ב-25 באוגוסט 2012 הלך לעולמו ניל ארמסטרונג, האדם הראשון שדרך על הירח. זו הייתה שבת קיצית שגרתית למדי, והדיווחים על מותו של האסטרונאוט המפורסם העסיקו את כלי התקשורת בין הדיווחים על גל חום, מלחמת האזרחים בסוריה, המצב בעזה והסערה הטרופית שגבתה חיי אדם בהאיטי. איש לא הבחין שהרחק הרחק מעל האירועים הארציים האלה התרחש אירוע בקנה מידה היסטורי. בפעם הראשונה עזב עצם מעשה ידי אדם את מערכת השמש שלנו ויצא לחלל הבין-כוכבי. גם החללית עצמה לא הבחינה בכך. היא פשוט המשיכה להתרחק מהשמש במהירות של 17 קילומטר בשנייה, כ-61,000 קמ”ש, כפי שעשתה כמעט כל יום ב-35 השנים שקדמו לרגע הזה, וכפי שהיא ממשיכה לעשות מאז.
רק מאוחר יותר, ניתוח מדוקדק של הנתונים שחללית וויאג’ר 1 שיגרה לכדור הארץ הביא את המדענים לקבוע שהיא חצתה את הגבול ההיסטורי במועד הזה, שבו רשמו מכשיריה ירידה חדה בעוצמת הקרינה הקוסמית – חלקיקים טעונים שנפלטים מהשמש, ועלייה בצפיפות הפלזמה. המסקנה היתה שהחללית עברה את אחד הגבולות שמגדירים את מערכת השמש, ויצאה לחלל הבין-כוכבי. עד שהנתונים נאספו, נותחו, נבדקו שוב ושוב ופורסמו במאמרים מדעיים, וויאג’ר עצמה כבר הייתה יותר מחצי מיליארד קילומטרים משם.
באותם ימים העריכו המדענים שהפעילו את החללית ואת התאומה שלה, וויאג’ר 2, כי עד 2025 מכשיריהן יכבו סופית עקב מחסור באנרגיה, גם אם יצמצמו את פעילותם כדי לחסוך חשמל. הן אמנם ימשיכו במסען בחלל הבין-כוכבי, אבל כעצמים מתים וקפואים. אבל חלליות וויאג’ר – ובעיקר המדענים והמהנדסים שמתפעלים אותן – הביסו את כל התחזיות, התגברו ביצירתיות על תקלות רבות והצליחו לשמר את החלליות בתפקוד גם לקראת סיום 2026.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
הענן הבלתי נראה: מה קורה כשמורידים את המים?
טיפול ניסיוני בצהבת B כרונית
החורים השחורים ששקלו יותר מדי
בכך הם הצליחו להביא את וויאג’ר 1 להישג היסטורי נוסף. ב-18 בנובמבר, יותר מ-49 שנים לאחר ששוגרה, היא תגיע למרחק של יממת אור שלמה מכדור הארץ. כלומר, לאותות שהיא שולחת ומקבלת ייקח יותר מ-24 שעות להגיע ממנה ואליה, מה שאומר שהיא תהיה במרחק בלתי נתפס של 25,902,068,356 קילומטרים מכדור הארץ. לשם השוואה, זה כמעט פי ארבעה מהמרחק הממוצע שלנו מפלוטו, כוכב הלכת הננסי בשולי מערכת השמש, שמקיף את השמש במרחק ממוצע של כשבעה מיליארד קילומטרים.
הלהיט של מערכת השמש. פוסטר בסגנון עידן הדיסקו של שנות ה-70 על חללית וויאג'ר והישגיה
(מקור: NASA)
המשימה שהתחילה מלמטה
חלליות וויאג’ר קנו תהילת עולם בזכות היותן הראשונות שיצאו ממערכת השמש, אבל זו לא הייתה מטרתן המקורית. הפרויקט שיהפוך להיות וויאג’ר נולד בשנות ה-60 במעבדת JPL של סוכנות החלל של ארצות הברית, נאס”א, שעסקה בתכנון משימות פלנטריות. גארי פלנדרו (Flandro) היה תלמיד לדוקטורט במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאל-טק), שחקר הנעה רקטית.
את חופשת הקיץ של 1964 הוא בילה בהשתלמות ב-JPL, והתבקש לנסות לחשב מסלולים למשימות לכוכבי הלכת הגדולים בחלקה החיצוני של מערכת השמש: צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון. פלאנדרו הופתע לגלות שבשנות ה-80 כוכבי הלכת האלה עתידים להסתדר במסלול שמאפשר לחללית אחת לעבור ליד ארבעתם, זה אחר זה, תוך כשמונה שנים בלבד. סידור כזה של כוכבי הלכת מתרחש רק פעם ב-175 שנים, כך שזו הייתה הזדמנות נדירה לשגר חללית למסע שהוא קרא לו “הטיול הגדול” (The Grand Tour).
כדי להראות שזה אפשרי השתמש פלנדרו בחישובים של סטודנט אחר שעשה השתלמות קיץ ב-JPL שלוש שנים קודם לכן, המתמטיקאי מייקל מינוביץ’ (Minovitch). מינוביץ’ פיתח מתמטית את תמרון המקלעת הכבידתית – שימוש בכבידה של גרם שמיים כדי להאיץ או להאט חללית שעוברת לידו, ולהסיט אותה ממסלולה. הוא גם טען כי המציא את התמרון, אף שאין לכך ביסוס של ממש, והגיש תביעות משפטיות נגד אנשים שטענו אחרת.
המשימה הרזה שאושרה בסוף הפכה לציון דרך בחקר מערכת השמש החיצונית. מתווה "הטיול הגדול" של שתי חלליות וויאג'אר
(איור: NASA)
כך או כך, הדו”ח שמינוביץ’ חיבר ב-1961 מילא בסופו של דבר תפקיד מפתח בפיתוח המשימה ובהוצאתה לפועל. על פי התוכנית הזו חללית שתגיע לצדק תשתמש בכבידה שלו כדי לקבל תנופה שתביא אותה לשבתאי במהירות גבוהה, תיעזר בשבתאי באופן דומה כדי להגיע לאורנוס, ובעזרתו לטוס עד נפטון. בלי התמרון הזה המשימה לא היתה אפשרית: לטיסה ישירה בין כוכבי הלכת היה צריך לשגר חללית עצומה, עם כמויות ענקיות של דלק, ולא היו בנמצא טילים שיוכלו לבצע זאת. בנוסף, החללית לא היתה מהירה מספיק כדי לנצל את הסידור הנדיר של כוכבי הלכת, ובמקום כעשור לטיול כולו, המסע לנפטון היה לוקח לפחות 30 שנה.
הרעיון של הטיול הגדול הצית את הדמיון של מדענים רבים בתקופה שבה נאס”א נאבקה עם משימות פשוטות של מעבר רק ליד אחד מכוכבי הלכת הקרובים ביותר, נוגה או מאדים. יישומו תוך קצת יותר מעשור יהיה אתגר עצום, שידרוש בנייה ושיגור של חללית יוצאת דופן, שתוכל לתפקד יותר מעשור, כשהחלליות שיצאו עד אז מ-JPL החזיקו מעמד חודשים מספר לכל היותר. בנוסף, איש לא ידע איך להתמודד עם אתגרי הניווט והשליטה מרחוק, או אפילו אם אפשר לשלוח ולקלוט אותו רדיו מהמרחקים העצומים של אורנוס ונפטון. על פי החישובים של פלנדרו, משימה כזו חייבת לצאת לדרך סביב 1977. האפשרות לראות מקרוב בפעם הראשונה את כוכבי הלכת הענקיים, ולעשות זאת במשימת חלל אחת, לא הייתה שאיפה שהמדענים יוכלו לוותר עליה. מצד שני לדחוף קדימה משימה כזו באמצע שנות ה-60, כשנאס”א עסוקה עד מעל הראש במאמץ להקדים את הרוסים במרוץ לירח – נשמע כמו פרויקט בלתי אפשרי.
תוכנית “הטיול הגדול” החלה לקנות אחיזה בתוך JPL, טיפסה אט-אט במעלה שרשרת הפיקוד, וב-1966 החלה המעבדה לקדם אותה בתוכניות העבודה ובמאמרים מדעיים. לקח עוד שנתיים עד שנאס”א החליטה להקציב מימון ראשוני לפרויקט – לא לבניית חללית, אלא רק להקמת צוות שיתחיל לתכנן את העקרונות שלה. ב-1969 הקימה נאס”א קבוצת עבודה מדעית לדון ביעדים מחקריים בכוכבי הלכת החיצוניים של מערכת השמש. אחד מראשיה היה ג’יימס ון אלן (Van Allen), פיזיקאי שפיתח מכשירים כמעט לכל משימת חלל לא מאוישת של ארצות הברית. במשימה של הלוויין האמריקאי הראשון, אקספלורר 1, הוא גילה בעזרת מכשיריו את חגורות הקרינה שיוצר השדה המגנטי של כדור הארץ, וקרויות היום על שמו – חגורות ון אלן.
הצוות של ון אלן המליץ לפצל את הטיול הגדול לשתי משימות: חללית אחת שתחלוף ליד צדק ושבתאי, וממנו תמשיך לפלוטו, ואחרת שתחלוף ליד צדק ומשם תמשיך לאורנוס ולנפטון. העלות המשוערת של המשימות הייתה כמיליארד דולר. נשיא ארצות הברית, ריצ’רד ניקסון, הביע תמיכה בתוכנית ב-1970, והדרך למערכת השמש החיצונית נראתה סלולה. אלא שהממשל של אותו ניקסון החליט זמן קצר לאחר מכן לקצץ את תקציבה של סוכנות החלל בעקבות העלויות הגבוהות של תוכנית אפולו להנחתת בני אדם על הירח, לצד אתגרים כלכליים אחרים כמו מחיר המלחמה בווייטנאם. חלק ניכר מהתקציב שאושר לסוכנות הלך לפיתוח מעבורות החלל, הפרויקט הגדול של נאס”א אחרי הירח, ולנחתות המאדים “ויקינג”.
החללית וויאג'ר 1 עומדת לשבור שיא מדהים
(צילום: נאס"א)
התוצאה הייתה קיצוץ ניכר בטיול הגדול. בסופו של דבר אושרה ב-1972 משימה רזה יותר: שתי חלליות שיטוסו רק לצדק ולשבתאי, ואחת מהן תחלוף ליד טיטאן, ירחו הגדול והמסקרן של שבתאי. השנייה למעשה תהיה גיבוי של הראשונה, אבל תוכל עקרונית להמשיך גם לשני כוכבי הלכת החיצוניים, אם התנאים יאפשרו זאת. כדי לחסוך בעלויות, בניית החלליות לא תימסר לקבלן חיצוני. הן ייבנו ב-JPL על בסיס חלליות מרינר (Mariner), שעשו את הטיסות הראשונות סמוך לנגה ולמאדים, והעלות הצפויה הייתה 360 מיליון דולר לכל חללית.
מחשב מגוחך
במקביל למאבק על פיתוח התוכנית ועל אישור תקציבה, החלו צוותי מהנדסים ב-JPL לתכנן ולפתח את החללית עצמה. פיתוח חללית שתטוס למקומות ששום עצם מעשה ידי אדם לא ביקר בהם קודם הוא אתגר עצום, עם הרבה יותר שאלות מתשובות. הוא אפילו גדול עוד יותר כשמדובר על חללית שצריכה להחזיק מעמד לפחות עשור. השאלה הראשונה הייתה איך מספקים חשמל לחללית כזו: עד אז, רוב החלליות נעזרו בסוללות כימיות או בלוחות סולריים (או שניהם). אבל לא היו אז סוללות שיוכלו לפעול שנים רבות, והיעילות של לוחות סולריים נמוכה מאוד במרחק עצום מהשמש.
הפתרון היה פלוטוניום. כל חללית צוידה בשלושה גנרטורים גרעיניים (RTG), שהם מארזים של כדורי פלוטוניום 238 עטופים בשכבות מגן רבות ומרוכזים במתקן שמזכיר קופסת שימורים. החום שנפלט מההתפרקויות הרדיואקטיביות מתורגם להספק חשמלי – כל RTG יכול לספק 157 ואט בתחילת המשימה, ובסך הכל 470 ואט לחללית – דומה לצריכת החשמל של מקרר ביתי. כדי שהקרינה והחום לא יסכנו את מכשירי החללית, הותקן הגנרטור על מוט חיצוני שבולט ממנה.
לחלליות וויאג’ר לא תוכנן מנוע מרכזי. טיל השיגור יציב אותן במסלול לכיוון צדק, ומשם ביצוע מדויק של תמרוני הכבידה יאיץ אותן ויכוון את המשך דרכן. לכל חללית יש 16 מנועי דחף קטנים, מסודרים בזוגות. המנועים פולטים גז הידרזין (N2H4) כדי לבצע תיקוני מסלול קטנים ולסובב את החללית סביב ציריה כדי להפנות את המצלמה, האנטנות או רכיב אחר לכיוון הדרוש.
טכנולוגיה של שנות השבעים שמחזיקה מעמד עשרות שנים. תרשים טכני של חללית וויאג'ר ומכשיריה
(איור: NASA/JPL-Caltech)
כל חללית נושאת עשרה מכשירים מדעיים שנבחרו מתוך מאות הצעות. הם כוללים מצלמות, חיישני קרינה וגלאים של חלקיקים מסוגים שונים. אחד המכשירים הוא מגנטומטר, למדידת שדות מגנטיים. מכיוון שהמכשיר רגיש מאוד להפרעות, גם כאלה שמייצרים מכשירים אחרים, הוא הוצב בקצה של מוט פיברגלס מתקפל. לאחר שיגור החללית המוט נפתח בעזרת קפיצים ומחזיק את המכשיר במרחק 13 מטרים מגוף החללית. שתי בליטות נוספות מהגוף הם מוטות דקים באורך 10 מטרים כל אחד, למדידת פלזמה בחלל. רוב המכשירים, בהם המצלמה, מרוכזים על זרוע נוספת. הגוף עצמו הוא מצולע בקוטר כ-6.5 מטרים, שמכיל את המחשב, האלקטרוניקה, מכשיר הקלטה ואת רוב מנועי הדחף.
התקשורת עם החללית נעשית בגלי רדיו, בעזרת אנטנת צלחת בקוטר 3.70 שמותקנת על גג הגוף, ומכוונת לכדור הארץ. על כל פעילות החללית מנצח מחשב שפותח במקור לנחתות ויקינג, ומתכנני וויאג’ר נאלצו להשתמש בו משיקולים כלכליים. היתרון הגדול שלו יחסית למחשבים בני זמנו הוא האפשרות לתכנת אותו מרחוק, ולהכניס תיקונים ועדכונים באופן פעילותו. אף על פי שמדובר במחשב מגוחך בהשוואה לטכנולוגיות של היום, עם זיכרון של 70 קילובייט בלבד, יכולת התכנות מרחוק הוכיחה את עצמה פעם אחר פעם, ואיפשרה למהנדסי JPL להאריך את חיי החלליות מעבר לכל דמיון.
אף על פי שהחלליות נבנו על בסיס התבנית הכללית של מרינר, הוכנסו בהן לא מעט שיפורים. צוותי המדע וההנדסה נאלצו לחפש חומרים חזקים וקלים לבניית הרכיבים השונים, בלי לחרוג ממגבלות התקציב, ולמצוא פתרונות יצירתיים לאתגרים הנדסיים. בסוף 1973, אחרי שהתכנון הבסיסי וחלק מההרכבה כבר הושלמו, עברה חללית ראשונה ליד כוכב הלכת צדק, והביאה בשורות מדאיגות. החללית פיוניר 10 חלפה כ-130 אלף קילומטרים מהענק הגזי, ומדדה רמות קרינה גבוהות בהרבה ממה שהמדענים העריכו קודם לכן. גם מהמרחק הזה חלק ממערכות החללית ניזוקו קשות מהקרינה. המתכננים של וויאג’ר חזרו לשולחנות השרטוט ולסדנאות, ובילו עוד כשנה בשיפור המיגון של החללית ורכיביה מקרינה, עם כמה שפחות תוספת למשקל הכללי.
כל אחת משתי החלליות, שגודלן כמכונית, היו בעלות מסה של 815 קילוגרם בלבד בשיגור, מתוכם כ-100 קילוגרם של דלק הידרזין. הן יועדו לשיגור בטילי טיטאן 3 קנטאור, שהשלב האחרון שלו יעלה אותן על מסלול לכיוון צדק.
במשך כל תקופת ההכנה לשיגור, המשימה הכפולה כונתה פשוט “מרינר צדק שבתאי”. כשהשיגור התקרב החליטו בנאס”א שמגיע למשימה שם נפרד, וחודשים אחדים בלבד לפני השיגור הם בחרו בשם Voyager במסגרת משאל בין עובדי הסוכנות.
ממצאים חדשים
וויאג’ר 2 שוגרה ראשונה, ב-20 באוגוסט 1977, במסלול קצת איטי יותר מחברתה. היא נועדה להיות בראש ובראשונה גיבוי לוויאג’ר 1, ולהשלים את המשימה שלה – צדק, שבתאי וטיטאן – אם משהו ישתבש. אם הכל יילך כשורה, קיוו המפעילים לשלוח את וויאג’ר 2 גם לאורנוס ונפטון. וויאג’ר 1 שוגרה כשבועיים לאחר מכן, ב-5 בספטמבר, במסלול מהיר יותר לצדק. במרץ 1979, אחרי מסע של שנה וחצי בלבד, היא חלפה במרחק של כ-350 אלף קילומטר ממנו. זה היה אמנם רחוק יותר מקודמותיה, פיוניר 10 ופיוניר 11, אבל קרוב יותר מוויאג’ר 2, שחלפה ארבעה חודשים לאחר מכן במרחק של כ-580 אלף ק”מ מכוכב הלכת.
למרות המרחק הרב, שתי חלליות וויאג’ר אספו מידע רב על הענק הגזי, ואף גילו לראשונה שגם לו יש טבעות, אם כי דלילות בהרבה מאלה של שבתאי וכמעט בלתי נראות. כמו כן, הן הוסיפו מידע רב על ירחיו של צדק, וגילו שלושה ירחים קטנים נוספים. הממצא המעניין ביותר לגבי ירחי צדק היה הגילוי של הרי געש פעילים על איו, תיעוד ראשון לפעילות וולקנית מחוץ לכדור הארץ. התגלית התאפשרה בין השאר בזכות פער הזמנים הקצר בין ביקוריהן של שתי החלליות, והשוואת הצילומים שהן שלחו.
לא פחות חשוב, בזכות שימוש מושכל בכבידה החזקה של צדק, שתי החלליות הכפילו את מהירותן, כשוויאג’ר 1 מגיעה ליותר מ-78 אלף קמ”ש ביחס לשמש, והחללית התאומה רק מעט פחות מהירה. 20 חודשים בלבד אחרי המעבר ליד צדק, בנובמבר 1980, הגיעה וויאג’ר 1 למרחק של 124 אלף קילומטרים משבתאי, והייתה לחללית השנייה בהיסטוריה שהתקרבה אליו, אחרי פיוניר 11. תשעה חודשים לאחר מכן חלפה שם גם וויאג’ר 2. בין השאר הן חקרו את האטמוספרה של שבתאי וגילו ששיעור ההליום בה נמוך מכפי שציפו המדענים. כמו כן הן סיפקו מידע רב על הטמפרטורה שלה ועל מהירות הרוחות בה.
הכניסה לתמרון סמוך לשבתאי האטה את וויאג’ר 1, אבל ביציאה ממנו היא קיבלה תוספת מהירות שהביאה אותה ל-17 קילומטרים בשנייה, כ-61,000 קמ”ש. התמרון הזה גם כלל פנייה שהוציאה אותה ממישור המילקה, שעליו חגים רוב כוכבי הלכת, וכיוונה אותה למעבר היסטורי סמוך לטיטאן, הירח היחיד במערכת השמש שלנו עם אטמוספרה משמעותית. החללית צילמה אותו ממרחק 6,400 קילומטרים בלבד, ומכשיריה חקרו וניתחו את צפיפות האטמוספרה ואת הרכבה.
הממצאים של וויאג’ר 1 העלו כי האטמוספרה של טיטאן מורכבת מ-90 אחוז חנקן, ומדידות מדויקות שנמכו אותו לירח השני בגודלו במערכת השמש, לאחר שהתברר שהוא מעט קטן יותר מגנימדס, ירחו הגדול של צדק. כמעט שנה לאחר מכן חלפה וויאג’ר 2 במרחק של יותר מ-650 אלף קילומטר מטיטאן. יעברו יותר מעשרים שנות ארץ לפני שחללית נוספת, קסיני, תגיע לביקור במערכת שבתאי ב-2004, ואף תשגר נחתת קטנה לטיטאן.
נוסף על הידע הרב, המשימות הניבו צילומים מרהיבים רבים מרחבי מערכת השמש. כוכב הלכת שבתאי וטבעותיו בצילום של וויאג'ר 1
(מקור: NASA/JPL-Caltech)
טבעות, ירחים וסופות
לאחר שהשלב הראשון של המשימה הושלם בהצלחה, החליטו ב-JPL לנסות להשלים את הטיול הגדול עם וויאג’ר 2. בינואר 1986, יותר מארבע שנים לאחר מעברה ליד שבתאי, היא הייתה לחללית הראשונה שמביטה מקרוב על כוכב הלכת אורנוס (אורון) כשחלפה כ-100,000 קילומטרים ממנו. היא סיפקה צילומי תקריב ראשונים שלו, מדדה את אורך היום שלו (17:14 שעות ארץ), גילתה שיש לו שדה מגנטי וחגורות קרינה וגם מערכת טבעות, וזיהתה עשרה ירחים חדשים לנו, נוסף על החמישה שהחוקרים הכירו קודם לכן. היעף ליד אורנוס כלל גם צילום ממרחק כ-30 אלף קילומטרים בלבד של מירנדה – הפנימי והקטן מירחיו הגדולים של אורנוס, וגילוי פני השטח המוזרים שלו.
אחרי עוד שלוש וחצי שנות טיסה, באוגוסט 1989, וויאג’ר 2 הייתה לחללית הראשונה שחוקרת מקרוב את כוכב הלכת נפטון (רהב), והפעם זה היה באמת קרוב, כ-5,000 ק”מ בלבד. היא גילתה כי באטמוספרה של נפטון נושבות הרוחות החזקות ביותר במערכת השמש, וזיהתה סערות עצומות שהזכירו לחוקרים את הכתם האדום הגדול על צדק. גם בנפטון מדדה החללית את משך היממה שלו (16:07 שעות ארץ) וגילתה ירחים חדשים. היא צילמה יחסית מקרוב את הירח הגדול של נפטון, טריטון, ומצאה שיש לו אטמוספרה דלילה וגייזרים פעילים על פני השטח. בפחות מ-12 שנים השלימה וויאג’ר 2 את המסע הגדול, וגם היום היא החללית היחידה שהתקרבה לאורנוס ולנפטון.
הפתעות בכוכבי הלכת החיצוניים. צילומים של ששת הירחים הגדולים של אורנוס שהעבירה חללית וויאג'ר 2 ב-1986
(מקור: NASA / JPL-Caltech / Ted Stryk)
נקודה כחולה חיוורת
אחרי השלמת הטיול הגדול, עם המדע הרב והצילומים המרהיבים שהוא הניב, כל הישג נוסף של חלליות וויאג’ר היה רק בונוס מבחינת נאס”א. הבונוס הזה הפך בסופו של דבר לחלק המרכזי במורשת שלהן. כשהיא ממשיכה להתרחק מהשמש במהירות של 17 קילומטרים בשנייה, עקפה וויאג’ר 1 את פיוניר 10 ופיוניר 11 האיטיות יותר, והפכה בשנות ה-90 לעצם המלאכותי הרחוק ביותר מהשמש.
קצת אחרי שחצתה את מסלולו של נפטון הצליחו כמה מדענים, ובראשם האסטרופיזיקאי קרל סייגן (Sagan), לשכנע את נאס”א לסובב את החללית ולנסות לצלם את כדור הארץ ממרחק ששה מיליארד קילומטרים. הצילום לא היה בתוכנית העבודה של החללית, ולא מעט מאנשי המדע וההנדסה התנגדו לכך, מחשש שהתמרון יפגע בחללית ויגזול משאבים ממכשירים אחרים, ומכיוון שממילא לא יראו כלום בתמונה כזו. אבל סייגן ועמיתיו התעקשו, הצליחו לשכנע את מי שהיה צריך וב-14 בפברואר 1990, אחרי חימום המצלמה במשך כשלוש שעות כדי לעורר אותה מקיפאון של שנים, צילמה החללית את מערכת השמש ממרחק. באחת התמונות נראה כדור הארץ כנקודה זעירה, וסייגן העניק לה את השם “נקודה כחולה חיוורת“. הצילום הלא מתוכנן הפך לאחד הצילומים החשובים בהיסטוריה, ואחד הסמלים האיקוניים לא רק של משימת וויאג’ר אלא של חקר החלל בכלל.
אתה נמצא כאן. הצילום של כדור הארץ ממרחק ששה מיליארד קילומטרים, שהפך לאחד הסמלים של המשימה
(מקור: NASA/JPL-Caltech)
עוד לפני ששוגרו חלליות וויאג’ר השקיף סייגן על עתידן הרחוק, אולי הרבה אחרי שמכשיריהן יכבו. הוא קידם יוזמה להוסיף לחלליות מידע על האנושות, למקרה שביום מן הימים הן יגיעו לידיהן של תרבות חוצנית. לאחר שהציב לוחית מידע על חלליות פיוניר, לחלליות וויאג’ר הוצמדו תקליטי זהב עם מידע רב על כדור הארץ ותושביו – בעיקר בני האדם. על המעטפת החיצונית של התקליט מופיעות הוראות מאוירות עם הסברים בינאריים כיצד לפענח את תוכנו.
חוצנים שיצליחו לפצח את ההוראות יוכלו לצפות בתמונות מכדור הארץ, כולל מפות קוסמיות המסבירות היכן הוא נמצא, להאזין לקולות מכוכב הלכת שלנו, ובהם דברי ברכה בעשרות שפות, כולל עברית, וקטעי מוזיקה – ממוצרט ועד צ’אק ברי. הם אפילו יוכלו לקרוא ברכות מאישים חשובים, ובהם נשיא ארצות הברית בעת השיגור ג’ימי קרטר ומזכיר האו”ם דאז קורט ולדהיים.
מסר לעולמות אחרים. כיסוי תקליט הזהב עם ההוראות כיצד להפעילו, והתקנת הכיסוי על התקליט של וויאג'ר 1 לקראת שיגורה
(צילומים: NASA)
איפה עובר הגבול?
המסע של החללית אל עבר קצות מערכת השמש עורר את השאלה היכן בעצם עובר הגבול בין מערכת השמש לחלל הבין-כוכבי. מעבר למסלול של נפטון, במרחק כ-7.5 מיליארד קילומטרים מהשמש, שוכנת חגורת קויפר – אזור שלם של עצמים שמקיפים את השמש. הגדול שבהם הוא פלוטו, שבעבר הוגדר כוכב לכת והיום – כוכב לכת ננסי. יש עוד הרבה שאנו לא יודעים על האזור הזה, ומדי פעם מתגלים שם עצמים חדשים לנו. יש גם ויכוח אם מסתתר שם כוכב לכת נוסף. מה שבטוח, כל העצמים באזור הזה נמצאים בהשפעת השמש וחגים סביבה.
אזור ההשפעה של השמש מאופיין גם בחלקיקים טעונים הנפלטים ממנה במהירות עצומה, שמכונים לעיתים “רוח השמש”. מטווח מסוים והלאה החלקיקים האלה מאטים מאוד, בגלל התנגשות עם חומר או קרינה מהחלל הבין כוכבי. האזור הזה, שבו החלקיקים מאטים, מכונה “הליופאוזה” (Heliopause), אבל לא ברור מה מרחקו מהשמש. נראה גם שהמרחק הזה אינו קבוע, ומשתנה בהתאם לפעילות השמש עצמה.
כבר בשנת 2003 טענו מדענים מארצות הברית כי וויאג’ר 1 חצתה את ההליופאוזה במרחק של כ-13 מיליארד קילומטרים מהשמש, על סמך מדידות של מהירות חלקיקי רוח השמש סביבה ושל כמות הקרינה הקוסמית ממקורות אחרים. מדענים אחרים דחו את המסקנות, ומדי פעם הופיעו דיווחים חוזרים על כך שהחללית יצאה ממערכת השמש. ההחלטה הסופית התקבלה ב-2013: בעקבות ניתוח הנתונים קבעו חוקרים כי החללית עברה את ההליופאוזה באוגוסט 2012 אחרי מסע של 36 שנה, ובמרחק של 19 מיליארד קילומטרים מהשמש. מדידות החללית זיהו ירידה בולטת ברוח השמש, וגם העידו כי היא נעה דרך פלזמה – גז שבו האלקטרונים נפרדו מגרעיני האטומים – האופיינית לתווך הבין-כוכבי.
סודות מהחלל הבין-כוכבי. הדמיה של מיקום חלליות וויאג'ר מחוץ למערכת השמש אחרי שחצו את ההליופאוזה
(איור: NASA/JPL-Caltech)
האם שם אכן מסתיימת מערכת השמש? זה תלוי בהגדרה. גם גופים מרוחקים כמו ענן אורט עדיין נתונים להשפעת השמש. אל הענן הזה תגיע החללית רק בעוד כ-300 שנה, ויידרשו לה כ-30 אלף שנה לחצות אותו. אבל כיום, יותר מ-14 שנה לאחר האירוע, אין ספק שוויאג’ר 1 הייתה הראשונה שחצתה את ההליופאוזה. בנובמבר 2018 עשתה זאת גם וויאג’ר 2.
בין כוכבים
העבודה המדעית של וויאג’ר לא הסתיימה עם המעבר ממערכת השמש לחלל הבין-כוכבי. במידה מסוימת היא רק התחילה, כי שם באמת הגיעו החלליות לאזורים חדשים לגמרי מבחינתנו. שתיהן למשל גילו שיש מעין “חומת אש” במעבר דרך ההליופאוזה, אזור שהטמפרטורה בו נוסקת ל-50-30 אלף מעלות. החלליות שרדו את המעבר בטמפרטורות האלה מכיוון שאמנם מדובר בתנועת חלקיקים במהירות גבוהה מאוד, אבל צפיפות החלקיקים האלה מזערית.
מדידת השדות המגנטיים בחלל הבין-כוכבי העלתה כי הם מתיישרים לאותו כיוון של השדות המגנטיים בתוך תחום ההשפעה של השמש, מה שמצביע על קשר מורכב יותר ממה שחשבו עד כה בין מערכת השמש עצמה לסביבתה הקרובה. בנוסף חללית וויאג’ר 1 מדדה תנודות בפלזמה, מעין גלים, שגם מקורן ככל הנראה בתוך מערכת השמש. החלליות גם מדדו סוגים חדשים מבחינתנו של קרינה קוסמית, שאינה מצליחה לחדור לתחום ההשפעה של השמש. כמו כן, מדידות של וויג’אר 2 העלו כי חלקיקים מסוימים של רוח השמש ממשיכים לנוע במהירות עצומה גם בתווך הבין-כוכבי, מה שמרמז שוב כי הגבול של מערכת השמש אינו חד וברור, ואין קו חד שבו מסתיים אזור ההשפעה של הכוכב שלנו.
דרך ארוכה מאוד אל החלל הבין-כוכבי. הדמיית המסלול של חללית וויאג'ר 2
(איור: NASA)
פלא הנדסי
החלליות שהשלימו את הטיול הגדול בין כוכבי הלכת החיצוניים של מערכת השמש לפני קרוב לארבעה עשורים עשו מאז היסטוריה לא רק כעצמים המלאכותיים שהגיעו הכי רחוק, אלא גם כחלליות שפעילות הכי הרבה זמן. העובדה שהן ממשיכות לתפקד אחרי כמעט 50 שנה בסביבה הקשוחה ביותר שיש היא עדות ליכולות ההנדסיות יוצאות הדופן שהיו ב-JPL בשנות השבעים של המאה שעברה, ושעדיין יש שם היום.
עם השנים פחתה מאוד אספקת החשמל של הגנרטורים הגרעיניים, נוכח הירידה הצפויה בכמות הפלוטוניום. כדי לחסוך בחשמל ולהאריך את חיי החלליות החלו המהנדסים לכבות בהדרגה חלק מהמכשירים. המצלמה של וויאג’ר 1 כובתה לפני 36 (!) שנים, מייד אחרי צילום הנקודה הכחולה החיוורת, ושל וויאג’ר 2 אפילו כמה חודשים לפני כן. בהמשך כיבו המהנדסים עוד חיישנים וגלאים, וכיום נותרה כל אחת מהחלליות עם 3-2 מכשירים פעילים מתוך העשרה שעמן יצאו לדרך.
גם אחרי כיבוי המכשירים חוו שתי החלליות תקלות רבות בשנים האחרונות, שלא קשורות ישירות לאספקת חשמל אלא לבלאי כללי של מערכותיהן אחרי כמעט חמישה עשורים של חשיפה לקרינה, לקור קיצוני ולריק של החלל. כך למשל ב-2023 הפסיקה מערכת בקרת הטיסה של וויאג’ר 1 להעביר תשדורות על מצב החללית, ונדרשו כמה חודשים עד שמהנדסי נאס”א הצליחו להתגבר על התקלה. שנה קודם לכן נפגע התפקוד של מערכת המיקום, שאחראית לכוון את האנטנה של החללית לכדור הארץ, וגם התקלה הזו תוקנה רק לאחר עבודה מאומצת של צוותי ההנדסה והמחשוב. ב-2024 הם הצליחו להתגבר על תקלה במנועי ההכוון של החללית ולהפעיל אותם שוב, ורק בחודש שעבר התגברה החללית על תקלת תקשורת נוספת. גם וויאג’ר 2 התמודדה עם בעיות, בהן השבתת תקשורת לכמה ימים ב-2023.
מביטה על מערכת השמש מלמעלה. איור של וויאג'ר 1 צופה על מערכת השמש, 20 מיליארד קילומטרים ממרכזה
(איור: NASA, ESA, and J. Zachary and S. Redfield (Wesleyan University); Artist's Illustration Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))
שתי החלליות הוותיקות כבר ניפצו את כל התחזיות על סיום חייהן, ובנאס”א מקווים לחגוג עמן 50 שנות פעילות באוגוסט ובספטמבר 2027. אפילו בסביבה הנעימה והנוחה של כדור הארץ קשה לדמיין מכשיר כלשהו שפועל חמישה עשורים ברציפות בלי מגע יד אדם. העובדה שעשו זאת בתנאי קיצון ותוך כדי מסע של מיליארדי קילומטרים מציבה את החלליות במקום גבוה בדירוג ההצלחות ההנדסיות של האנושות.
דרך ארוכה
לא ברור כמה זמן ימשיכו חלליות וויאג’ר לתפקד, אבל מה שיפה בטיסת חלל זה שהן ימשיכו בדרכן גם לאחר שכל מערכותיהן יכבו, עד שמשהו – או מישהו – יעצור אותן. וויאג’ר 1 ממשיכה להתרחק מהשמש ב-61 אלף קמ”ש, בלי שום יעד מסוים. אם תמשיך בדרכה בלי הפרעה היא תחלוף בעוד כ-40 אלף שנה קרוב יחסית לכוכב גליזה 445, אבל עדיין תהיה במרחק של 1.6 שנות אור ממנו – הרבה יותר מהמרחק שעברה מהשמש ב-50 שנות מסעה. גם וויאג’ר 2, שטסה קצת יותר לאט, אינה מכוונת ליעד מסוים. אם שום דבר לא יעצור אותה בדרך היא תגיע למרחק של כארבע שנות אור בלבד מהכוכב סיריוס, אבל זה יקרה רק בעוד 296 אלף שנה.
ההרפתקה של חלליות וויאג’ר מעניקה לנו הזדמנות נוספת לתפוס את הגודל העצום של היקום. אחרי 50 שנות טיסה במהירות עצומה, החלליות עדיין בגבול ההשפעה של הכוכב הקטן שמסביבתו הן יצאו. אם היו מכוונות אל מערכת השמש הקרובה אלינו ביותר, אלפא קנטאורי, רק 4.25 שנות אור מאיתנו, המסע במהירות הזו היה לוקח כ-70 אלף שנה: פי כמה וכמה מכל ההיסטוריה המתועדת של האנושות. וזו רק מערכת השמש הצמודה אלינו במרחקים קוסמיים, בתוך גלקסיה שמכילה מאות מיליארדי כוכבים, והיא בעצמה אחת ממיליארדי גלקסיות אחרות. אם אפילו במערכת השמש שלנו כוכב הלכת הכחלחל שלנו אינו אלא פיקסל זעיר, מה המקום שלנו ביקום כולו? והאם אנו לבד בו? אולי ביום מן הימים התקליטים של חלליות וויאג’ר יגיעו לידי תרבות שתרצה ותוכל לתת לנו תשובות. אם זה יקרה, אולי ממשיכי דרכנו יזכרו שזה נעשה בזכות קבוצה קטנה של מהנדסים ומדענים שלא ויתרו על החלום להגיע הכי רחוק שאפשר.
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
