Dieses Foto, das sie gemacht hat, brachte die Menschen dazu, das Universum und sich selbst zu überdenken

Voyager 1 unterstützt die Menschheit dabei, die Jupiter- und Saturnsysteme mit qualitativ hochwertigeren Daten weiter zu erforschen. Die von ihm während seiner langen Wanderung von der Erde aufgenommenen Fotos – der „Blassblaue Punkt“ – haben eine Bedeutung, die über den Rahmen der Astronomie hinausgeht und zu einem der wichtigsten Ausgangspunkte für menschliche philosophische Überlegungen über das Universum, die Erde und den Menschen selbst geworden ist. Voyager 1 ist zudem das erste von Menschenhand geschaffene Objekt, das das Sonnensystem verlässt, und das am weitesten von der Erde entfernte von Menschenhand geschaffene Objekt, das sich bisher von der Erde entfernt hat. Sein Erfolg legte zudem eine solide Grundlage für die Vollendung der „Planetentour“ von Voyager 2.

Geschrieben von | Wang Shanqin

Als Wegbereiter des Projekts „Planetary Tour“ öffnete der Erfolg von Pioneer 10 und Pioneer 11 dem Menschen zwei Fenster zur Erforschung der äußeren Planeten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun). Am 16. Dezember 1971, noch vor dem Start der beiden Sonden, gab die NASA jedoch die Einstellung des Projekts „Planet Tour“ bekannt. Dies geschah nur zwei Jahre nach dem offiziellen Start des Projekts (1969).

Grund für die Absage des Projekts „Planet Tour“ waren finanzielle Probleme. Das Budget des Projekts belief sich damals auf eine Milliarde US-Dollar, was heute etwa fünf Milliarden US-Dollar entspricht. Andererseits sind die Mittel für die NASA seit 1965 von Jahr zu Jahr zurückgegangen. Nach dem Erfolg des Apollo-Mondlandungsprogramms im Jahr 1969 kürzte Präsident Nixon, der im selben Jahr sein Amt antrat, die jährliche Finanzierung der NASA weiter. 1971 musste sich die NASA zwischen dem Space-Shuttle-Programm und dem „Planetary Tour“-Programm entscheiden. Die NASA entschied sich für das Space-Shuttle-Programm.

Voyager: Wiedergeburt der „Grand Tour of Planets“

Die Absage des Projekts „Planet Tour“ ist zweifellos eine große Tragödie.

Als die Outer Planets Working Group der NASA 1969 die Grand Tour empfahl, empfahl sie glücklicherweise auch eine Alternative: eine Mission mit wesentlich geringerem Budget, die nur Jupiter und Saturn erkunden sollte. Bei der abschließenden Diskussions- und Abstimmungssitzung zum Projekt „Planetenrundfahrt“ im Jahr 1971 betonte die Expertengruppe diesen Alternativplan und stimmte dem Projekt zu. Als die NASA schließlich beschloss, das Projekt „Planetary Tour“ abzusagen, lobte sie auch die Alternativoptionen in den höchsten Tönen.

Dieser Alternativplan gibt dem Projekt „Planetary Tour“ die Chance auf eine Wiedergeburt. Im Januar 1972 begann das Jet Propulsion Laboratory (JPL) mit den Vorbereitungen für dieses alternative Projekt. Im Mai desselben Jahres genehmigte die NASA dieses alternative Projekt, das Mariner Jupiter-Saturn (MJS)-Projekt, offiziell.

Das MJS-Projekt wird zwei identische Sonden starten, wobei die zweite als Ersatz für die erste dient. Als das MJS-Projekt vorgeschlagen wurde, hatte JPL bereits die Sonden Mariner 1 bis 9 betrieben, die Merkur, Venus und Mars erforschten, und Mariner 10 stand kurz vor dem Start. Die beiden Sonden des MJS-Projekts erhielten daher die Namen „Mariner 11“ bzw. „Mariner 12“. Das Projekt verfügt über ein Budget von 360 Millionen Dollar.

Da Mariner 11 und Mariner 12 des MJS-Projekts äußere Planeten erforschten und sich in ihren Erkundungszielen deutlich von anderen Sonden der Mariner-Reihe unterschieden, wurden sie am 7. März 1977 in „Voyager 1“ bzw. „Voyager 2“ umbenannt und gehörten nicht mehr zur Mariner-Reihe, wurden aber weiterhin vom JPL-Team betrieben.

Die Erkundungsziele von Voyager 1 sind Jupiter, Saturn und Titan, und sein Orbitalcode lautet „JST“, was den Anfangsbuchstaben der englischen Buchstaben der drei oben genannten Himmelskörper entspricht.

Schematische Darstellung der Umlaufbahnen von Voyager 1 und Voyager 2. Voyager 1 bewegt sich in Richtung „JST“ und Voyager 2 in Richtung „JSX“. Für X gibt es zwei Möglichkeiten. X=TB bedeutet, dass die Titan-Vorbeiflugmission eingeschlossen ist (falls Voyager 1 scheitert); X=U bedeutet, dass die Uranus-Vorbeiflugmission darin enthalten ist (falls Voyager 1 erfolgreich ist). Die Zeitskala der Umlaufbahn beträgt 0,5 Jahre.丨Bildquelle: NASA; Übersetzung: Wang Shanqin

Struktur und Instrumente

Die Masse von Voyager 1 beträgt 825,5 kg, wovon die Masse des Raumfahrzeugs selbst 721,9 kg beträgt. Es verfügt über 16 Hydrazintriebwerke vom Typ MR-103 zur Lageregelung, 8 Ersatztriebwerke, ein dreiachsig stabilisiertes Gyroskop, ein Gerät zur Referenzierung der Himmelskoordinaten, ein Funkkommunikationssystem, ein Energiesystem, 11 wissenschaftliche Instrumente, einen Feststoffraketenmotor für Bahnänderungen während der Fahrt und 8 Raketenantriebe.

Modelle von Voyager 1 und 2 | Bildquelle: NASA/JPL

Das Funkkommunikationssystem von Voyager 1 umfasst eine parabolische Hochleistungsantenne mit 3,7 Metern Durchmesser, die Signalbefehle von drei Deep Space Network (DSN)-Standorten auf der Erde empfängt und die resultierenden Daten an das DSN sendet.

Ein Ingenieur mit der unfertigen Hochleistungsantenne der Voyager am 9. Juli 1976 | Bildquelle: NASA/JPL

An Bord von Voyager 1 befindet sich außerdem ein Datenspeicher, der Digital Tape Recorder (DTR), der 64 Kilobyte Daten aufnehmen kann und so die zeitverzögerte Übertragung von Bildern ermöglicht. Im Gegensatz dazu verfügten Pioneer 10 und 11 nicht über DTR und die erfassten Daten mussten sofort gesendet werden.

Die elektrische Energie von Voyager 1 wird durch drei Radioisotopen-Thermogeneratoren (RTGs) bereitgestellt. Jede RTG enthält 24 Pellets aus komprimiertem Plutonium-238-Oxid und wird daher auch als Plutoniumkernbatterie bezeichnet. Beim ersten Start kann die vom RTG erzeugte Wärme etwa 470 Watt elektrische Leistung erzeugen. Mit dem Zerfall radioaktiver Stoffe nimmt die Leistung des RTG weiter ab.

Eine Einheit des thermoelektrischen Radioisotopengenerators in Voyager 1 und 2. Bildnachweis: NASA/JPL

Zu den wissenschaftlichen Instrumenten von Voyager 1 gehören: Bildgebungssystem, Radiowissenschaftssystem, Infrarot-Interferometer-Spektrometer, Ultraviolett-Spektrometer, dreiachsiges Fluxgate-Magnetometer, Plasmaspektrometer, Instrument für niederenergetische geladene Teilchen, kosmisches Strahlungssystem, planetarisches Radioastronomie-Untersuchungssystem, Photopolarimetersystem und Plasmawellen-Subsystem.

Strukturdiagramm von Voyager 1 und 2 | Bildquelle: NASA/JPL

Unter den Instrumenten an Bord von Voyager 1 ist das Imaging Science System für die Aufnahme von Bildern zuständig. Es wiegt 38,2 Kilogramm und umfasst eine Kamera mit langer Brennweite und schmalem Sichtfeld sowie eine Kamera mit kurzer Brennweite und weitem Sichtfeld. Die in beiden verwendeten Teleskope haben Öffnungen von 17,7 cm bzw. 5,7 cm. Die Filter beider Kameras decken mehrere Bänder vom ultravioletten bis zum sichtbaren Licht ab. Durch diese Filter nimmt die Kamera monochrome Bilder auf, die Astronomen zu großartigen Farbkarten mit einer Auflösung von bis zu mehreren Kilometern pro Pixel zusammenfügen.

Nach früheren Berechnungen lagen die Startfenster für das ursprüngliche Raumschiff des „Grand Tour“-Projekts und seine späteren Nachfolger Voyager 1 und 2 beide zwischen 1976 und 1980. Am 5. September 1977 wurde Voyager 1 an Bord einer Titan IIIE-Centaur-Rakete ins All geschossen. 16 Tage zuvor (20. August 1977) war Voyager 2 bereits mit derselben Rakete gestartet. Der Start von Voyager 1 wurde vor dem Start mehrmals verschoben, was zu dieser umgekehrten Reihenfolge führte. Nach dem Entwurf von Experten für Orbitaldynamik wird Voyager 1 jedoch den Asteroidengürtel durchqueren und Jupiter und Saturn früher erreichen als Voyager 2.

Voyager 1 startet mit einer Rakete | Bildquelle: NASA

Am 10. Dezember 1977 drang Voyager 1 in den Asteroidengürtel ein. Am 19. Dezember 1977 flog Voyager 1 vor Voyager 2. Am 8. September 1978 verließ Voyager 1 den Asteroidengürtel.

Vorbeiflug am Jupitersystem

Am 6. Januar 1979 begann Voyager 1 mit der Beobachtung des Jupiters.

Ein Teil des Großen Roten Flecks des Jupiters, aufgenommen von Voyager 1 am 25. Februar 1979. Zu diesem Zeitpunkt ist Voyager 1 9,2 Millionen Kilometer von Jupiter entfernt. Die Bildauflösung erreicht 160 Kilometer. Bildquelle: NASA/JPL

Voyager 1 machte über einen Zeitraum von 28 Tagen zwischen dem 6. Januar und dem 3. Februar 1979 zahlreiche Fotos von Jupiter. Während dieser Zeit flog Voyager 1 aus einer Entfernung von 58 Millionen Kilometern bis 31 Millionen Kilometern von Jupiter weg. Später wurden die Fotos zu einem Film zusammengeschnitten.

Dieser Film besteht aus Fotos, die von Voyager 1 zwischen dem 6. Januar und dem 3. Februar 1979 aufgenommen wurden. Um die Veränderungen der Merkmale derselben Seite zu zeigen, wurden für dieses Video Fotos ausgewählt, die alle 10 Stunden (Rotationsperiode des Jupiters) aufgenommen wurden. Während dieser Zeit blieb die Position des Großen Roten Flecks des Jupiters nahezu unverändert, er rotierte jedoch mit hoher Geschwindigkeit und Wolken in unterschiedlichen Breitengraden zeigten unterschiedliche Bewegungseigenschaften. Die schwarzen Punkte im Video sind Projektionen der Jupitermonde, und die weißen Punkte sind die Jupitermonde selbst.丨Videoquelle: NASA/JPL

Am 10. Februar 1979 drang Voyager 1 in das Jupitersystem ein. Anfang März entdeckte es einen dünnen Ring um Jupiter, der weniger als 30 Kilometer dick ist. Dies war das erste Mal, dass Menschen bestätigten, dass Jupiter Ringe hat. Am 4. und 5. März 1979 entdeckte Voyager 1 die ersten beiden, die ersten vier und die ersten sechs Monde des Jupiters.

Jupiters Ringe, fotografiert von Voyager 1 | Bildquelle: NASA/JPL

Am 5. März 1979 um 12:05:26 Uhr erreichte Voyager 1 das Periapsis des Jupiters und war zu diesem Zeitpunkt etwa 280.000 Kilometer von der Wolkendecke des Jupiters entfernt. Vor und nach dem Vorbeiflug an Jupiter wurden zahlreiche qualitativ hochwertige Bilder aufgenommen, auf denen das Magnetfeld, das Schwerefeld, die Atmosphäre usw. des Jupiters erfasst wurden.

Falschfarbenbild des Großen Roten Flecks des Jupiters, synthetisiert aus Daten von Voyager 1 | Bildquelle: NASA/JPL

Nach dem Vorbeiflug an Jupiter flog Voyager 1 am selben Tag an Io (20.570 km entfernt) und Europa (733.760 km entfernt) vorbei.

Ein Foto von Jupiter, Io (links) und Europa (rechts), aufgenommen von Voyager 1 im März 1979. Bildquelle: NASA

Verglichen mit den Entfernungen, in denen Pioneer 10 und Pioneer 11 an Io vorbeiflogen (357.000 km bzw. 314.000 km), war Voyager 1 viel näher an Io (20.570 km), was es ermöglichte, viele Details auf Io zu beobachten.

Ein Bild von Io (links), das aus mehreren Bildern zusammengesetzt ist, die Voyager 1 am 5. März 1979 aus einer Höhe von 450.000 Kilometern aufgenommen hat, und ein herzförmiger Bereich, der durch zurückfallendes Material nach dem Ausbruch des Vulkans Pele entstanden ist (rechts). In der Nähe des Pele-Kraters befindet sich der Vulkan Loki. Der schwarze Riss in der Mitte des herzförmigen Bereichs ist der Krater. Der herzförmige Bereich entstand, als das nach dem Vulkanausbruch ausgeworfene Material herabfiel. Bildquelle: NASA/JPL

Voyager 1 hat den Ausbruch des Vulkans auf Io direkt fotografiert. Dies ist das erste Mal, dass Menschen einen Vulkanausbruch auf einem anderen Himmelskörper als der Erde entdeckt haben. Interessanterweise hatten Astronomen kurz vor dieser Entdeckung auf der Grundlage theoretischer Berechnungen das Vorhandensein vulkanischer Aktivitäten auf Io vorhergesagt. Untersuchungen zeigen, dass Io der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem ist. Die Vulkane darüber spucken schwefelreiches Material aus, das auf die Oberfläche fällt und so die rote, orange und gelbe Farbe der Oberfläche erzeugt.

Ein Teil von Io, aufgenommen von Voyager 1 am 4. März 1979 (links) und ein Teil von Io, aufgenommen von Voyager 1 am 5. März 1979 (rechts). Zu diesem Zeitpunkt war Voyager 1 490.000 bzw. 128.500 Kilometer von Io entfernt. Das linke Bild zeigt den Ausbruch des Rocky Mount, bei dem vulkanisches Material über 160 Kilometer hoch geschleudert wurde. Bildnachweis: NASA/JPL

Obwohl Voyager 1 in größerer Entfernung an Europa vorbeiflog als Pioneer 10 und Pioneer 11 (321/586.700 Kilometer), erzielte es dank seines hochwertigen Bildgebungssystems dennoch Bilder mit höherer Auflösung. Die aufgenommenen Bilder zeigten, dass die Oberfläche Europas von Rissen durchzogen war. Die Astronomen schlossen damals, dass diese Risse von Oberflächenbrüchen oder tektonischen Prozessen herrührten.

Europa wurde am 2. März 1979 von Voyager 1 aus einer Entfernung von 2.869.252 Millionen Kilometern fotografiert. Die dunklen Linien auf der Oberfläche sind Risse in der Oberfläche Europas. Bildquelle: NASA/JPL

Am 6. März 1979 flog Voyager 1 an Ganymed (114.710 Kilometer entfernt) und Kallisto (126.400 Kilometer entfernt) vorbei. Da die Vorbeiflugdistanz wesentlich kürzer war als bei Pioneer 10 und Pioneer 11, konnten qualitativ hochwertigere Bilder von Ganymed und Kallisto aufgenommen werden.

Eine Teilansicht von Ganymed (links), aufgenommen von Voyager 1 am 5. März 1979, und eine Teilansicht von Kallisto (rechts), aufgenommen von Voyager 1 am 6. März 1979. Als das Foto aufgenommen wurde, war Voyager 1 246.000 Kilometer von Ganymed und 200.000 Kilometer von Kallisto entfernt. Bildquelle: NASA/JPL

Obwohl Voyager 1 Jupiter etwa drei Monate lang beobachtete, konnte es Jupiters Magnetfeld und Strahlung nur 48 Stunden vor und nach Erreichen seines Perigäums erfassen. Detaillierte Beobachtungen der Ringe und Satelliten des Jupiters dauerten nur wenige Tage. Während dieser Zeit entdeckte Voyager 1 acht Satelliten des Jupiters.

Während mehrmonatiger Bildbeobachtungen und mehrtägiger genauer Beobachtungen sammelte Voyager 1 zahlreiche Daten über das Jupitersystem, die den Planetenforschern eine wichtige Grundlage für die weitere Erforschung des Jupitersystems lieferten.

Vorbeiflug am Saturnsystem

Am 9. April 1979 schloss Voyager 1 seine Bahnkorrektur ab und flog in Richtung Saturn. Um einen Aufprall auf Titan zu vermeiden, nahm sie am 10. Oktober 1979 eine weitere Bahnkorrektur vor. Am 22. August 1980 begann Voyager 1 mit der Beobachtung des Saturn.

Am 12. November 1980 trat Voyager 1 in das Saturnsystem ein und flog am selben Tag an Titan vorbei. Die geringste Entfernung zur Oberfläche von Titan betrug nur 3.915 Kilometer, also 1/90 der Entfernung, die Pioneer 11 beim Vorbeiflug an Titan zurücklegte (362.962 Kilometer).

Titan wurde am 12. November 1980 von Voyager 1 aus einer Entfernung von 435.000 Kilometern fotografiert. Auf der Spitze von Titan liegt dichter Nebel. Bildnachweis: NASA/JPL

Daten, die vom Spektrometer von Voyager 1 erhalten wurden, zeigen, dass die Atmosphäre des Titan Methan, Ethan, eine Vielzahl anderer organischer Verbindungen und große Mengen Stickstoff enthält. Der dichte organische Dunst in der Atmosphäre des Titan lässt die von Voyager 1 aufgenommenen Bilder jedoch ohne erkennbare Merkmale erscheinen.

Aus den Radiookkultationsdaten von Voyager 1 schlossen die Astronomen, dass Titan einen Durchmesser von 5.152 Kilometern, eine Oberflächentemperatur von etwa 94 K und einen Luftdruck von 1,47 Bar hat (1 Bar = 100.000 Pascal, und der Standardluftdruck auf der Erde beträgt 1,01325 Bar). Seine Daten deuten außerdem darauf hin, dass Titan eine dichte Atmosphäre besitzt und sich auf seiner Oberfläche möglicherweise flüssiges Material befindet.

Am 12. November 1980 flog Voyager 1 an Tethys vorbei (415.670 Kilometer entfernt). Am selben Tag erreichte Voyager 1 um 23:46:30 Uhr Saturns Periapsis (den Punkt, der dem Gravitationszentrum des zentralen Himmelskörpers am nächsten liegt) und war zu diesem Zeitpunkt 126.000 Kilometer von der Wolkendecke des Saturns entfernt.

Die Ringe des Saturn wurden am 13. November 1980 von Voyager 1 fotografiert, als die Sonde 1,5 Millionen Kilometer vom Saturn entfernt war. Bildnachweis: NASA/JPL

Am 13. November 1980 flog Voyager 1 am selben Tag an Mimas (88.440 km entfernt), Enceladus (202.040 km entfernt), Rhea (73.980 km entfernt) und Titan (880.440 km entfernt) vorbei.

Am 12. November 1980 machte Voyager 2 ein Foto von Mimas (links, in einer Entfernung von 425.000 Kilometern) und Tethys (rechts, in einer Entfernung von 1,2 Millionen Kilometern). Der Krater Herschel, direkt oberhalb und rechts von Mimas, und Ithaca Chasma, direkt über Tethys, sind auf diesen Bildern deutlich zu erkennen. Bildnachweis: NASA/JPL

Am 12. November 1980 machte Voyager 2 ein Foto von Dione (links, in einer Entfernung von 240.000 Kilometern) und Rhea (rechts, in einer Entfernung von 73.000 Kilometern). Die zahlreichen Krater auf ihrer Oberfläche sind deutlich zu erkennen. Bildquelle: NASA/JPL

Am 14. November 1980 endete die Beobachtungsmission von Voyager 1 des Saturnsystems. Während seines Vorbeiflugs am Saturnsystem beobachtete Voyager 1 die chemische Zusammensetzung der oberen Atmosphäre des Saturn, die komplexe Struktur der Saturnringe, die Polarlichter des Saturn, Titan und mehrere andere zuvor bestätigte Satelliten und entdeckte fünf neue Satelliten des Saturn und den G-Ring des Saturn.

Die Ringe des Saturn wurden am 16. November 1980 von Voyager 1 fotografiert, als die Sonde 5,3 Millionen Kilometer vom Saturn entfernt war. Sonnenlicht wirft Schatten auf die Ringe des Saturn. Bildquelle: NASA/JPL

Als Voyager 1 nahe an Titan vorbeiflog, führte die Schwerkraft Titans dazu, dass die Sonde den Südpol des Saturn passierte und sich von der Ekliptikebene wegbewegte (die Umlaufbahn der Erde ist die Ekliptik, und die Umlaufbahnen anderer Planeten im Sonnensystem um die Sonne sind im Wesentlichen koplanar mit der Ekliptikebene) und sich dann vom Sonnensystem wegbewegte.

Ein Familienporträt des Sonnensystems und des „blassen blauen Punkts“

Am 14. Februar 1990 war Voyager 1, die mehr als 12 Jahre lang durch das leere Sonnensystem getrieben war, etwa 6 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Zu diesem Zeitpunkt befindet er sich 32 Grad über der Ekliptikebene und eignet sich daher zum Fotografieren mehrerer großer Planeten im Sonnensystem. Das Voyager-Team gab die Anweisung, es auf die Sonne auszurichten, und machte 60 Bilder, die ein Familienporträt des Sonnensystems ergaben. Um eine Überbelichtung durch die Sonne zu vermeiden, wurde jedes Foto nur 0,005 Sekunden lang belichtet.

Dieses Familienporträt zeigt Jupiter, Erde, Venus, Saturn, Uranus und Neptun des Sonnensystems. Merkur ist der Sonne zu nahe, um identifiziert zu werden. Aufgrund seiner damaligen Position erschien der Mars aus der Perspektive von Voyager 1 nur als sichelförmiges Objekt und konnte daher nicht identifiziert werden.

Ein Familienporträt des Sonnensystems, aufgenommen von Voyager 1 am 14. Februar 1990. Von links nach rechts: Jupiter, Erde, Venus, Saturn, Uranus und Neptun. Bildquelle: NASA/JPL

Das berühmteste Bild in diesem Familienporträt ist das Bild der Erde. Auf dem Foto der Erde ist der Planet nur ein winziger heller Punkt von 0,12 Pixeln, der von den bunten Lichtbändern, die durch das von der Kamera reflektierte Sonnenlicht entstehen, fast übertönt wird.

Dieses Bild der Erde wurde am 14. Februar 1990 von Voyager 1 aufgenommen. Der blasse Punkt im hellen rötlichen Band ganz rechts im Bild ist unsere Erde. Bildnachweis: NASA/JPL

Dieses Foto regte Carl Sagan (1934-1996), einen berühmten Astronomen, Astrobiologen, populärwissenschaftlichen Autor und Science-Fiction-Autor, zum Nachdenken an. Er nannte die Erde auf dem Bild „Pale Blue Dot“ und veröffentlichte 1994 das Buch „Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space“.

In dem Buch sagte Sagan emotional: „Denken Sie noch einmal an diesen Punkt. Das ist hier, das ist Zuhause, das sind wir. Auf diesem Punkt hat jeder, den Sie lieben, jeder, den Sie kennen, jeder, von dem Sie je gehört haben, jeder, egal wer er ist, sein Leben gelebt.“ Manche sagen, Astronomie mache demütig und charakterbildend. Vielleicht zeigt nichts die Torheit menschlicher Arroganz besser als dieses entfernte Foto unserer winzigen Welt. Für mich unterstreicht dieses Foto unsere Verantwortung: freundlicher miteinander umzugehen, diesen blassen blauen Punkt – die einzige Heimat, die wir kennen – zu schützen und zu schätzen. [Anmerkung 1]

Die Verbindung dieses von Voyager 1 aufgenommenen Bildes und des von Sagan verfassten Buches brachte der Erde den Spitznamen „Pale Blue Dot“ ein. Dieser Name verbreitete sich schnell und durchbrach den Kreis. Er wurde zu einem der wichtigsten Einstiegspunkte für die Menschheit, um über die Erde und das Universum nachzudenken.

Flug jenseits des Sonnensystems

Nachdem die Astronomen ihre Erkundung der äußeren Planetensysteme abgeschlossen hatten, starteten sie 1989 die Voyager Interstellar Mission (VIM) für die Voyager. Zu diesem Zeitpunkt war Voyager 1 40 Astronomische Einheiten (1 Astronomische Einheit sind 149,6 Millionen Kilometer) von der Erde entfernt.

VIM erkennt hauptsächlich Phänomene im Zusammenhang mit dem Sonnenwind. VIM ist in drei Phasen unterteilt: Erkennen des Termination Shocks, Erkennen der Heliosheath und Erkennen des interstellaren Raums.

Die Heliosphäre ist eine riesige Blase, die durch den von der Sonne ausgestrahlten Sonnenwind um die Sonne herum gebildet wird (der hellgraue Bereich im Bild unten). Seine Grenze zum interstellaren Raum ist die Heliopause, wo die Sonnenwindpartikel anhalten. Wenn der Sonnenwind den Bereich nahe der Spitze der Heliosphäre erreicht, kommt er mit dem interstellaren Medium in Kontakt und wird durch das interstellare Medium behindert, wodurch eine Terminationsstoßwelle entsteht. Dieser Bereich wird als „Termination Shock Zone“ bezeichnet.

An einem Ende der Sonnenbewegungsrichtung hat der Bereich zwischen der Termination Shock Zone und der Heliopause die Form einer Schwertscheide und wird daher als „Heliosphärenscheide“ bezeichnet.

Schematische Darstellung der Heliosphäre, der Termination Shock, der Heliosphärenhülle, der Heliopause und des Bugstoßes.丨Bildquelle: NASA/Goddard/Walt Feimer; Übersetzung: Wang Shanqin

Wenn man sich von der Sonne wegbewegt, also von innen nach außen, sind dies die Termination Shock-Region, die Heliosphärenhülle und die Heliopause. Die Oberseite der Heliosphäre prallt auf das interstellare Medium und bildet eine Bugstoßwelle. Nach der Definition einiger Astronomen liegt jenseits der Heliopause der interstellare Raum.

Am 17. Februar 1998 überholte Voyager 1 Pioneer 10 und war zu diesem Zeitpunkt etwa 69,419 AE (etwa 10,41 Milliarden Kilometer) von der Erde entfernt. Seitdem ist es das am weitesten von der Sonne entfernte Raumfahrzeug.

Am 17. Dezember 2004 durchquerte Voyager 1 die Termination Shock Region und trat in die Heliosphärenhülle ein. Im Juni 2012 entdeckten Astronomen, dass die Zahl der hochenergetischen Teilchen, die Voyager 1 aus dem interstellaren Raum empfing, dramatisch zunahm, und schlussfolgerten daraus, dass die Sonde kurz davor stand, die Heliopause zu passieren.

Am 25. August 2012 passierte Voyager 1 die Heliopause in einer Entfernung von 121 Astronomischen Einheiten (etwa 18,15 Milliarden Kilometer) von der Erde. Nach der Definition einiger Astronomen war Voyager 1 an diesem Tag das erste Raumschiff überhaupt, das den interstellaren Raum betrat. [Anmerkung 2]

Um die Ankunft von Voyager 1 im interstellaren Raum zu feiern, haben Astronomen am 21. Februar 2013 mithilfe des Very Long Baseline Array (VLBA) dieses Radiobild von Voyager 1 aufgenommen.

Ein Radiobild von Voyager 1, aufgenommen vom Very Long Baseline Array (VLBA) am 21. Februar 2013. Bildnachweis: NRAO/AUI/NSF

Am 18. Februar 2023 betrug die Entfernung von Voyager 1 von der Sonne 159,1 AE (ungefähr 23,801 Milliarden Kilometer) [Anmerkung 3]. Jetzt hat seine Geschwindigkeit relativ zur Sonne 17 Kilometer pro Sekunde (3,57 astronomische Einheiten pro Jahr) erreicht und übertrifft damit die dritte kosmische Geschwindigkeit an seinem Standort (die Geschwindigkeit, mit der er der Schwerkraft der Sonne entkommt und das Sonnensystem verlässt) bei weitem. Daher wird er sich weiter von der Sonne entfernen und weiter in Richtung des Zentrums der Milchstraße bewegen. Es kann auch aus der Milchstraße herausfliegen und im Universum außerhalb der Milchstraße umherwandern.

Goldene Schallplatte für Aliens

Um möglichen Außerirdischen die Möglichkeit zu geben, mehr über die Erde zu erfahren, platzierten Astronomen auf Voyager 1 und 2 eine vergoldete Kupferscheibe mit einem Durchmesser von 30 cm (12 Zoll), die den Standort der Erde und Informationen über die Menschheit aufzeichnet. Bei diesen beiden vergoldeten Kupferplatten handelt es sich um die berühmten „Goldenen Schallplatten“.

Die Goldene Schallplatte auf Voyager 1 | Bildquelle: NASA/JPL

Die goldene Schallplatte enthält Grüße in 55 Sprachen (darunter Mandarin, Kantonesisch, Minnan-Dialekt und Wu-Dialekt), 35 Geräusche des Lebens auf der Erde, 90 Minuten „Stimmen der Erde“ (darunter die Geräusche von Walen, weinenden Babys, an die Küste schlagenden Wellen und 27 weltberühmte Lieder der Erde, darunter das chinesische Guqin-Stück „Flowing Water“ und Mozarts „Die Zauberflöte“); 115 Fotos (darunter menschliche Mathematik, Physik, das Sonnensystem und die Planeten darin, Tiere, Pflanzen, DNA, menschliche Anatomie und Fortpflanzung auf der Erde, Topografie und Landschaft einiger Gebiete der Erde, Essen, Architektur, menschliches Alltagsleben usw.) und aufgezeichnete Grüße einiger Politiker aus dieser Zeit.

Die Bedeutung der Informationen auf der Golden Record | Bildquelle: NASA/JPL

Das Sonnensystem und die 15 Linien in der unteren linken Ecke des Plattencovers sowie die hantelförmige Figur in der unteren rechten Ecke sind dieselben wie die Typenschilder von Pioneer 10 und 11. Ihre Bedeutung wurde im Einführungsartikel zu Pioneer 10 („Pionier bei der Erforschung der Grenzen des Sonnensystems: Pioneer 10 – Planetentour“) erläutert und wird hier daher nicht wiederholt.

In der oberen linken Ecke des Plattencovers befindet sich die Zeichnung einer Schallplatte und einer Nadel. Die Binärsymbole darum stellen die Zeit dar, die die Schallplatte für eine Umdrehung benötigt. Daraus lässt sich errechnen, dass die Zeit, die die Schallplatte für eine Umdrehung benötigt, 3,6 Sekunden beträgt. Unter dem großen Kreis befindet sich eine Seitenansicht der Schallplatte und der Nadel, die zeigt, dass das Abspielen der Schallplatte etwa 1 Stunde dauert.

In der oberen rechten Ecke des Albumcovers werden die Wellenform des Bildsignals, das Binärsymbol der Scanzeit (8 Millisekunden) und die Methode zum Zeichnen der geraden Linien angezeigt, aus denen das Bild besteht. Die untere Zeile zeigt, dass dieses Bild bei korrekter Dekodierung ein Kreis ist.

Große Erfolge und große Opfer

Obwohl Voyager 1 nicht die erste Sonde war, die die Systeme von Jupiter und Saturn näher erforschte, gelangen ihr bessere Bilder dieser beiden Systemmitglieder als Pioneer 10 und 11. Darüber hinaus entdeckte sie Vulkanausbrüche auf Io, entdeckte die Ringe des Jupiters, entdeckte 8 neue Jupitermonde, flog nahe an Titan vorbei, entdeckte den G-Ring des Saturns, entdeckte 5 neue Saturnmonde und so weiter. Seine Beobachtungen der Jupiter- und Saturnsysteme haben das Verständnis der Menschheit für die physikalischen, chemischen und sogar biologischen Eigenschaften dieser beiden Gasriesen sowie ihrer Satelliten und Ringe weiter vertieft.

Ein „Familienporträt“ von Jupiter (oben rechts), Io (oben links), Europa (Mitte), Ganymed (unten links) und Kallisto (unten rechts), aufgenommen von Voyager 1. Diese Bilder stammen nicht aus demselben Foto, sondern sind aus mehreren Fotos zusammengesetzt. Ihre Größen sind in der Abbildung nicht maßstabsgetreu. Bildquelle: NASA

Die Bedeutung des Fotos der Erde („Pale Blue Dot“), das Voyager 1 während ihrer langen Reise aufgenommen hat, geht über den Rahmen der Astronomie hinaus: Nachdem Sagans mitreißender Ausdruck weit verbreitet war, wurde dieses Bild des „Pale Blue Dot“ zu einem der wichtigsten Ausgangspunkte für menschliches philosophisches Denken über das Universum, die Erde und den Menschen selbst. Es ermöglichte den Menschen ein direktes Verständnis für die Kleinheit, Einsamkeit, Zerbrechlichkeit und Kostbarkeit der Erde und ermöglichte ihnen auch eine intuitive Erfahrung der Unermesslichkeit des Universums.

Darüber hinaus ist Voyager 1 das erste von Menschenhand geschaffene Objekt, das das Sonnensystem verlässt. Es handelt sich außerdem um den von Menschenhand geschaffenen Himmelskörper, der bisher am weitesten von der Erde entfernt war. Aufgrund seiner enormen Geschwindigkeit kann kein anderer bisher ins All geschossener künstlicher Himmelskörper seinen Entfernungsrekord brechen.

Trotz all seiner Erfolge hatte Voyager 1 seinen Preis. Da er Titan aus nächster Nähe erkundete, wurde seine Umlaufbahn durch die Schwerkraft des Titans erheblich verändert, sodass er nach dem Vorbeiflug an Saturn nicht mehr in Richtung Uranus und Neptun fliegen konnte. Dies war von Anfang an der Plan.

Damals schmiedete das Voyager-Team sogar einen Plan: Sollte es Voyager 1 nicht gelingen, Titan zu erkunden, sollte Voyager 2 die Mission von Voyager 1 wiederholen. Wir sollten dankbar sein, dass Voyager 1 die Erkundung von Titan erfolgreich abgeschlossen hat, sodass Voyager 2 anschließend ihre Mission zur Erkundung von Uranus und Neptun durchführen und so im Wesentlichen den zuvor ehrgeizigen Plan einer „Planetentour“ verwirklichen konnte. Mit anderen Worten: Dass Voyager 2 das Kunststück einer „Planetentour“ vollbringen konnte, verdankt es dem Opfer und der Leistung von Voyager 1.

Hinweise

[Anmerkung 1] Originaltext: „Denken Sie noch einmal an diesen Punkt. Er ist hier, er ist unsere Heimat, er sind wir. Auf ihm haben Sie alle geliebt, alle, die Sie kennen, alle, von denen Sie je gehört haben, alle Menschen, die je gelebt haben. Es heißt, Astronomie sei eine demütigende und charakterbildende Erfahrung. Es gibt wohl keinen besseren Beweis für die Torheit menschlicher Einbildungen als dieses ferne Bild unserer winzigen Welt. Für mich unterstreicht es unsere Verantwortung, freundlicher miteinander umzugehen und den blassen blauen Punkt, die einzige Heimat, die wir je gekannt haben, zu bewahren und zu schätzen.“ Leser, die sich für weitere Passagen interessieren, können den folgenden Link eingeben:
https://www.goodreads.com/quotes/337712-from-this-distant-vantage-point-the-earth-might-not-seem.

[Anmerkung 2] Astronomen diskutieren über die Grenze des interstellaren Raums. Einige Astronomen glauben, dass die Heliopause nicht die Grenze zwischen dem Sonnensystem und dem interstellaren Raum ist. Dies liegt daran, dass Astronomen davon ausgehen, dass eine große Zahl kleiner Himmelskörper in größerer Entfernung um die Sonne kreist und dass der Bereich, den sie bilden, als „Oortsche Wolke“ bezeichnet wird. Wenn der äußere Rand der Oortschen Wolke als Grenze des Sonnensystems betrachtet wird, dann müsste Voyager 1 fast 30.000 Jahre fliegen, bevor es die Grenze des Sonnensystems verlassen und in den interstellaren Raum eintreten kann.

[Anmerkung 3] Echtzeit-Updates zur Entfernung zwischen Voyager 1 (und Voyager 2) und andere Informationen finden Sie unter:

https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/

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