Voyager til Uranus og Neptun

Av Øyvind Guldbrandsen

Etter en ferd på 8,5 år, som har inkludert forbiflyvning av både Jupiter og Saturn, passerte Voyager 2 i januar 1986 Uranus. Denne passeringen regnes som en av de største prestasjoner i romforskningens historie. Meget svakt lys til fotografering, svært lang avstand til Jorden samt tekniske problemer med den aldrende Voyager-sonden, gjorde at forskerne og ingeniørene ved Jet Propulsion Laboratory (JPL) fikk en usedvanlig vanskelig oppgave da de skulle forberede Uranus-passeringen.

I Nytt om Romfart nummer 57 og 58, 1986 er de viktigste vitenskapelige resultatene fra passeringen presentert. Derfor vil jeg i denne artikkelen konsentrere meg om noen av de forberedelsene som ble gjort før Uranus-passeringen, og de som nå blir gjort til den forestående forbiflyvningen av Neptun i 1989.

Iherdig innsats fra teknikerne ved JPL, som blant annet omfattet omprogrammering av flere deler av Voyager 2s datamaskiner, gjorde at sonden i 1986 faktisk var bedre egnet til å undersøke Uranus enn den var da den flunkende ny forlot Jorden i 1977.

Innledning

Voyager 2 har muligens vært NASAs mest vellykkede romsonde, men den har også gitt ingeniørene mer hodebry enn noen annen sonde. Allerede få dager etter oppskytingen 20. august 1977 begynte problemene, da det viste seg at kameraplattformen ikke hadde foldet seg skikkelig ut. I begynnelsen nektet dessuten sonden å utføre de kommandoer den mottok fra Jorden.

Et virkelig alvorlig problem, som man ennå strever med, oppstod i april 1978, åtte måneder etter oppskytingen. Da sviktet sondens radiomottaker for godt. Heldigvis hadde Voyager 2 en reservemottaker, men den virket ikke slik man skulle ønske. Det viste seg at den bare kan motta signaler over et meget smalt frekvensområde og at bredden på dette varierer med temperaturen om bord i sonden.

Avgjørelsen om å sende Voyager 2 til Uranus ble ikke tatt før januar 1981, et halvt år før den passerte Saturn. Offisielt gikk Voyager-prosjektet bare ut på å utforske Jupiter og Saturn (i 1980 og 1981). Derfor ble sondene konstruert for en levetid på bare 5 år. Penger til et mer ambisiøst prosjekt, som inkluderte forbiflyvning av alle de ytre planetene, var ikke myndighetene villige til å bevilge. Dette til tross for den enestående samstillingen mellom de ytre planetene i siste halvdel av 1970-årene.

Forskerne ved JPL hadde imidlertid lenge vært klar over at denne samstillingen gjorde det mulig å la en Voyager-sonde fortsette til Uranus og kanskje også til Neptun. Forutsetningen var at den fulgte en bestemt bane forbi Saturn. Sjansene for at Voyager 2 skulle overleve ytterligere 5 år i rommet ble imidlertid ansett til å være bare 60-70 %, noe som ligger langt under det som er vanlig for at NASA skal godkjenne et prosjekt.

Sjansene for å få gode resultater fra den forestående Uranus-passeringen ble ytterligere forminsket under Saturn-passeringen i august 1981. Omtrent 100 minutter etter at nærmeste avstand til Saturn var passert, kjørte motoren som beveger kameraplattformen seg fast. Resultatet ble at man mistet flesteparten av de bildene som ennå ikke var tatt av Saturn og dens ringer, samt at alle de beste næropptakene av månene Enceladus og Thetys gikk tapt. Først to døgn senere klarte man å dreie kameraene mot Saturn igjen. Mens de siste bildene av planeten ble tatt, seilte Voyager 2 videre mot neste mål: Et møte med Uranus. Den gang visste imidlertid ingen hvordan dét ville gå.

Mot Uranus

Uranus ligger dobbelt så langt fra Solen som Saturn. Den lange avstanden fra Solen førte til at det ble nødvendig med opptil 15 sekunder lange eksponeringstider ved fotografering av månene. Med den hastigheten Voyager 2 hadde ved Uranus ville dette normalt gitt meget uskarpe bilder. Stillingskontrollsystemet var heller ikke nøyaktig nok til å kunne kompensere for denne effekten over så lang tid.

En annen sak var å få overført bildene til Jorden. Uten drastiske endringer om bord i Voyager eller på bakken ville man bare fått overført 7200 bps (biter per sekund). I så fall ville det tatt 13 minutter å overføre hvert bilde, og bare noen titalls bilder ville kunne blitt tatt. Fra Jupiter tok det til sammenligning 48 sekunder å overføre ett bilde.

Man var også redd for å miste kontakten med Voyager 2 og dens skrøpelige radiomottaker, og problemet med kameraplattformen lå også og spøkte i bakgrunnen.

Et annet alvorlig problem, som har vist seg å være det største ved omtrent samtlige romsondeprosjekter, var penger. På grunn av overskridelsene i romfergeprogrammet i begynnelsen av 1980-årene, havnet NASA i økonomiske vanskeligheter. Følgen var at flere planlagte romsondeprosjekter aldri kom lenger enn til tegnebrettene, andre ble utsatt på ubestemt tid. Men også allerede oppsendte sonder gikk usikre tider i møte. Det koster nemlig ganske mye å holde en romsonde i drift. En stund var det fare for at alle virksomme romsonder, som Pioneer og Viking, skulle bli slått av. Voyager 2 var intet unntak. En tid så det ut til at Voyager 2 skulle komme til å passere Uranus uten å gjøre noen observasjoner, og uten å sende noe tilbake til Jorden. Dette ble møtt med skarpe protester både fra forskere og romfartsinteresserte. NASA fikk til slutt penger til Uranus-passeringen. Til gjengjeld fikk organisasjonen ikke penger til en romsonde som skulle kartlegge Venus med radar fra Venus-bane (Venus Orbiting Imaging Radar), og NASA måtte trekke sin sonde fra International Solar Polar Mission.

Etter passeringen av Saturn hadde man ved JPL 4,5 år på seg til å tenke ut hvordan man skulle gjennomføre Uranus-passeringen. Helt klart var det at forandringer måtte til både med bakkestasjonene og programmene i sonden.

Oppbygging av Deep Space Network

Og forandringer kom. Noe av det viktigste var en oppgradering til 100 millioner dollar av JPLs Deep Space Network (DSN). Det består av tre 64 m parabolantenner plassert i Australia, California og Spania. Denne oppgraderingen gikk blant annet ut på å bygge en ny 34 m-antenne ved hver stasjon, nytt elektronisk utstyr ved stasjonene og utarbeidelse av et omfattende dataprogram på flere millioner linjer programkode.

Et annet nøkkelelement var utarbeidelsen av en ny metode til å kunne koble sammen flere radioteleskoper slik at de fungerte som ett superfølsomt radioteleskop. For eksempel ble en 64 m-antenne i Australia koblet sammen med to nye 34 m-antenner. I tillegg lånte australske radioastronomer ut sin 64 m-antenne. Til sammen gjorde disse sammenkoblingene det mulig å motta opptil 29 900 bps fra Voyager 2 ved Uranus. I praksis ble det imidlertid overført «bare» 21 600 bps til Australia-stasjonen. Hastigheten på 29 900 bps ble holdt i reserve i tilfelle det skulle bli nødvendig å øke overføringshastigheten.

Ved de to andre DSN-stasjonene var mottakskapasiteten mindre, blant annet fordi Uranus befant seg på den sydlige himmelhalvkulen, og fordi bare to teleskoper var sammenkoblet ved hver av disse stasjonene.

En annen viktig oppgave for bakkestasjonene var mest mulig nøyaktig å måle hvor Voyager 2 befant seg. I likhet med ved Jupiter og Saturn krevdes det også ved Uranus en pinlig nøyaktig bane for at planetens gravitasjonsfelt skulle dirigere sonden mot Neptun.

Å skulle få de nye bakkestasjonene i drift medførte imidlertid mange problemer. Først noen måneder før Uranus-passeringen var de klare til bruk.

Komprimering av bildedata

Da Voyager 2 passerte Saturn var 2 millioner dollar blitt øremerket til tiltak som kunne øke Voyagers produktivitet. Ideen var at man skulle presse flere vitenskapelige data inn i datastrømmen til Jorden. Dette skulle skje ved å la en av Voyagers datamaskiner bearbeide de innsamlede opplysningene slik at det trengtes færre biter enn tidligere for å overføre en viss datamengde til Jorden.

I hver av Voyager-sondene er det tre datamaskiner: En hoveddatamaskin, én som kontrollerer sondens bevegelser og én som samler sammen data fra instrumentene og gjør dataene klare til oversending til Jorden. Hver av disse tre datamaskinene har én reservedatamaskin. En av disse hadde sittet ubenyttet om bord i Voyager 2 i 5 år da man programmerte den til å presse sammen vitenskapelige data på en ny måte.

Et Voyager-bilde består av 800 linjer, og hver linje av 800 bildeelementer. Hvert av disse 640 000 bildeelementene får en gråtoneverdi fra 0 til 255, noe som krever 8 binære siffer (2⁸ = 256). Ett svart-hvitt-bilde består følgelig av 800 x 800 x 8 = 5,12 millioner biter. I tillegg kommer ekstra kontrollbiter som sendes for å kunne oppdage og korrigere feil ved selve overføringen.

Et fargebilde lages ved at flere bilder av samme område tas gjennom ulike fargefiltre (for eksempel rødt, grønt og fiolett). Hvert bilde sendes separat til Jorden, der de så settes sammen til et fargebilde.

Ingen andre instrumenter om bord i Voyager krever så mange biter som fjernsynskameraene. Det komprimeringsprogrammet Voyagers kameragruppe lagde, reduserte med 60 % antall biter som krevdes for å overføre ett bilde. I stedet for å sende en fullstendig 8 biters gråtoneverdi for hvert bildeelement, ble dette gjort bare for det første bildeelementet i hver linje, hvoretter bare forskjellen fra ett element til det neste ble overført. Dette krevde i gjennomsnitt bare rundt 3 biter per bildeelement. Disse tiltakene kombinert med DNS-oppgraderingen reduserte overføringstiden per bilde fra 13-14 minutter til 6 minutter.

Denne komprimeringen har imidlertid to ulemper. For det første vil bare én enkelt bitfeil føre til at hele resten av linjen i bildet blir feil. Derfor ble både komprimerte og ikke-komprimerte bilder overført til Jorden. For det andre krever komprimeringen en omfattende databehandling i sonden, som reservedatamaskinen tok seg av. Datastrømmen er derfor meget sårbar overfor svikt i en av datamaskinene, fordi reservedatamaskinen i så fall må overta funksjonene til den maskinen som svikter.

Stillingskontroll ved lange eksponeringstider

Uranus befinner seg 3 milliarder kilometer fra Solen. Det er 20 ganger Jordens avstand fra Solen. Siden lysstyrken avtar med kvadratet av avstanden, er sollyset ved Uranus bare rundt 1/370 av hva det er ved Jorden. Dessuten har Uranus' ringer og flere av dens måner et overflatemateriale som er meget mørkt. Dette medførte bruk av lengre eksponeringstider. I tillegg kom problemene med å bevege kameraplattformen.

Problemet lå her i motoren som beveger plattformen opp og ned. For å finne ut hva som var galt og hvordan problemet kunne unngås, ble det utført omfattende prøver både med en modell på Jorden og med begge Voyager-sondene. Konklusjonen var at plattformen ikke måtte dreies med store hastigheter (1° per sekund), men hovedsakelig på laveste hastighet (1/12° per sekund). Middelhastigheten (1/3° per sekund) ble brukt fire ganger ved Uranus fordi det var nødvendig for å kunne utføre spesielle observasjoner.

I tillegg til disse forholdsreglene hadde man klart et datamaskinprogram som kunne sendes til Voyager dersom plattformen skulle vise tegn til å kjøre seg fast. Det ville sørge for å bevege hele sonden under bildetakning. Fordi kameraplattformen fungerte fint under hele Uranus-passeringen, ble det ikke nødvendig å bruke dette programmet.

Da Voyager passerte Saturn, var de lengste eksponeringstidene som ble benyttet, 15,36 sekunder. Kameraene var heller ikke konstruert for lengre eksponeringstider, mens forholdene ved Uranus krevde eksponeringstider på opptil 96 sekunder. Under lange eksponeringer gikk Voyagers båndopptaker mens kameralukkeren var åpen.

Det var imidlertid flere problemer forbundet med de lange eksponeringstidene. Alt ved Saturn forårsaket små, utilsiktede bevegelser av Voyager at mange av bildene med lange eksponeringstider ble ødelagt. Disse bevegelsene skyldtes for det meste bruk av stillingskontrollmotorene, som ironisk nok har til oppgave blant annet å stabilisere sonden. Men også når båndopptakeren startes, begynner Voyager langsomt å dreie i motsatt retning. Selv om disse bevegelsene er svært små, merkes de tydelig på bilder tatt med teleobjektivet. Dette problemet ble løst ved å avfyre en av stillingskontrollmotorene idet opptakeren startet.

En solsensor og en stjernesensor (som peker mot Canopus) sørger for at Voyager alltid vet hvilken stilling den har i rommet. Dreier sonden bort fra ønsket stilling, merkes dette av sensorene. Stillingskontrollsystemet kompenserer for dette ved å avfyre en motor et øyeblikk. Disse pulsene er 0,01 sekunder lange og holder Voyager stabil med en nøyaktighet på 0,05°. Det området Voyager kan bevege seg fritt innenfor, kalles dødområdet.

Hvis dødområdet kunne reduseres, ville det gi skarpere bilder. Siden stillingskontrollmotorene hadde vært i bruk i 8,5 år og avfyrt rundt 30 000 ganger hver, kunne man ikke tillate seg å gjøre hva som helst med dem. Man greide imidlertid å modifisere programmet som kontrollerer stillingskontrollmotorene slik at man kunne halvere minste pulslengde, til 0,005 sekunder. Dette programmet hadde da ikke vært endret siden oppskytingen.

Før programmet ble overført til Voyager 2, ble det overført til Voyager 1 og prøvd på denne sonden. Sistnevnte skal ikke passere nær flere planeter, slik at den kunne brukes som «forsøkskanin». I april 1985 ble programmet overført til Voyager 2.

Siden Voyager 2 passerte Uranus med en hastighet på rundt 20 km/s, ville også dette kunne gi uskarpe bilder. Hvis kameraet ikke ble beveget mens Voyager 2 passerte nærmest Miranda, ville bildefeltet i løpet av én eksponering med teleobjektivet flytte seg en avstand tilsvarende 128 bildeelementer, noe som var helt uakseptabelt.

Dette problemet ble løst ved å dreie hele sonden under eksponeringen slik at kameraet hele tiden var rettet mot samme område. Ulempen med dette er at mer drivstoff går med, og at man under slike manøvrer mister radiokontakten med Jorden, fordi også parabolantennen dreies.

Da Miranda ble passert i 29 000 km avstand, dreide Voyager 2 med en hastighet på 2° per minutt. Dermed fikk man bilder der man kan skjelne detaljer med en utstrekning helt ned til 0,6 km. Hvis det ikke var blitt kompensert for sondens bevegelse, ville oppløsningen på bildene vært 26 km, langt dårligere.

En aldrende romsonde

Helt siden oppskytingen har mengden hydrazin til bane- og stillingskontroll minket. Det samme har effekten fra de tre termoelektriske radioisotopgeneratorene (RTGene) gjort. Den stadig økende avstanden fra Jorden vanskeliggjør både kommunikasjon og nøyaktig posisjonsbestemmelse.

Midt i Voyager-sonden befinner det seg en kuleformet tank som ved oppskyting inneholdt 107 kg hydrazin. Ved Uranus-passasjen var knapt halvparten oppbrukt. Til sammenlikning hadde Voyagers bærerakett, en Titan IIIE/Centaur, en startmasse på 640 tonn og inneholdt omtrent 10 000 ganger mer drivstoff enn det Voyager 2 har brukt siden Titans siste trinn ble frakoblet. Av alt drivstoffet Voyager har benyttet siden den forlot oppskytingsrampen, ble dermed rundt 99,99 % brukt i de første 0,002 % av tiden!

Som antydet forsynes Voyager-sondene med elektrisk energi fra RTGer. Varme som avgis når plutoniumoksid nedbrytes ved radioaktivitet, omgjøres til elektrisk energi av termoelektriske generatorer. Ved oppskytingen leverte disse 470 W, men fordi mengden radioaktivt plutoniumoksid stadig minker, var effekten bare 400 W ved Uranus. Derfor kunne ikke alle systemene om bord benyttes samtidig.

Et eksempel på dette var da sonden ble okkultert av ringene og Uranus selv. Et radiookkultasjonseksperiment ble planlagt ved å skru radiosenderen på høy effekt, 53 W i stedet for normalt 23 W. Dermed ville det være letter å bestemme såvel størrelse på ringpartikler, som temperatur og densitet i Uranus-atmosfæren. Samtidig ville man fotografere planetens nattside, noe som krevde både dreining av kameraplattformen og bruk av båndopptakeren. For å ha nok energi til dette, måtte andre systemer, som det da var mindre behov for, slås av.

Som nevnt må man nå bruke Voyager 2s reserveradiomottaker, som det er visse problemer med. Det ene er at båndbredden på signaler Voyager 2 kan høre ble redusert til mindre enn én tusendel av hva den ble bygd for. Dersom signalene fra Jorden er mer enn 100 Hz feil, vil ingenting bli hørt av Voyager 2. Enda verre er det at frekvensen radiomottakeren kan ta imot signaler på, varierer med mottakerens temperatur. En temperaturendring på 0,25 °C forskyver mottaksfrekvensen med 100 Hz, med den følge at sonden mister kontakten med Jorden, noe som kan vare i flere døgn. Derfor må man på Jorden beregne hvordan temperaturen om bord endres etter som instrumenter slås av og på, og etter som sonden fjerner seg fra Solen eller blir nedkjølt når den passerer i skyggen av en planet eller måne.

Som om ikke dette var nok, må man ta hensyn til virkningen av dopplereffekten. Bare jordrotasjonen kan av denne grunn endre mottaksfrekvensen med over 30 ganger mottakerens båndbredde. Når sonden nærmer seg eller fjerner seg fra en planet, vil dens hastighet endres slik at signalene fra Jorden sett fra Voyager endrer frekvens.

Alle disse faktorene gjør at det kreves omfattende beregninger for å finne hvilken frekvens et signal må sendes med fra Jorden, for at det skal ha riktig frekvens idet det når fram til Voyager 2.

Navigasjon av Voyager 2

For at en romsonde skal kunne utføre sine oppgaver på en tilfredsstillende måte, er det av avgjørende betydning at man kjenner nøyaktig hvilken bane den følger slik at den i rett øyeblikk kan utføre ulike observasjoner og manøvrer. Dette gjelder ikke minst for Voyager, som jo utnytter gassplanetenes gravitasjonsfelt til å slynges mot neste mål. En feil på bare 1 km ved Uranus ville resultert i en feil på over 10 000 km ved Neptun, om ingen korreksjonsmanøvrer ble utført mellom Uranus og Neptun.

Under en planetpassering har man dessuten bare én sjanse til å utføre observasjonene. Man må derfor på forhånd vite romsondens og månenes nøyaktige posisjoner i forhold til hverandre idet bilder skal tas.

Problemet med Uranus var at det ikke lot seg gjøre å bestemme månenes nøyaktige posisjoner. Fordi Uranus' pol peker mot Solen (og Jorden), og månene har baner i Uranus' ekvatorplan, er det lett å se hvor i banen de er til enhver tid. Langt verre var det å bestemme månenes inklinasjon i forhold til Uranus' ekvatorplan, noe man måtte kjenne før Voyager 2 passerte.

Å bestemme Voyager 2s posisjon var enklere. Man har to grunnprinsipper som benyttes for å bestemme en romsondes bane og posisjon: Radiometrisk og optisk navigasjon.

For Voyager er begge disse teknikkene uunnværlige. Radiometrisk navigasjon går ut på at man måler avstand og hastighet mellom en romsonde og bakkestasjonen på tre måter. Dopplerforskyvningene i radiosignalene bestemmer radialhastigheten, tiden et radiosignal bruker tur-retur sonden bestemmer avstanden, mens sondens posisjon på himmelen bestemmes ved å måle vinkelen mellom sondens radiosignaler og referansekilder på himmelen.

I motsetning til radiometrisk navigasjon, gjør optisk navigasjon det mulig å bestemme sondens posisjon i forhold til det aktuelle himmellegemet - i dette tilfellet Uranus og dens måner.

Etter som Voyager nærmet seg Uranus, meldte det seg her et problem. I midten av desember 1985 oppdaget man på bilder fra Voyager at månene ikke befant seg der man hadde beregnet de skulle være. Grunnen viste seg å være at Uranus' masse var 0,25 % større enn tidligere beregnet. (Dette tilsvarer omtrent massen av Merkur.) Hadde man ikke korrigert for dette, ville det ført til en feil på 2,5 millioner kilometer ved Neptun. En 14 minutters avfyring julaften ga den nødvendige kursendring. Den førte til at Voyager passerte 300 km lenger fra Uranus enn opprinnelig planlagt.

Forbi Uranus

I januar 1986 steg spenningen ved JPL. 4,5 år hadde gått siden Voyager 2 forlot Saturn. Nå var sonden dobbelt så langt fra Solen, og over dobbelt så gammel som dengang. Aldri før hadde en så omfattende omprogrammering og «reparasjon» av en romsonde funnet sted via radiokommandoer. Dette var første gang en romsonde passerte sin tredje planet, og første gang en romsonde kom til Uranus. Det var også den eneste muligheten på kanskje flere tiår til å gjøre næropptak i Uranus-systemet.

Det kom derfor som litt av et sjokk da bildene fra Voyager 2 bare 6 døgn før minste passeringsavstand viste seg å være fulle av hvite og svarte striper. Etter grundige undersøkelser fant man at årsaken var en feil ved ett enkelt bit i hukommelsen til en av datamaskinene om bord. Ved å endre programmet i denne datamaskinen unngikk man å bruke akkurat denne hukommelsescellen, og stripene forsvant fra bildene.

22. januar 1986 foretok man den siste beregningen av månenes nøyaktige posisjoner før passeringen. Den gjorde at man kjente sondens passeringsavstand fra Uranus med en nøyaktighet på 40 km, og passeringstidspunktene med et avvik på 3 sekunder.

Dette var til god hjelp under den meget kritiske bildetakningssekvensen av Miranda. Nesten like kritisk var det å vite nøyaktig når Voyager 2 ville forsvinne bak Uranus. I løpet av de 83 minuttene sonden brukte på å passere bak planeten sett fra Jorden, håpet man kontinuerlig å kunne motta signaler fra Voyager 2. Det kunne bare skje dersom dens antenne ble beveget slik at den med stor nøyaktighet fulgte Uranus' rand. Radiostrålen ville da avbøyes opptil 3° gjennom atmosfæren før den beveget seg mot Jorden.

De siste ordrene til Voyager 2 ble sendt om morgenen 24. januar. De inkluderte blant annet en utsettelse av Miranda-opptakene med 48 sekunder og av okkultasjonsprogrammet med 31 sekunder. Fordi Voyagers antenne under fotograferingen av Miranda ikke vendte mot Jorden, måtte alle opptakene tas opp på bånd om bord.

Først 25. januar ble de beste bildene av Ariel, Miranda og Umbriel overspilt til Jorden. Lettelsen var stor da de første bildene av Ariel viste at bruken av stillingskontrollmotorene for å få skarpere bilder hadde fungert perfekt.

Det som virkelig vakte oppsikt, var imidlertid bildene av Miranda. Alt måtte klaffe - og gjorde det. Resultatet ble de mest detaljerte bildene tatt under en planet- eller månepassering.

Videre til Neptun

Voyager 2 er nå på vei til et møte med sin fjerde planet: Neptun. 14. februar 1986 ble en 2,5 timers kurskorreksjon foretatt, og Voyager 2 vil ifølge planen passere like over Neptuns nordpol 25. august 1989 klokken 06.00 norsk tid.

Uranus og Neptun kan nærmest betraktes som tvillinger når det gjelder størrelse og farge, men ellers er de ganske ulike. Neptun befinner seg 4,5 milliarder kilometer fra Solen, der sollyset bare er halvparten så sterkt som ved Uranus. Til tross for dette har de omtrent like temperaturer, noe som tyder på at noe av Neptuns varme kommer fra planeten selv. Neptuns ekvatorplan gjør en vinkel på 29° i forhold til baneplanet, mot 98° for Uranus.

Begge månene til Neptun, Nereid og Triton, går i meget spesielle baner. Begge har stor inklinasjon i forhold til Neptuns ekvatorplan. Triton har dessuten retrograd bevegelse, mens Nereids bane er den mest avlange månebane i Solsystemet. Dette har ført til spekulasjoner om at det har foregått dramatiske begivenheter ved Neptun en gang i fortiden.

Ved flere anledninger der Neptun har okkultert stjerner, har stjernens lysstyrke avtatt litt før og etter okkultasjonen. Dette tyder på at deler av en ring eller en oppstykket ring kretser rundt planeten. Sjansen for at Voyager 2 skal bli truffet av en ringpartikkel anslås til under 1 %, men alternative baner forbi planeten blir likevel studert.

Voyager 2 har allerede tre ganger gjort bruk av gassplaneters gravitasjonsfelt. Ved Neptun vil dette skje for fjerde gang, selv om sonden ikke har flere planetpasseringer på programmet. Banen vil i stedet bli avbøyd til en nærpassasje av Triton. Det krever imidlertid at sonden må passere nær over Neptuns nordpol for dermed å bli avbøyd cirka 60° «nedover». I motsetning til Voyager 1, vil dermed Voyager 2 fly ut av Solsystemet «under» ekliptikkens plan.

Opprinnelig var passeringsavstanden til Neptun satt til 7500 km, men fordi den nå er senket til 1300 km, vil Voyager 2 kunne passere mye nærmere Triton, bare 8000 km. På grunn av uvissheten med ringpartiklene er disse avstandene ennå ikke fastlagt.

Man håper å kunne benytte Hubble-romteleskopet til å lete etter en ring rundt Neptun, som kan avgjøre Voyager 2s bane forbi planeten. Hubble-romteleskopet vil imidlertid tidligst bli skutt opp i november 1988, noe som er litt i seneste laget for dette formålet. Man har derfor planer om å bruke Voyager selv til å lete etter faremomenter rundt Neptun. Skulle noe slikt bli funnet, kan man endre Voyager 2s bane inntil én uke før nærpassering.

Fra Neptun vil Voyagers radiosignaler bli så svake at ytterligere forbedringer av bakkestasjonene er påkrevet. Man planlegger å gjøre bruk av Very Large Array (VLA), som består av 27 antenner, hver med 25 m diameter, i New Mexico. Det vil i så fall bli første gang man bruker dem til å motta romsondesignaler. Dessuten vil Parkes-radioteleskopet i Australia og Udsula-radioteleskopet i Japan bli knyttet til DSN-nettet. De tre 64 m DSN-antennene vil bli utvidet til 70 m-antenner, noe som vil øke deres areal med 20 %. Med disse forbedringene regner man med å kunne overføre data med samme hastighet som fra Uranus.

Ved Neptun vil radiosignaler trenge 8 timer tur-retur sonden. Når man skal måle avstanden, må et signal sendes til sonden fra én stasjon, mens retursignalet mottas av en annen et annet sted på Jorden, dette på grunn av jordrotasjonen.

Også fra Neptun vil man bruke teknikken med komprimering av bildedata. Mens de lengste eksponeringstidene uten bruk av båndopptakeren var 15 sekunder ved Uranus, vil den øke til 61 sekunder ved Neptun. Dessuten vil man prøve å senke korteste avfyringsperiode for stillingskontrollmotorene til 0,004 sekunder.

I Voyager 2 har man allerede programmert inn flere operasjoner som vil bli startet automatisk ved Neptun, selv om for eksempel sondens skrøpelige radiomottaker skulle svikte slik at sonden blir ute av stand til å motta nye kommandosignaler. Voyager 2 vil i så fall på egen hånd fortsette å gjøre observasjoner etter et fastlagt program, og overføre dataene til Jorden. (Radiosenderen er nemlig i orden, det er bare radiomottakeren man har problemer med.) Det vitenskapelige utbyttet vil imidlertid bli lavere, spesielt det bildemessige, fordi det så lenge før Neptun-passeringen er svært vanskelig å gi korrekte posisjonsordrer og tidspunkter for dem til kameraene.

Etter Neptun

Om ikke en plutselig svikt i et vitalt system om bord skulle gjøre ende på Voyager-sondenes mulighet til å observere og sende data til Jorden, kan vi regne med å motta vitenskapelige data fra dem til inn i neste århundre. Man regner tidligst med å treffe på heliopausen i midten av 1990-årene, når sondene er rundt 50 astronomiske enheter fra Solen.

Man antar at sondene vil ha nok hydrazin fram til 2030. Situasjonen er verre når det gjelder energiforsyningen fra RTGene, der effekten hvert år avtar med 7 W. Rundt 2013 vil effekten komme under 245 W, som er grensen for hva som trengs for å opprettholde driften av vitenskapelige instrumenter. Det er imidlertid mulig at Solen før dette vil bli for svak til at solsensoren kan finne den. Når det skjer, vil ikke sonden lenger ha noe å referer sin stilling til, noe som er helt nødvendig for at parabolantennen fortsatt skal kunne peke mot Jorden. Uten at den er rettet mot Jorden, vil radiokontakt ikke kunne opprettholdes.

Sondenes ferd vil imidlertid ikke være slutt med det. Begge har så stor hastighet at de aldri vil vende tilbake til Solens nærhet, men gå inn i bane rundt Melkeveisystemets sentrum. Der ute i det interstellare rom er slitasjen så lav at sondene vil fortsette å eksistere i flere hundre millioner eller flere milliarder år. Fordi det er en teoretisk mulighet for at de en gang kan bli oppdaget av fremmede sivilisasjoner, har hver sonde med seg et budskap fra Jorden i form av en grammofon/videoplate med bilder og lyder man håper vil kunne forstås av de som finner den.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Bildet viser en modell av Voyager-sondene. Mest dominerende er den hvite, 3,7 m store parabolantennen øverst. Ut fra den tikantede sentrale enheten under denne stikker det ut to bommer. De tre sorte sylindrene til høyre er RTGene, mens kameraplattformen befinner seg ytterst på bommen til venstre. Datamaskinene er inni den tikantede enheten. Denne modellen skiller seg fra Voyager-sondene ved at den 13 m lange magnetometerbommen ikke er foldet ut. (NASA)

Dette diagrammet gir en tredimensjonal framstilling av Voyager-sondenes baner gjennom Solsystemet fram til 1990. Fordi Voyager 1 passerte meget nær Titan, havnet den over Saturns sydlige halvkule. Banen ble dermed avbøyd «oppover». Den er derfor på vei ut av Solsystemet over ekliptikkens plan. Hadde den fulgt en annen bane forbi Saturn, ville den kunne ha passert nær Pluto i 1987.

Voyager 2s ferd gjennom Uranus-systemet var omtrent som en pils ferd rett gjennom en blink. Grunnen er at Uranus' pol da pekte nesten rett mot Solen, med den følge at sonden bare fikk noen få timer på seg til å observere Uranus-månene. For eksempel ble minste avstand til fire av månene oppnådd under tre timer før minsteavstanden til Uranus ble passert. Til sammenlikning ble minste avstand til Callisto og Titan passert 2-3 døgn før Voyager 2 passerte nærmest henholdsvis Jupiter og Saturn. (NASA)

Voyager-sondene er de mest avanserte romsonder som hittil er blitt skutt opp, til tross for at de snart har vært 10 år i rommet. Sondene kan dreies om alle tre akser. Stillingskontrolldysene er doble, mens fire enkle dyser for banekorreksjoner peker rett forover. Når disse en sjelden gang blir brukt, bringes sonden i riktig stilling før de avfyres. Drivstoff kommer fra den 71 cm store, kuleformede tanken i midten av sonden. (NASA)

Bilde av Uranus tatt etter at Voyager 2 hadde passert planeten og var på vei mot Neptun. (NASA)

Dette bildet av Uranus' ringer er ett av de fire bildene der det ble benyttet en eksponering på 96 sekunder. Bildet ble tatt mens Solen befant seg bak Uranus, og viste at Uranus har flere ringer og mer støv i ringsystemet enn hva man hadde antatt. Støvinnholdet i Uranus-ringene er likevel langt mindre enn i Saturns ringer. (NASA)

Denne fotomosaikken av Ariel består av fire bilder, og har fått innlagt lengde- og breddegrader. (NASA)

Til Voyager 2s Uranus-passering ble nye 34 m-antenner bygd ved siden av hver av de gamle DSN-antennene. Bildet over er fra California, og viser 34 m-antennen til venstre og 64 m-antennen til høyre. Vi ser her to eksempler på datamaskinfremstilte fotomosaikker av Miranda. Begge bildene består stort sett av de samme Voyager-fotografier. Voyager 2 fotograferte Miranda fra forskjellige vinkler og avstander. Ved hjelp av avansert datamaskinbehandling er bildene projisert inn på en globus som kan dreies og sees fra forskjellige vinkler. (NASA)

Ved å mate inn Voyager 2-bilder i en datamaskin, kan forskere framstille bilder av Miranda fra nær sagt alle perspektiver. Denne sekvensen på tre bilder viser for eksempel Mirandas rand fra tre synsvinkler hvor Voyager 2 aldri har vært. (NASA)

Her ses et simulert tredimensjonalt bilde av Mirandas terreng. Overflaten ser mer kupert ut enn i virkeligheten, noe som skyldes at man har søkt å framheve interessante detaljer. Slike og mange andre teknikker for bildebehandling benyttes svært ofte på romsondebilder for å kunne framheve ting man ellers ikke ville kunne se. (NASA)