Dove si trova la sonda Voyager 1 adesso ?

La sonda Voyager 1 ha oltrepassato ufficialmente la frontiera dello spazio interstellare.

Lanciata nel 1977 – 36 anni fa – con il compito di studiare i pianeti esterni, Voyager 1 ha proseguito il suo viaggio inviando segnali a Terra; ora si trova a 19 miliardi di chilometri dal Sole.

Dove si trova la Voyager 1? Questa immagine artistica mette in evidenza le immense distanze nel Sistema Solare, i  numeri sull’asse orizzontale sono distanze in Unità Astronomiche (AU).
Giovedì 12 settembre NASA ha ufficializzato che la sonda Voyager 1 si trova nello spazio interstellare ormai già da un anno. Voyager 1 sta viaggiando in una zona di transizione immediatamente aldilà della bolla solare, dove alcuni deboli effetti della nostra stella si fanno ancora sentire. Quasi impossibile stabilire se Voyager 1 abbia abbandonato ormai il Sistema Solare, il confine infatti non è tracciato in modo netto. Voyager 1 è comunque il manufatto più lontano dalla Terra, i segnali radio impiegano 17 ore prima di essere ricevuti da entrambe le parti.I dati analizzati recentemente confermano quello che già era stato annunciato e ciò che alcuni ricercatori aveano anticipato. Già negli ultimi tempi gli strumenti della sonda avevano iniziato a rilevare un repentino cambiamento nell’ambiente circostante. Comparando due serie di dati raccolte tra aprile e maggio 2013 e tra ottobre e novembre 2012 i ricercatori hanno potuto affermare con più certezza che Voyager aveva superato la bolla di gas caldi prodotta dal nostro Sole.

Voyager 1 non ha più un sensore di plasma (gas ionizzato) funzionante, quindi gli scienziati hanno dovuto utilizzare una tecnica alternativa per analizzare l’ambiente di transizione dove si trova la sonda.
Una CME (Coronal Mass Ejection) prodotta dal Sole nel marzo 2012 ha fornito alcuni dati decisivi. Infatti, quandole tracce di questa “eruzione” solare hanno raggiunto la Voyager, circa 13 mesi dopo, il plasma attorno alla sonda ha iniziato a vibrare come una corda di violino. Il 9 aprile 2013 gli strumenti hanno registrato questo fenomeno. L’analisi di queste oscillazioni ha aiutato i ricercatoti a stabilire la densità del plasma, quaranta volte più denso di quanto era stato misurato negli strati esterni della eliosfera. Questa caratteristica contraddistingue lo spazio interstellare.
Revisionando alcuni dati dei mesi precedenti inoltre sono state rilevate delle oscillazioni analoghe anche fra
ottobre e novembre 2012. Eseguendo alcuni calcoli ed estrapolazioni i ricercatori hanno stabilito che la Voyager 1 si trovava nello spazio interstellare da agosto 2012. Il team di Voyager ha riconosciuto il 25 agosto 2012 come la data di arrivo nello spazio interstellare.

Voyager 1 e Voyager 2, lanciate a 16 giorni di distanza, hanno entrambe incontrato Giove e Saturno; Voyager 2,lanciata per prima, ha incontrato anche Urano e Nettuno e ora si trova a 15 miliardi di chilometri dal Sole.

I controllori di missione ricevono ancora quotidianamente segnali da entrambe le sonde, sebbene siano molto deboli: emessi a circa 23 watt (la potenza di una piccola lampadina da frigorifero) quando raggiungono la Terra,17 ore più tardi, sono una frazione miliardesima di watt. I segnali di Voyager 1 sono trasmessi a Terra a 160 bit per secondo, vengono catturati dalle antenne di 34 e 70 metri delle stazioni del Deep Space Network. Dopodiché
vengono trasmessi al JPL, analizzati del team di ricercatori e resi disponibili anche al pubblico.

Il team di ricercatori e scienziati che segue la missione prevede che gli strumenti di Voyager 1 possano continuare ad inviare dati a Terra fino al 2020 prima che le batterie al plutonio diventino troppo deboli per proseguire con l’attività scientifica.

“Voyager has boldly gone where no probe has gone before, marking one of the most significant technological
achievements in the annals of the history of science, and adding a new chapter in human scientific dreams and
endeavors.„
– John Grunsfeld, responsabile delle missioni scientifiche NASA.

I ricercatori non sanno precisamente quando Voyager 1 raggiungerà la zona dello spazio interstellare dove non vi sono più influenze da parte del Sole e neppure si conosce quando Voyager 2 arriverà nello spazio interstellare,tuttavia non dovrebbe mancare molto tempo.
Voyager 1 viaggia a 17 chilometri al secondo, si stima che occorreranno altri 40mila anni prima che entri in una zona di influenza di un’altra stella.

Le sonde sono tate costruite e sono gestite dal jet Propulsion Laboratory. Voyager 1 pesa 722 chilogrammi,funziona grazie a diversi dispositivi con capacità di calcolo ed elaborazione di gran lunga inferiori a quelle dei cellulari dei nostri giorni. I costi delle missioni Voyager (1 e 2), includendo lancio, operatività e batterie nucleari ammontano a 988 milioni di dollari.

Qui è possibile ascoltare un file sonoro delle vibrazioni registrare da Voyager 1 nello spazio interstellare.

Voyager 1 è nello spazio interstellare, da un anno

Dal “Diario di Samantha Cristoforetti”

Voyager story

Voyager story.

Voyager 1 at the Final Frontier

For nearly 35 years, NASA’s Voyager 1 probe has been hurtling toward the edge of the solar system, flying through the dark void on a mission unlike anything attempted before. One day, mission controllers hope, Voyager 1 will leave the solar system behind and enter the realm of the stars—interstellar space.

That day may be upon us.

“The latest data from Voyager 1 indicate that we are clearly in a new region where things are changing quickly,” says Ed Stone, Voyager project scientist at the California Institute of Technology in Pasadena. This is very exciting. We are approaching the solar system’s final frontier.”

The “frontier” he’s referring to is the edge of the heliosphere, a great magnetic bubble that surrounds the sun and planets. The heliosphere is the sun’s own magnetic field inflated to gargantuan proportions by the solar wind. Inside lies the solar system—“home.” Outside lies interstellar space, where no spacecraft has gone before.

A telltale sign of the frontier’s approach is the number of cosmic rays hitting Voyager 1. Cosmic rays are high energy particles such as protons and helium nuclei accelerated to near-light speed by distant supernovas and black holes. The heliosphere protects the solar system from these subatomic bullets, deflecting and slowing many of them before they can reach the inner planets.

As Voyager approaches the frontier, the number of cosmic rays has gone up.

“From January 2009 to January 2012, there had been a gradual increase of about 25 percent in the amount of galactic cosmic rays Voyager was encountering,” says Stone.

“More recently, however, we have seen a very rapid escalation in that part of the energy spectrum. Beginning on May 7, 2012, the cosmic ray hits have increased five percent in a week and nine percent in a month.”

The sharp increase means that Voyager 1 could be on the verge of a breakthrough 18 billion kilometers from Earth.

When Voyager 1 actually exits the heliosphere, researchers expect to see other changes as well. For one thing, energetic particles from the sun will become scarce as the spacecraft leaves the heliosphere behind. Also, the magnetic field around Voyager 1 will change direction from that of the sun’s magnetic field to that of the new and unexplored magnetism of interstellar space.

So far, neither of these things has happened. Nevertheless, the sudden increase in cosmic rays suggests it might not be long.

Meanwhile, Voyager 2 is making its own dash for the stars, but because of its slower pace lags a few billion kilometers behind Voyager 1. Both spacecraft remain in good health.

“When the Voyagers launched in 1977, the Space Age was all of 20 years old,” says Stone. “Many of us on the team dreamed of reaching interstellar space, but we really had no way of knowing how long a journey it would be — or if these two vehicles that we invested so much time and energy in would operate long enough to reach it. “

As the Space Age nears the 55-year mark, there is little doubt: The Voyagers are going the distance.

Voyager story

Quando la sonda Voyager fu lanciata nel 1977, la sua missione più ambiziosa era di intraprendere il  più grande viaggio mai eseguito nel sistema solare esterno visitando i pianeti Giove e Saturno.  Nessuno si sarebbe mai immaginato che, 32 anni più tardi, il Voyager serebbe stato il pioniere dello spazio esterno, diventando l’oggetto  artificiale più lontano dalla terra, pronto per raggiungere la zona di shock  e, forse, essere la  prima navicella a lasciare i confini della nostra eliosfera. In un certo senso, la storia del Voyager risale al 1920, quando Walter Hohmann dimostrò che il percorso tra  due pianeti con meno dispendio di energia è un’ellisse che è la tangente alle orbite dei due pianeti stessi. Tuttavia, i razzi progettati prima del 1960 non riuscivano a produrre energia sufficiente per inviare una sonda al di là di Giove e calcolavano  il tempo di percorrenza dalla terra a Plutone in circa 40-50 anni e dalla terra a Nettuno in 30 anni,periodi troppo lunghi per essere accettabili.

Poi, nel 1961, l’occupazione estiva  di due  laureandi in matematica di 25 anni,tra i quali lo studente, Michael A. Minovitch, ha portato a una rivoluzione nelle missioni planetarie. Minovitch ha dimostrato che, invece di essere un impedimento,la forza di gravità di un pianeta può fornire la spinta ad un veicolo spaziale. Egli ha dimostrato che un’attenta progettazione della traiettoria di viaggio verso un pianeta avrebbe potuto utilizzare la forza di gravità dello stesso per fornire un “effetto fionda”  che avrebbe lanciato una sonda da quel pianeta a una seconda destinazione. Un rilancio ulteriore potrebbe fornire energia per visitare altri pianeti, aumentando la velocità che ridurrebbe i tempi di spostamento,naturalmente a senso unico, verso ciascuno dei pianeti dopo la prima destinazione e sarebbe necessaria solo l’energia  per lanciare la navicella dalla terra al primo pianeta.Poiché Giove è il pianeta più grande del sistema solare e, di conseguenza, ha il più forte campo di gravità, Minovitch ha determinato che una missione per i pianeti esterni utilizzando Giove sarebbe possibile ed ha illustrato la traiettoria di un lancio dalla Terra a Giove, Saturno e Nettuno.

Ogni 175 anni i pianeti esterni, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, sono allineati geometricamente in modo tale da ridurre al minimo il tempo di viaggio e l’energia necessaria per visitare tutti e quattro. Nel 1965, Gary Flandro comunicò che la prossima  opportunità di questo tipo si sarebbe verificata nel 1976, 1977 e 1978 e progettò alcune traiettorie con “effetto fionda” che includevano una missione dalla Terra a Giove,Saturno,Urano e Nettuno.Le sonde Voyager non furono le  prime ad utilizzare la tecnica di rilancio gravitazionale per visitare i pianeti. Nel 1973 Mariner 10 avvicinando Venere ha utilizzato la sua gravità per continuare verso Mercurio. La missione di Pioneer nel 1973 fu la prima verso Giove e Pioneer 11 utilizzò la fionda gravitazionale per diventare la prima navicella a raggiungere Saturno, nel 1979.

Nel 1970 i piani di viaggio sono stati abbandonati e sono stati apportati tagli al bilancio poichè  era troppo costoso finanziare un veicolo spaziale che visitasse i quattro pianeti esterni con strumenti sufficienti per effettuare tutti gli esperimenti necessari.E’ stato accordato invece il finanziamento per una missione di due-sonde che studiassero Giove e la sua grande luna, Io e Saturno e il suo satellite, Titano. Più di diecimila traiettorie furono considerate, per massimizzare la quantità di informazioni che si potevano ottenere dai due sistemi planetari. La nuova missione era originariamente chiamata MJS, per Mariner Giove/Saturno, ma divenne la missione  Voyager, circa sei mesi prima dell’avvio. Anche se la missione di Voyager era pianificata  soltanto per Giove e Saturno, la traiettoria per la seconda navicella, Voyager 2, è stata progettata per un volo esteso verso Urano e Nettuno. La missione originale sarebbe costata circa 750 milioni di dollari, mentre la missione di Voyager avrebbe ridotto i costi da circa due terzi.Così è nata la missione  Voyager e sono state progettate le due sonde gemelle. La traiettoria della Voyager 1 era più breve, quindi ha raggiunto Giove  il 5 marzo, 1979 e quindi ha proseguito per Saturno il 12 novembre 1980. Nel frattempo,  Voyager 2 ha raggiunto Giove il 9 luglio, 1979 e Saturno, 25 agosto 1981.

Un’attenta pianificazione, così come l’anticipazione e la correzione dei possibili contraccolpi hanno assicurato il successo travolgente della missione Voyager. Le sonde hanno avuto un così straordinario successo avendo ottenuto immagini ad alta risoluzione delle atmosfere, satelliti e anelli  di Giove e Saturno e della loro magnetosfera, che sono stati aumentati i finanziamenti per estendere la missione. Invece di seguire traiettoria della Voyager 1, Voyager 2 è stato posto sulla traiettoria di Urano e Nettuno. La tecnica di rilancio gravitazionale ha ridotto il tempo di volo dalla Terra a Nettuno a 12 anni, calando i 30 anni originariamente previsti. La traiettoria del Voyager1, ha consentito di passare particolarmente vicino alla Luna di Saturno, Titano e dietro gli anelli di Saturno, piegando il percorso sul piano dell’eclittica, cosicché Voyager 1 non avrebbe incontrato più pianeti. La programmazione remota dei computer di bordo è stata abilitata ad estendere la missione, ora soprannominata  “missione interstellare Nettuno Voyager”. Così il Grand Tour originale era stato reintegrato e compiuto.Voyager 2 ha incontrato Urano il 24 gennaio, 1986 e  Nettuno il 25 agosto, 1989, .Ha raccolto informazioni quanto più possibile su Nettuno, compresi colore, caratteristiche delle nubi, dimensioni, massa, densità, composizione, temperatura e variazioni di temperatura, equilibrio del riscaldamento, velocità del vento e  velocità di rotazione. Voyager 2 ha analizzato anche il grande satellite di Nettuno, Tritone e la piccola Luna, Nereide, per determinarne le caratteristiche ed osservare se Tritone avesse un’atmosfera ed analizzare gli anelli e le loro caratteristiche. Inoltre, obiettivi della Voyager 2 erano lo studio del campo magnetico di Nettuno e la struttura e la composizione di eventuali particelle cariche nella sua magnetosfera, per osservare fulmini, aurore,  emissioni radio o altri fenomeni planetari e per determinare la posizione e l’orientamento del polo di rotazione del sistema Nettuniano.

I primi 12 anni della Voyager sono stati epocali per l’esplorazione e,pur avendo costi per la NASA di 865 milioni di dollari, i riconoscimenti sono stati così eccezionali che la missione è stata estesa nuovamente  per  ulteriori 30 milioni di dollari . Da quando iniziò la missione interstellare Voyager 1 sta lasciando il nostro sistema solare a circa 3,5 AU(unità astronomica – distanza media della terra dal sole, 150 milioni di chilometri dal sole) ogni anno a un angolo di 35 gradi sopra il piano eclittica, mentre la Voyager 2 sta scappando a circa 3.1 AU all’anno a 48 gradi sotto il piano dell’eclittica. L’eliosheat è stata raggiunta da Voyager 1 che ha attraversato il termination shock a metà del dicembre 2004, ad una distanza dalla Terra di 94 UA.Anche la sonda Voyager 2 ha attraversato il termination shock il 30 agosto 2007La fase finale comincerà quando Voyager lascierà l’eliosfera per iniziare l’esame dello spazio interstellare.

La missione quadriennale originale della Voyager si è espansa a 12 anni e, quindi a 25 e continua. Questo risultato notevole è stato compiuto attraverso un utilizzo prudente dei generatori elettrici disponibili e l’accurato controllo del propellente. Al momento del lancio, i generatori di Thermoelectric Radioisotope (RTGs) hanno fornito circa 470 watt di potenza per la sonda. All’inizio del 1997, a causa del naturale  decadimento radioattivo del combustibile plutonio, si sono generati per Voyager 1  334watt e Voyager 2 336,  meglio di quanto era stato previsto. Dall’inizio del 2001, la potenza della Voyager 1 era scesa 315 Watt e della Voyager 2 a 319 Watt. Per risparmiare energia, carichi di potenza sulla sonda furono disattivati, ciò significa che alcuni strumenti devono condividere la potenza e alla fine potrebbero non funzionare più.I due veicoli spaziali dovrebbero  continuare a funzionare fino a circa il 2020, dopodiché questa missione eccezionale terminerà il suo viaggio epico.