חל על שבתאי, אבל אתה מוסיף את הטבעות."

שני קילו בשקית של קילו אחד

היופי של וויאג'ר הוא המשימה שלה, לא המכונות שלה. החללית עצמה נראית לא מרהיבה ותועלתנית, הן בגלל העיצוב היעיל שלה והן בגלל שראינו ספינות דומות בדרך לכוכבי הלכת.

"וויאג'ר לא דרש שום פריצות דרך טכנולוגיות", אמר מנהל התוכנית ג'ון קזאני. "הרגע ארזנו שני פאונד בשקית של קילו אחד."

חלק מהאריזה הזו, הסביר קזאני, התרכז במערכת הרדיו וויאג'ר.

"הקשנו על המגברים שלנו על המצב החדש", אמר. "אנחנו מקבלים יעילות של 30 עד 35 אחוזים במקום 20 אחוזים רגילים."

השיפור הזה, בשילוב עם האנטנה הגדולה במיוחד של וויאג'ר ורשת החלל העמוק הנוכחית של נאס"א (DSN), מעניקים למשימה חיים שלמים של פוטנציאל. מדענים יוכלו לנטר את הפטפוט של וויאג'ר במשך 33 השנים הבאות ולשלוח לו פקודות במשך מאה שלמה. רק כאשר וויאג'ר נמצא בחלל הבין-כוכבי, יותר מפי שניים ממרחק פלוטו מהשמש, הלחישה שלו תאבד.

החללית הזהה נושאת 10 מכשירים כל אחד, כולל טלוויזיה. בשילוב עם מכשירי הרדיו, הם מאפשרים 11 ניסויים. בין המכשירים:

• גלאים הן עבור קרניים קוסמיות והן עבור חלקיקים בעלי אנרגיה נמוכה. מכשירים אלה יסתכלו על שדות הקרינה העזים סביב כוכבי הלכת החיצוניים וברמות הקרינה ביניהם.
• מגנומטרים לניתוח השדות המגנטיים של צדק, שבתאי ואולי אורנוס ונפטון. עוצמת השדות והאינטראקציה שלהם עם ירחים יספרו למדענים הרבה על התנאים בעומק כל כוכב לכת.
• ספקטרומטר ורדיומטר משולב. בין המדידות שיבצעו ניתן למצוא איזון אנרגיה בכל כוכב לכת, טמפרטורת האטמוספירה והדינמיקה, ומאפייני ענן. המכשיר גם יאפשר למדענים לקבוע את הרכב היסודות של אטמוספרות כוכבי לכת וירח, משטחים וטבעות.
• פוטופולארימטר שבין היתר ימדוד מתאן, מימן ואמוניה באטמוספרות העליונות של כוכבי הלכת והירחים.
• חבילת רדיו-אסטרונומיה, עם שתי אנטנות שוט באורך 33 רגל, לניטור פרצי הרדיו העזים מצדק ופליטות הרדיו משבתאי, מהשמש ומקורות אחרים.
• ניסוי פלזמה למדידת תנאי שמש-רוח בין-פלנטריים ואינטראקציה של הרוח עם שדות מגנטיים פלנטריים.

בראשית

מה זה אומר? ד"ר סטון של קלטק הסביר שהוויאג'רס יחפשו רמזים לגבי היווצרות מערכת השמש. סוג זה של נתונים מוביל בסופו של דבר לידע טוב יותר על כדור הארץ; זה יכול להניב תוצאות מעשיות כמו תובנות חדשות על דפוסי מזג האוויר או התפלגות מינרלים.

לדוגמה, כאשר המטיילים מגיעים לשבתאי ב-1980 וב-1981, הירח טיטאן הוא מטרה ראשית. עם רדיוס של כ-1800 מיילים, זהו הירח הגדול ביותר במערכת השמש, גדול אפילו מכוכב הלכת מרקורי. ויש לזה אווירה.

"אנחנו לא יודעים הרבה על האטמוספירה של טיטאן", אמר סטון. "אבל כולם מסכימים שזה צפוף יותר מזה של מאדים. ההערכות נעות בין 10 ל-50 אחוז מהאטמוספירה של כדור הארץ". וויאג'ר תנתח את הרכבו, אשר עשוי להיות בין הדוגמאות הטובות ביותר לאילו גזים היו הכי הרבה כשמערכת השמש נוצרה, סטון אמר.

ירחי שבתאי אחרים - אנצלדוס, תטיס, מימאס וריאה - יבדקו גם הם על ידי מצלמות הווידאו והמכשירים. מה יקרה באורנוס עדיין לא נקבע.

"עדיין לא תכננו את הגישה הזו לעומק", אמר לונג של JPL. "יש הרבה גשרים לחצות לפני שנעשה זאת."

חצייתם כבר הוקלה על ידי גילוי הטבעת, שאסטרונום קורנל קארל סייגן מכנה "תמריץ פרובוקטיבי אדיר למימוש אופציית אורנוס".

"זה ברור שיש שורה שלמה של תופעות שלא התגלו במערכת השמש החיצונית", אמר סייגן. "הדרך היחידה שנמצא אותם היא ללכת לשם.

"מערכת השמש החיצונית היא המקום שבו התנאים קרובים הרבה יותר לאופן שבו היו הדברים במקור. אולי יש שם רשומות מאוד מעניינים לקריאה".

אבל סייגן מזהיר מלצפות ליותר מדי מוויאג'ר.

"יש הרבה טענות שמשימה זו או אחרת תהיה אבן הרוזטה, שתגלה את ההיסטוריה של מערכת השמש", אמר. "אבל זה לא יקרה ככה."

עם זאת, וויאג'ר תניב כמויות של נתונים חדשים. המסלולים שלו כוללים מספר הזדמנויות להסתרה - העברת החללית מאחורי כוכב לכת, ירח או טבעת. כשזה יקרה, חלק מהמכשירים יוכלו להסתכל בקצרה דרך האווירה, ולספק הצצה נדירה למה שיש שם. במקרים אחרים, מדענים יצפו בשינויים פתאומיים בשידורי הרדיו. ניתן לנתח את השינויים הללו כדי לתת נתונים חדשים על המסה והצורה הפלנטרית.

בשבתאי ואוראנוס, וויאג'ר יעבור מאחורי הטבעות. פיזור אותות הרדיו יגיד הרבה על גודל הנתחים בכל טבעת.

"אם החלקים הבודדים של הטבעות של שבתאי גדולות עד 500 מטר [1640 רגל], מערכת ההדמיה תראה אותם", אמר סטון. "אבל רוב נתוני הגודל יגיעו מהסתר ברדיו. כמובן, כולנו יכולים להיות מופתעים".

הפתעות היו הכלל בפלנטולוגיה. הגילוי של טבעות אוראניות הוא רק האחרון. פיוניר 10, שיעבור דרך הטבעות של שבתאי ב-1979, עשוי לספק עוד קצת. אבל הנתונים הטובים ביותר יבואו מביקורי וויאג'ר.

בגלל הבדלי מסלולים, הוויאג'ר השני שיושק יגיע ראשון גם לצדק וגם לשבתאי. אם הוא עושה את עבודתו היטב, כולל מעבר בטווח של 2550 מיילים מטיטאן וסתר על ידי הטבעות, ניתן לכוון מחדש את הוויאג'ר הנגרר כדי להשתמש בכוח המשיכה של שבתאי כדחיפה לעבר אורנוס. (הוויאג'ר המוביל ימשיך לעבר הכוכבים לאחר שיעזוב את שבתאי.)

אבל מימוש האופציה האוראנית פירושו לוותר על מבט מקרוב שני על טיטאן ועל סתימת טבעת שנייה. למרות זאת, כל התכנון הראשוני מצביע לעבר אורנוס: כדי למנוע נזק אפשרי מוקדם יותר במשימה, המועמד לאורנוס ממוקד הרחק מסכנות הקרינה של צדק.

מה יקרה אם וויאג'ר אחד יאבד, כתוצאה ממאיץ או תקלה בחללית?

"אני לא יודע," הודה קזאני, "אבל יהיה עלינו לחץ רב להתפשר על משימת שבתאי כדי לבקר באורנוס".

מתכנן המשימה צ'ארלס קולהאז שקל את האפשרויות. "אם אנחנו מתכוונים לוותר על משהו בשבתאי, מוטב שנהיה בטוחים שיש לנו חללית בריאה מספיק כדי לתת לנו אורנוס."

אבל אפילו אורנוס הוא לא הסוף. וויאג'ר יוכל להמשיך לנפטון ולהגיע אליו ב-1989. אז גם זה יפנה לכוכבים.

ואי שם בחוץ, אולי כשהיא עוברת דרך איזו גלקסיה רחוקה, וויאג'ר 1 או 2 עשויות לספק הפתעה אחרונה אחת. שכן על כל וויאג'ר מודבק אמן מתכת של תקליט פונוגרף. תוכן התקליט, שנבחר על ידי צוות בראשות קרל סייגן, כולל מוזיקה קלאסית, טבעית ומעשה ידי אדם צלילים, ומספיק נתונים מקודדים מדעית כדי לאפשר לציוויליזציה אחרת ללמוד משהו על כדור הארץ ו בני אדמה.

צ'ארלס קולהאז הרהר במשימת וויאג'ר ובהשלכותיה ארוכות הטווח: "כדי לעשות הכל, יש הרבה פשרות", אמר. "אבל זו באמת תקופת אימונים לנסיעות כוכבים."