Пола века лета свемирске летелице Војаџер: Двадесет пет милијарди километара далеко од куће štampaj

Пола века је прошло откако су са Земље лансиране две свемирске сонде намењене истраживању дубоког свемира – „Војаџер 1“ и „Војаџер 2“. „Војаџер 1“ је тренутно од Земље најудаљенији објекат људског порекла. Налази се на око 25 милијарди километара далеко од куће. Радио-веза с њим се и даље одржава.

Мисије два „Војаџера“ су сличне, али не и сасвим идентичне.

Помало парадоксално, „Војаџер 2“ лансиран је први, 20. августа 1977, док је „Војаџер 1“ у космос кренуо две недеље касније, 5. септембра. Примарни задатак био им је изучавање до тада слабо познатог дела Сунчевог система иза Марсове орбите и астероидног појаса, а секундарни да, након тога, „ако претекну“, пошаљу прве податке из међузвезданог простора.

У време њиховог лансирања положај планета био је изузетно повољан. Оба „Војаџера“ прво су посетила Јупитер и Сатурн, користећи њихово гравитационо поље као „праћку“ која ће их усмерити и убрзати ка наредном циљу. У случају „Војаџера 1“ научници су могли да бирају: или да после Јупитера и Сатурна посете Титан, егзотичан Сатурнов сателит са густом атмосфером сачињеном од азота и метана, или да се отисну на много дужи и неизвеснији пут до Плутона.

С обзиром да је друга мета била неупоредиво удаљенија, самим тим и ризичнија, „Војаџер 1“ је изблиза осмотрио Титан, а затим се запутио ка граници Сунчевог система.

„Војаџер 2“ имао је значајно садржајнију примарну мисију: после Сатурна, пролетео је поред Урана и Нептуна, што је подухват који до данас није поновљен.

На крају свих маневара, брзина „Војаџера 2“ (15 km/s) била је нешто мања од брзине „Војаџера 1“ (17 km/s) тако да је „Војаџер 1“, иако касније лансиран, одавно био предодређен да до границе Сунчевог система стигне пре свог брата близанца.

Постоје још три летелице које ће у одређеном тренутку напустити границе Сунчевог система. Две су старијег датума („Пионир 10“ и „Пионир 11“, сонде лансиране 1972. и 1973) док је трећа много савременија („Нови хоризонти“, 2006). Прве две су одавно престале да функционишу тако да се о њиховом тачном положају мало зна. Али све три имају мању брзину од „Војаџера“ и верује се да се још увек налазе унутар Сунчевог система. Њихове брзине лета нешто су мање, тако да не постоји никаква шанса да ће било која од ове три сонде у будућности достићи, камоли престићи „Војаџер 1“. 

Војаџерове слике

Дуг је списак открића до којих смо дошли захваљујући „Војаџерима“. Добили смо снимке Јупитера, Сатурна, Урана и Нептуна до тада невиђене оштрине, са обиљем детаља и богатим колоритом.

Сазнали смо да сви ови гасовити џинови и поред ниске температуре имају врло турбулентну, динамичну атмосферу препуну олуја и вртлога. Изблиза је снимљена мутна, наранџаста атмосфера Титана, Сатурновог сателита, јединог познатог месеца који има атмосферу, можда и гушћу од наше, и једино познато небеско тело које има реке течности на својој површини, мора и језера.

Добили смо и импресивне снимке Јупитерове „црвене мрље“ и Нептунове (данас непостојеће) „тамне мрље“.

Детектовани су Јупитерови прстенови и утврђене фине деформације прстенова који окружују Сатурн под дејством минијатурних сателита који обитавају у њима.

Захваљујући „Војџеру 2“ добили смо до сада једине јасне снимке Урана и Нептуна и неколико њихових сателита, утврдили да је Уран најхладнија планета а да на Нептуну дувају најјачи ветрови у Сунчевом систему (преко 2.000 km/h).

Мисије након „Војаџера“ само су потврдиле хипотезу да се испод дебелог леда Еуропе, једног од четири највећа Јупитерова сателита, налази океан текуће воде у коме, сва је прилика, постоје елементарни услови за настанак живота.

Бледа плава тачка

У фебруару 1990. године „Војаџер 1“ је са растојања од 3,7 милијарди километара направио једну од најчувенијих космичких фотографија свих времена, данас познату под именом „бледа плава тачка“.

Иако је сонда већ увелико напуштала Сунчев систем, Карл Саган је убедио контролу лета да још једном камере са летелице окрене ка Земљи. На снимку који је настао види се Земља која је читава стала у један плавичасти пиксел, скоро изгубљен у Сунчевом сјају.

Сви људи који су икад живели на Земљи провели су своје време на тој једва видљивој трунчици материје, ето толико смо велики и (бе)значајни у космичким размерама. Али то нас опет не спречава да и даље ратујемо, да се убијамо и мрзимо, баш као и пре.

Светлосни дан од куће

Оно што заиста фасцинира је чињеница да са оба „Војаџера“, и поред тога што су лансирани пре скоро 50 година, и даље одржавамо комуникацију, да летелице одговарају на команде са Земље и да инструменти на њима и даље обављају научна мерења.

Далеко од тога да све функционише као првог дана – како су извори енергије слабили, тако су и инструменти на сондама сукцесивно гашени. Прво су искључене камере а затим инфрацрвени и ултравиолетни спектрометри, детектори космичког зрачења...

Било је и отказа, непланираних прекида у комуникацији, шума у подацима, проблема са компјутерима, све оно што би се и очекивало од уређаја који су у дубоком космосу, на температурама блиским апсолутној нули, провели читаве деценије. На „Војаџеру 1“, уз радио-трансмитер, тренутно функционишу још само два инструмента: магнетометар и детектор плазме.

Након 2035. године, летелица ће се и теоријски наћи изван досега земаљске „Дубоке свемирске мреже“, кластера радио антена пречника 70 метара распоређених у неколико земаља, које НАСА користи за комуникацију са најудаљенијим космичким сондама. „Војаџер 1“ наставиће да се креће даље по инерцији, али ми то више нећемо моћи да пратимо.

У овом тренутку „Војаџер 1“ налази се на растојању од око 170 астрономских јединица од Земље. Једна астрономска јединица (AU) одговара растојању Земље од Сунца (150 милиона километара). Лако се може израчунати да је „Војаџер 1“ тренутно 25 милијарди километара далеко од куће.

Радио сигналима послатим ка сонди потребно је преко 23 часа да превале овај пут крећући се брзином светлости. У новембру ће ово растојање достићи један светлосни дан, што значи да ће бити потребна два дана само да упутите команду ка сонди и добијете одговор са ње.

Ово је импозантно растојање у земаљским размерама, али је још увек мало када су гигантске космичке димензије у питању (просечно растојање између најближих звезда мери се светлосним годинама, док је пречник Млечног пута стотинама хиљада пута већи).

Право је чудо, заправо, да је комуникације на таквим растојањима и даље могућа. Оно што ми, заправо, ослушкујемо са „Војаџера“ равно је покушају да у Београду чујете лет једне бубамаре у Новом Саду.

Снага радио сигнала који емитује „Војаџер“ и својом антеном од 3,7 метара усмерава ка Земљи не прелази 20 вати (што одговара једној слабијој сијалици). Снага сигнала који стигне на Земљу не прелази милионити део једног милијардитог дела вата. Чињеница да смо из те свемирске „какофоније“ и даље у стању да исфилтрирамо једва чујну корисну информацију истински је симбол технолошког напретка човечанства у последњих пола века.

Тишина дубоког свемира

Оба „Војаџера“ налазе се изван „хелиосфере“, зоне којом доминира Сунчев ветар, али на њихово кретање и даље највећи утицај има гравитационо поље Сунца. И поред импозантне даљине, гледано са „Војаџера“, Сунце је и даље далеко најсјајнија звезда, неколико хиљада пута сјајнија од било које звезде коју за Земље видимо на ноћном небу.

Путовање је самотно – да се којим случајем сада налазите на „Војаџеру“, изгледало би вам као да стојите у месту – не постоје оближњи објекти чије би привидно померање указало на чињеницу да се крећете. Простор је скоро потпуно празан – кубни центиметар међузвезданог простора садржи мање од једног атома водоника и микроскопски ситне честице космичке прашине.

Једино што се може детектовати је магнетно поље и космичко зрачење, али су техничке могућности „Војаџера“ да све то прецизно измери сада веома ограничене.   

И поред тога, успех „Војаџера“ је фасцинантан – не постоји ништа дуговечније што је човек направио и лансирао у космос. Једино је „Лагеос-1“, лансиран 1976. године, старији и још увек у функцији.

Али ово поређење је, заправо, беспредметно – „Лагеос“ и није летелица у правом смислу речи: ради се о ласерском огледалу које кружи око Земље и служи као пасиван циљ за калибрацију разноразних земаљских инструмената. Далеко је то од сложености коју имају „Војаџери“, истинске научне станице намењене истраживању дубоког свемира.     

Атомски број 94

Зашто су „Војаџери“ тако дуговечни? Како је, уопште, могуће да нека машина са собом понесе довољно енергије за више од пола века непрекидног функционисања? Тајна је нуклеарној енергији, али не оној која се доминантно добија из уранијума, већ из плутонијума (Pu).

Плутонијум има атомски број 94, два већи од уранијума (између њих је нептунијум са бројем 93). Захваљујући дуговечном изотопу Pu-244, који има време полураспада од преко 80 милиона година, плутонијум је најтежи хемијски елемент који се, додуше у траговима, још увек може пронаћи у природи. За техничку примену, међутим, најзначајнија су два радиоактивна изотопа која се добијају вештачким путем: Pu-239 и Pu-238.

Изотоп Pu-239 производи се од урана U-238, дугом и компликованог прерадом искоришћеног нуклеарног горива и има врхунски стратешки значај с обзиром да је реч о фисионом материјалу који, баш као и уран, има двоструку намену: као погонски материјал у нуклеарним електранама и као атомски експлозив. Потребно је око 10 килограма плутонијума за бомбу од 80 килотона.

Технологија добијања и обраде плутонијума Pu-239 развијена је током Другог светског рата у најстрожој тајности америчког пројекта „Менхетн“. Упоредо са технологијом прераде развијане су и безбедносне мере како би руковање овом опасном материјом било безбедније.

Многа сазнања о дејству плутонијума на жива бића сакупљена су на крајње неморалан начин, убризгавањем леталних доза животињама и пацијентима у терминалним фазама хроничних болести, често и без њиховог знања.

Да ствар буде још апсурднија, највећа доза радиоактивног материјала која је икада неком дата у експерименталне сврхе убризгана је човеку који се јавио као добровољац, јер су му дијагностиковали „терминални канцер“. Накнадно се испоставило да је дијагноза била погрешна и да никаквог озбиљног обољења ту није било, али је радијација оставила трајне последице тако да је несрећни волонтер умро две деценије касније од срчаних проблема.

Плутонијум у бомби

Прва експериментална атомска бомба („Тринити“), детонирана у Њу Мексику 16. јула 1945. године, имала је језгро од 6 килограма плутонијума Pu-239 и снагу од око 20 килотона.

Разорну моћ плутонијума трагично су искусили становници Нагасакија 9. августа 1945. године, када је бомба идентичне конструкције („Дебељко“) усмртила преко 70.000 људи. Тек када је Јапан капитулирао, Америка је обелоданила постојање плутонијума као новог хемијског елемента.

Током наредних деценија у бројним нуклеарним пробама (које данас изводи само Северна Кореја), неколико тона високо радиоактивног плутонијума расуто је у атмосферу. У питању је супстанца која је високо токсична, а леталне дозе мере се милиграмима.

Према задњим валидним подацима од пре десетак година укупна количина плутонијума у 35 земаља света износила је око 1.850 тона, од чега се 150 тона налазило у војном, а остатак у цивилном сектору. Највећи део плутонијума (око 70%) налази се заробљен у искоришћеном (тзв. „озраченом“) нуклеарном гориву, док је мањи део „неозрачен“ и спреман за даљу употребу. С обзиром да се ради о материјалу који је потенцијално интересантан и за терористе, токови плутонијума прате се помно, баш као и токови урана.

Плутонијум у космичким моторима

Други значајан изотоп плутонијума, Pu-238, нема фисиона својства, али је зато незаменљив у космичким мисијама чије се трајање мери годинама или је упоредиво с људским веком. Реч је о радиоактивном елементу чије је време полураспада 88 година. Простим језиком, количина емитованих радиоактивних честица, самим тим и генерисана енергија, смањује се за 50% на сваких 88 година.

Током распада, Pu-238 генерише алфа-честице високе енергије које се могу лако „укротити“ (довољан је лист папира), уз релативно малу количину далеко опаснијег бета и гама-зрачења. Енергија алфа-честица трансформише се током апсорпције у топлоту која се може конвертовати у електричну енергију.

С обзиром да један килограм Pu-238 производи око 530W топлоте и да је изотоп релативно дуговечан, Pu-238 је незаменљив извор енергије када су остала конвенционална решења неупотребљива (количина топлоте ослобођена услед радиоактивног распада довољна је да плочу направљену од Pu-238 доведе до стања црвеног усијања на собној температури).

Типичан пример за то су свемирске летелице и сонде које морају да имају константан извор енергије за напајање својих компјутера и инструмената, кретање и комуникацију са Земљом. Све док се лети унутар астероидног појаса (до Марса), снага Сунца довољно је велика да напаја соларне панеле. Чак и у том региону Сунчевог система соларна енергија није идеална, јер соларне ћелије траже акумулаторе, а они временом старе уз пад ефикасности и капацитета. Уз то, панели морају да буду чисти и непрекидно окренути ка Сунцу, што није проблем за међупланетарне летелице, али јесте за сонде које се спуштају на Марс, јер соларни панели не раде ноћу, уз значајан пад ефикасности због таложења прашине током Марсових пешчаних олуја.

Када се запутите дубоко у Сунчев систем, иза астероидног појаса, до Јупитера и даље, соларни панели постају бескорисни јер интензитет Сунчеве светлости брзо опада са повећањем растојања („осунчаност“ на Нептуну је скоро хиљаду пута мања од оне на Земљи). Једино решење за поуздано напајање летелице енергијом је коришћење „радио-изотопског термо-електричног генератора“ (RTG) у чијем се топлом срцу налази плутонијум Pu-238.

Овакви генератори до сада су успешно коришћени у преко 20 космичких мисија и никад нису заказали, укључујући ту оба „Војаџера“, сонде „Касини“ (Сатурн), „Нови хорозионти“ (Плутон), „Кјуриосити“ и „Персевиранс“ (Марс). Ти генератори у себи садрже плутонијумске „таблете“ као извор енергије и често су подељени у неколико независних целина („Војаџер“ на себи има три независна RTG-а). Ефикасност конверзије топлоте у електричну енергију није претерано велика (негде око 20%), али је генератор зато конструкционо једноставан, поуздан и дуговечан у експлоатацији.

Плутонијумско срце за људе и машине

Минијатурни RTG-ови, израђени у ограниченој серији, некада су коришћени као извор енергије за срчане пејсмејкере са циљем да се њихов „ремонт“ врши што ређе, али је та пракса напуштена из економских и безбедносних разлога.

Иначе, пејсмејкер са плутонијумским погоном може да издржи и 30 година без сервисирања, што је око три пута дуже од класичних пејсмејкера са хемијском батеријом. Још увек постоје живи пацијенти са „плутонијумским срцем“ и сви се они помно прате, мање због здравља, више због потребе да се, након њихове смрти, преостали плутонијум извуче и смести на сигурно.

Због токсичности и радиоактивности плутонијума, лансирање летелица са RTG генераторима редовно је праћено протестима бројних еколошких покрета и организација с обзиром на реалну опасност да се у случају катастрофе опасни материјал распе и трајно контаминира воду и земљиште.

Уз то, производња овог изотопа изузетно је дуготрајна, компликована и енормно скупа. Иако се Pu-238 у траговима може наћи у искоришћеном нуклеарном гориву, његова екстракција је неисплатива. Уместо тога, Pu-238 се добија у специјализованим реакторима бомбардовањем језгара урана или нептунијума. Целокупне светске резерве плутонијума Pu-238 неупоредиво су мање од резерви фисионог Pu-239 и мере се (кило)грамима.

Производња овог изотопа у САД угашена је 1988. године. Након 1993. године Американци су престали да троше сопствене резерве и почели да увозе плутонијум од Руса. Тако је набављено око 17 килограма, а онда су и руске резерве пресушиле због трајног престанка производње. У једном тренутку Pu-238 се није производио ни у једној земљи на свету, као да нико није имао интерес да се бави прљавом, енормно скупом индустријом која нема војну примену, само зарад „ломатања“ по космосу.

На срећу, у једном тренутку научни интерес је превладао. НАСА и Америчко министарство енергетике обновили су производњу Pu-238 на три локације (Оук Риџ, националне лабораторије у Ајдаху и Лос Аламосу), са намером да годишња производња достигне око 1,5 килограма, што је упоредиво са просечним годишњим потребама НАСА које су за пола килограма веће. Поређења ради, RTG генератори који се налазе на тренутно активним Марсовим роверима садрже скоро 5 килограма ове драгоцене материје.

Обнова производње улива наду да ће се истраживања дубоког космоса ипак наставити. Уз сав напредак и небројене успехе космичке технике, остаје чињеница да смо свој непосредни космички комшилук, планете Уран и Нептун, из близине видели само једном, да је и са Плутоном ситуација идентична, а да о још удаљенијим објектима, свемирским „фрижидерима“ као што су Седна, Ерис и други планетоиди, у којима су конзервиране највредније тајне постања Сунчевог система, не знамо тако рећи ништа.

Границе Сунчевог ветра

Данас с поносом истичемо да су „Војаџери“ први објекти конструисани људском руком који су напустили границе Сунчевог система. Али где су, заправо, те границе? Како знамо где се налазе? Јер у космосу не постоје међе, ограде и међудржавни прелази, не постоје фиксни објекти, нити некакви „гранични каменови“ који би нам били поуздан, неспоран оријентир.

Сунчев систем најчешће визуелизујемо као прост механички систем у чијем се центру налази статично Сунце, са планетама које круже око њега по фиксираним елипсама. У стварности, читав Сунчев систем кружи око центра Млечног пута брзином од око 200 километара у секунди, што је око 7% брзине светлости. Тај пут нас води кроз облаке међузвезданог гаса и прашине, космичку „маглу“ која добрим делом испуњава крак галаксије у коме се тренутно налазимо.

Сунчев систем је, и поред тога, практично прозрачан већ милијардама година, јер је Сунчев ветар, непрекидна струја високо-енергетских наелектрисаних честица, углавном протона, које у свим правцима емитује еруптивна површина наше звезде, „раздувао“ сав међузвездани гас и прашину из наше околине, баш као што кошава прочисти ваздух изнад Београда.

Гледано са довољно велике даљине изгледа као да Сунце изнутра надувава огроман прозрачан мехур, тзв. „хелиосферу“ у којој се налазе све данас познате планете као и огроман, слабо истражени део Сунчевог система иза њих, који обитава у вечитом мраку. Хелиосфера више личи на елипсоид него на лопту, њен радијус је најмањи у правцу Сунчевог кретања кроз галаксију.

Али како се растојање од Сунца повећава, Сунчев ветар постаје све спорији – не само што га успорава Сунчева гравитација, већ и због тога што све интензивније долази у контакт са ивицом мехура, где се снага Сунчевог ветра уравнотежава са инерцијом међузвездане материје.

Тамо где се успоставља потпуна равнотежа, ту је и граница Сунчевог система, бар према садашњем научном консензусу. Да бисте то место детектовали није потребна нарочито скупа опрема, довољан је магнетометар и мерач правца и интензитета Сунчевог ветра.

Током 2003. и 2004. године „Војаџер 1“ детектовао је нагло опадање брзине честица Сунчевог ветра са „суперсоничних“ 300-700 km/s на много ниже вредности, што је био сигуран знак да је сонда ушла у зону „терминационог шока“, „пограничну зону“ наше матичне звезде где се наелектрисане честице нагомилавају, а температура и јачина магнетног поља расту.

Током наредних година, „Војаџер“ се кретао кроз усковитлани слој тзв. „хелио-љуске“ где се соларни и галактички материјал мешају и компримују, уз даље опадање брзине Соларног ветра и пораст температуре.

Догађаји почињу да се нижу много брже половином 2012. када честице из дубоког космоса, настале као плод експлозија далеких звезда, почињу својим бројем да доминирају у односу на честице које потичу са Сунца. Ова диспропорција била је кључни доказ да се „Војаџер“ заиста нашао надомак границе Сунчевог система, унутар тзв. „хелиопаузе“, зоне у којој је Соларни ветар дефинитивно заустављен међузвезданим медијумом, немоћан да и даље потискује олује и струје које долазе из галактичких дубина.

Неколико месеци резултати мерења Соларног ветра давали су противречене резултате, али су све сумње биле развејане крајем августа 2012. године када се недвосмислено показало да је „Војаџер 1“ напустио Сунчев систем на растојању од око 120 астрономских јединица (AU). „Војаџер 2“ нашао се у међузвезданом простору тек шест година касније, а његово заостајање за „Војаџером 1“ константно се повећава.

Чак Бери у дубоком свемиру

Шта чека ову невероватну летелицу у будућности? Иако лет траје већ деценијама, у космичким размерама начињен је тек први корак. Када у наредних десетак година количина енергије коју генерише плутонијумско гориво „Војаџера“ падне испод критичног нивоа, престаће свака комуникација са летелицом. „Војаџер“ ће по инерцији наставити свој лет као усамљени емисар човечанства, у нади да ће га се дочепати нека друга цивилизација и „преслушати“ музику са златне плоче коју са собом носи (Бах, Моцарт, Чак Бери и други).

Подаци са „Војаџерове“ плоче омогућавају некој интелигентној цивилизацији и да прилично прецизно лоцира нашу „катастарску парцелу“ у свемиру, а да ли је то добро или лоше, видећемо кад „срећни налазачи“ закуцају на наша врата. 

Пре тога, „Војаџер“ ће проћи кроз Ортов облак, хипотетични резервоар безбројних комета и вечитог леда преостао након формирања Сунчевог система. За многе научнике Ортов облак представља истинску границу Сунчевог система, иако има и оних који још увек сумњају у његово постојање. Процењује се да се унутрашње ивице овог облака налазе на око 2.000 AU, док се спољне налазе на преко 100.000 AU, што је око 1,5 светлосних година (илустрације ради, нама најближа звезда, Проксима Кентаури, је скоро трипут даља).

Сматра се да су судари комета пореклом из Ортовог облака са Земљом често у прошлости били фатални за живи свет, а најчешће се помиње „случај“ истребљења диносауруса од пре 65 милиона година.

До унутрашње ивице Ортовог облака „Војаџер 1“ ће путовати бар 300 година. Биће му потребно још 30.000 година да остави Ортов облак иза себе као последњи траг Сунчевог система. До прве звезде, „Глиесе 445“, биће потребно још најмање 10.000 година, а уредници овог портала тек треба да утврде ко ће писати о том епохалном догађају.

Даља предвиђања су незахвална – ако не буде неке космичке колизије која је мало вероватна, „Војаџер“ ће наставити да кружи око центра Млечног пута, ту и тамо се приближавајући понеком новом звезданом систему. За један галактички круг биће му потребно око 230 милиона година. Након тога, пред „Војаџером“ је читава вечност. А вечност је, како неко лепо рече, прилично дугачак период, нарочито при крају.