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Das Voyager-Programm ist ein Forschungsprogramm der NASA zur Erkundung des äußeren Planetensystems und des interstellaren Raums. Es umfasst Planung, Bau und Forschungsmission der beiden Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2. Diese starteten im Jahr 1977. Die beiden Missionen dauern bis heute an.
Schematische Darstellung der Flugbahnen und Swing-By-Manöver um Jupiter und Saturn
Die Wurzeln des Voyager-Programms reichen bis in die Mitte der 1960er Jahre zurück. Michael Minovitch vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) erkannte als Erster die Möglichkeit, die Bewegung des Jupiters auf seiner Umlaufbahn zu nutzen, um Raumsonden zu beschleunigen („Swing-by“). Drei Jahre später berechnete der Ingenieur Gary Flandro, ebenfalls beim JPL, einige Flugbahnen für Sonden, die die günstigen Stellungen der äußeren Planeten Ende der 1970er Jahre ausnutzen sollten. Jupiter sollte als „Sprungbrett“ dienen, um die Planeten Saturn, Uranus, Neptun und Pluto in akzeptabler Zeit zu erreichen („Planetary Grand Tour“). Zwischen 1976 und 1978 waren folgende Routen möglich: Jupiter–Saturn–Uranus–Neptun, Jupiter–Saturn–Pluto und Jupiter–Uranus–Neptun. Diese Chance wollte sich die NASA nicht entgehen lassen, da sich eine solch günstige Planetenkonstellation erst 176 Jahre später wiederholen wird.[1]
Die ursprünglichen Pläne der NASA hatten einige sehr große Sonden vorgesehen, die mittels Saturn-V-Trägerraketen gestartet werden sollten. Ende der 1960er Jahre begannen dann Bemühungen, eine Sondenfamilie für die Erforschung der äußeren Planeten zu entwickeln – das Projekt „Thermoelectric Outer Planets Spacecraft“ (TOPS).
1969 stellte die NASA dann die „Grand Tour Suite“ vor, die im „Outer Planets Grand Tour Project“ (OPGTP) aufging, das den Einsatz von vier bis fünf Sonden vorsah, die auf dem TOPS-Konzept basieren sollten. Zwei Sonden sollten auf der Route Jupiter–Saturn–Pluto 1976 und 1977 starten, zwei weitere 1979 auf der Route Jupiter–Uranus–Neptun. Das Programm sollte insgesamt etwa 700 Mio. US-Dollar kosten.
Das OPGTP wurde Anfang der 1970er Jahre gestrichen, da es als zu teuer und zu ambitioniert angesehen wurde. Stattdessen wurde schließlich der Bau von Voyager 1 und 2 beschlossen, was mehr eine Notlösung war. Gegenüber dem TOPS-Programm sollte die Lebensdauer strikt auf vier statt zehn Jahre begrenzt werden. Durch diese Maßnahme sollten die Gesamtkosten (Bau und Missionsphase) auf etwa 250 Mio. US-Dollar begrenzt werden. Die Konstrukteure setzten sich im Geheimen über diese Weisung hinweg und übernahmen von den TOPS-Entwürfen viele bereits entwickelte Sicherheitssysteme und -konzepte. Am 1. Juli 1972 flossen die ersten Gelder, und das Programm konnte offiziell gestartet werden. Bis zum März 1975 war die Konzeptphase abgeschlossen.
Der Bau der beiden Voyager-Sonden begann Mitte 1975. Das JPL versuchte noch einmal, die NASA zur Finanzierung einer weiteren Sonde zu bewegen, was jedoch nicht gelang. Wichtige Impulse für den Bau flossen aus den Erfahrungen der Pioneer-Sonden 10 und 11 ein, die die Art und Intensität der Strahlung bei Jupiter maßen und so eine entsprechende Anpassung der Sonden erlaubten.
Das Voyager-Programm der NASA ist eine der bedeutendsten und erfolgreichsten Missionen zur Erforschung des äußeren Sonnensystems. Die beiden Raumsonden, Voyager 1 und Voyager 2, wurden 1977 gestartet und sind bis heute aktiv. Sie haben unser Wissen über die äußeren Planeten und deren Monde revolutioniert und sind nun die ersten von Menschen geschaffenen Objekte, die den interstellaren Raum erreichen.
Ziele des Voyager-Programms
- Erforschung der äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sowie ihrer Monde.
- Untersuchung der Magnetfelder, Strahlengürtel und Atmosphären der Planeten.
- Dokumentation von Oberflächenmerkmalen und geologischen Aktivitäten auf den Planetenmonden.
- Langfristig: Erforschung der Heliosphäre und Übergang in den interstellaren Raum.
Start und frühe Missionsplanung
Die Voyager-Sonden wurden ursprünglich als Teil des Mariner-Programms entwickelt und hießen zunächst Mariner 11 und Mariner 12. Die Planungen für das Voyager-Programm begannen in den frühen 1970er Jahren, als Wissenschaftler erkannten, dass in den späten 1970er Jahren eine seltene planetarische Konstellation auftreten würde. Diese Konstellation würde es den Sonden ermöglichen, durch geschickte Schwerkraftmanöver nacheinander an Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun vorbeizufliegen – ein Ereignis, das nur etwa alle 176 Jahre vorkommt. Dies wurde als das Grand Tour-Konzept bezeichnet.
- Voyager 2 wurde am 20. August 1977 gestartet und nahm eine Route, die es ihm ermöglichte, sowohl Uranus als auch Neptun zu besuchen.
- Voyager 1 startete am 5. September 1977 auf einer schnelleren und direkteren Route zu Jupiter und Saturn. Obwohl Voyager 1 später startete, erreichte sie als erste die äußeren Planeten.
Die wichtigsten Erfolge der Voyager-Missionen
1. Jupiter (1979)
Beide Voyager-Sonden erreichten Jupiter und lieferten eine Fülle an wissenschaftlichen Daten und Bildern, die unser Wissen über den größten Planeten des Sonnensystems erheblich erweiterten.
- Voyager 1 erreichte Jupiter im März 1979, gefolgt von Voyager 2 im Juli 1979.
- Die Sonden entdeckten detaillierte Strukturen in den Wolkenbändern des Planeten und kartierten den berühmten Großen Roten Fleck, einen gigantischen Sturm, der seit Jahrhunderten auf Jupiter tobt.
- Die Voyager-Sonden entdeckten die Vulkanaktivität auf Io, einem der Monde Jupiters – die ersten aktiven Vulkane, die auf einem anderen Himmelskörper außerhalb der Erde beobachtet wurden.
- Beide Sonden lieferten detaillierte Bilder der Eis-Monde Europa, Ganymed und Callisto.
2. Saturn (1980–1981)
Nach dem erfolgreichen Vorbeiflug an Jupiter machten sich beide Sonden auf den Weg zu Saturn.
- Voyager 1 erreichte Saturn im November 1980, und Voyager 2 folgte im August 1981.
- Die Voyager-Sonden lieferten die ersten detaillierten Bilder der Saturnringe und enthüllten komplizierte Ringstrukturen und Lücken, die durch die Gravitationskräfte der Saturnmonde verursacht werden.
- Besonders bedeutend waren die Beobachtungen von Titan, dem größten Saturnmond, der eine dichte Atmosphäre aufweist. Obwohl Voyager 1 aufgrund der dichten Atmosphäre die Oberfläche nicht sehen konnte, legte die Mission den Grundstein für spätere Missionen wie Cassini-Huygens, die Titan detaillierter untersuchten.
3. Uranus (1986) – Voyager 2
Voyager 2 ist die einzige Raumsonde, die Uranus besucht hat. Die Sonde flog im Januar 1986 an Uranus vorbei.
- Sie entdeckte 10 neue Monde und untersuchte das Magnetfeld des Planeten.
- Voyager 2 lieferte auch die ersten Nahaufnahmen von Uranus' Ringsystem und enthüllte die ungewöhnliche Ausrichtung des Planeten, der fast auf seiner Seite liegt.
- Der Mond Miranda wurde als einer der interessantesten Monde des Sonnensystems beschrieben, mit einer komplexen geologischen Geschichte und riesigen Klippen.
4. Neptun (1989) – Voyager 2
Voyager 2 setzte seine Reise fort und erreichte Neptun im August 1989. Auch hier ist Voyager 2 die einzige Raumsonde, die Neptun jemals besucht hat.
- Die Sonde entdeckte den Großen Dunklen Fleck, einen gigantischen Sturm in der Atmosphäre des Planeten, ähnlich dem Großen Roten Fleck auf Jupiter.
- Voyager 2 fand auch vier neue Monde und entdeckte Neptuns schmale Ringe.
- Der größte Neptunmond, Triton, wurde als einer der kältesten bekannten Himmelskörper mit aktiven Geysiren beschrieben, die Stickstoff ausstoßen.
Erkundung der Heliosphäre und des interstellaren Raums
Nach dem Vorbeiflug an den äußeren Planeten setzten die Voyager-Sonden ihre Reise in Richtung des Randes des Sonnensystems fort. Ihr Ziel war es, die Heliosphäre (den Bereich, der vom Sonnenwind beeinflusst wird) zu verlassen und in den interstellaren Raum einzutreten.
- Voyager 1 trat im August 2012 als erstes von Menschenhand geschaffenes Objekt in den interstellaren Raum ein. Dies wurde durch den Nachweis eines Anstiegs von kosmischen Strahlen und einem Rückgang von Teilchen des Sonnenwinds bestätigt.
- Voyager 2 trat im November 2018 ebenfalls in den interstellaren Raum ein und bestätigte die Beobachtungen von Voyager 1.
Die goldene Schallplatte
An Bord von Voyager 1 und Voyager 2 befindet sich jeweils eine goldene Schallplatte, die als Botschaft an mögliche außerirdische Zivilisationen gedacht ist. Die Voyager Golden Record enthält:
- Geräusche der Erde, wie Tierstimmen, Wind und Regen.
- Musikstücke aus verschiedenen Kulturen, darunter Werke von Beethoven, Bach und Chuck Berry.
- Begrüßungen in 55 Sprachen.
- Bilder der Erde und der Menschheit, darunter Menschen bei der Arbeit, Pflanzen, Tiere und Landschaften.
Die Platten sind als langfristige Botschaft gedacht, falls die Sonden jemals von einer intelligenten Zivilisation gefunden werden.
Aktueller Status und Erbe
Obwohl die Sonden nun über 45 Jahre im Weltraum unterwegs sind, funktionieren sie immer noch und senden weiterhin Daten zur Erde zurück. Ihre Energiequelle, ein Radioisotopengenerator, wird jedoch langsam schwächer, und es wird erwartet, dass beide Sonden in den kommenden Jahren ihre Instrumente nacheinander abschalten müssen.
Trotzdem haben Voyager 1 und Voyager 2 bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen gemacht und sind zu Symbolen der menschlichen Erkundung des Weltraums geworden. Ihre Reise durch den interstellaren Raum wird sie in Regionen führen, die noch kein von Menschen geschaffenes Objekt jemals erreicht hat.
Fazit
Das Voyager-Programm ist eines der erfolgreichsten und bedeutendsten Raumfahrtprojekte der NASA. Die beiden Voyager-Sonden haben unser Wissen über die äußeren Planeten und ihre Monde enorm erweitert und bieten uns heute Einblicke in den interstellaren Raum. Mit ihrer goldenen Schallplatte tragen sie auch eine Botschaft der Menschheit an mögliche außerirdische Zivilisationen in die Weiten des Universums. Ihre Beiträge zur Wissenschaft und ihr kulturelles Vermächtnis werden noch lange nach dem Ende ihrer Mission in Erinnerung bleiben.