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Voyager-Raumsonden

Die Ende der 60-iger Jahren mit dem Pioneer-Programm eingeleitete Erforschung unseres Sonnensystems wurde mit dem Voyager-Programm im Jahr 1977 erfolgreich fortgesetzt. Das Hauptziel des Voyager-Programms, welches ursprünglich aus dem Mariner-Programm hervorgegangen ist, war die weitere Erforschung der äußeren Planeten des Sonnensystems, wobei die Gasplaneten Jupiter und Saturn sowie Uranus und Neptun als im Vordergrund standen.

So wurde am 20. August 1977 vom Kennedy Space Center (KSC) in Cap Canaveral/Florida mit einer Titan-Centaur-Rakete die Sonde Voyager 2 gestartet. Nur wenige Tage später, am 5. September 1977, wurde Voyager 1 auf gleichem Wege auf die Reise geschickt. Da die beiden Sonden, die auch unter den Bezeichnungen Mariner 11 und Mariner 12 geplant waren, im wesentlichen die gleichen Missionsziele verfolgten, ist die gemeinsame Betrachtung der Ergebnisse von Voyager 1 und 2 sinnvoll.


Bild 1: Modell der Voyager-Sonde

Modell der Voyager-Sonde



Bild 2: Goldene Disk an der Außenseite der Voyager-Sonden

Goldene Disk der Voyager-Sonden


Bild 3: Planet Saturn mit Monden

Planet Saturn mit Monden



Bild 4: Planet Jupiter mit Monden

Planet Jupiter mit Monden


Bild 5: Planet Uranus mit Monden

Planet Uranus mit Monden



Bild 6: Planet Neptun

Planet Neptun


Die Flugbahn von Voyager 1 wurde so eingerichtet, dass die Sonde sehr dicht am Ringsystem des Saturn und dessen Mond Titan vorbeifliegt. Anschließend sollte die auf nördlichen Kurs die ekliptische Bahn, auf der sich die meisten Planeten um die Sonne bewegen, durchfliegen. Voyager 2 hingegen sollte die Ekliptik auf südlichem Kurs durchkreuzen. Eine Grafik der Flugbahnen ist hier zu finden.


Planet Jupiter

Während der Vorbeiflüge am Jupiter (dichtester Vorbeiflug von Voyager 1 erfolgte am 5. März 1979 in 206.700 Kilometer (Voyager 2 am 9. Juli 1979 in 570.000 Kilometer) Entfernung) wurden neben einer Reihe von Standardanalysen (Magnetfeld, Strahlungsgürtel usw.) auch die verschiedenen dynamischen Wettersysteme (Großer Roter Fleck und Weißes Oval) untersucht.

Die verschiedenen atmosphärischen Strukturen bewegen sich mit etwa gleicher Geschwindigkeit um den Planeten. Dies läßt den Schluß zu, dass es sich hierbei um die Bewegung von Materie und nicht von Energie handeln muss. Der rapide Helligkeitsanstieg einiger Strukturen in der Atmosphäre wird von sich abspaltenden Wolkenmaterial verursacht. Die durchschnittliche Temperatur beträgt -170 Grad Celsius. Helium ist der Hauptbestandteil der Atmosphäre.

Unter anderem beobachteten die beiden Voyager-Sonden auch ein feines Ringsystem um den Jupiter, welches sich am Innenrand etwa 30.000 Kilometer und am Außenrand etwa 129.000 Kilometer von der Planetenoberfläche entfernt ist. Die durchschnittliche Dicke beträgt rund 30 Kilometer. Hinsichtlich der Größe ist dieses Ringsystem jedoch nicht mit dem des Saturn vergleichbar.

Nach dem Jupiters wurde auch dessen umfangreiches Mondsystem besucht - zur Zeit (Stand: Juni 2007) sind insgesamt 63 Monde bekannt. Die wohl wichtigste Entdeckung war der Vulkanismus auf dem Jupitermond Io. Neben der Erde ist der Mond Io das momentan einzige Objekt in unserem Sonnensystem, welches herkömmlichen aktiven Vulkanismus (nicht Cryovulkanismus) aufweist. Die Rauchfahnen der verschiedenen Vulkane reichen bis in 300 Kilometer Höhe über der Mondoberfläche und das ausgeworfene Material erreiche eine Geschwindigkeit von rund 2.300 Kilometer pro Stunde (der Vulkan Ätna auf Sizilien/Italien beschleunigt ausgeworfenes Material lediglich auf 180 Kilometer pro Stunde). Die durchschnittliche Temperatur auf dem Mond Io beträgt rund 130 Kelvin. In der Nähe der Vulkane erhöht sich diese Temperatur auf bis zu 290 Kelvin.

Die bordeigenen optischen Kameras machten eine große Anzahl von Aufnahmen (über 42.000) des gesamten Jupiter-Systems, welche die Archive umfangreich ergänzten. Eine Auswahl der Bilder ist auf den folgenden Internetseiten verfügbar:

Weitere Informationen zur Erforschung des Jupiter-Systems durch die Voyager-Sonden sind im Mission-Bericht verfügbar.



Planet Saturn

Im Vordergrund der Erforschung des Saturns stand das einzigartige Ringsystem, welches man auch von der Erde aus beobachten kann sowie der aufgrund seiner sehr dichten Atmosphäre sehr interessante Mond Titan. Am 25. August 1981 passierte die Sonde Voyager 2 in 41.000 Kilometer den Planeten Saturn (Voyager 1 flog am 12. November 1981 in 64.200 Kilometer am Saturn vorbei).

Auch der Saturn verfügt aufgrund seiner physikalischen und chemischen Zusammensetzung über riesige dynamische Wolkenformationen, welche den ganzen Planeten umspannen. Dabei beträgt die Windgeschwindigkeit in Äquatornähe bis zu 500 Kilometer pro Sekunde und die Hauptwindrichtung ist Osten. In der Atmosphäre konnte die Sonde Voyager 2 unter anderem auch Polarlichtaktivitäten nachweisen, deren Ursache vermutlich die ultravioletten Emissionen des Wasserstoffs in der mittleren und hohe Atmosphärenschichten ist.

Die Observation des in unserem Sonnensystem einzigartigen Ringssystems brachte eine Fülle von neuen Erkenntnissen. So konnten erstmals detaillierte Strukturen in dem A-, B- und C-Ring beobachtet werden. Die Dicke des Ringsystems konnte mit weniger als 300 Meter ermittelt werden. Ferner wurden auch verschiedene Lücken innerhalb des Ringsystems (Encke- und Cassini-Teilung und die von Pioneer 11 entdeckte F-Teilung) näher untersucht. Bislang gibt es eine Reihe von Theorien über die Entstehung dieser Unterbrechungen in den einzelnen Ringen: Vermutet wird unter anderem, dass größere Objekte, die so genannten 'Schäfermonde' (u.a. auch Mond S/1980 S27), diese Lücken geschaffen haben.

Der Saturnmond Titan ist mit rund 5.150 Kilometer Durchmesser der zweitgrößte Mond in unserem Sonnensystem und der einzige, der über eine Atmosphäre verfügt. Die Atmosphäre besteht, ähnlich der der Erde, im Wesentlichen aus Stickstoff. Da die Atmosphäre sehr dicht ist, sind Blicke auf die Oberfläche praktisch ausgeschlossen.

Die Voyager-Sonden konnten insgesamt 17 neue, mögliche Monde entdecken. Dabei entfielen drei Monde auf Voyager 1 und 14 auf Voyager 2. Zur Zeit (Stand: Juli 2007) sind insgesamt 60 Monde zweifelsfrei identifiziert.

Eine Übersicht der von den Voyager-Sonden gemachten Aufnahmen des Saturn-Systems ist auf den folgenden Internetseiten verfügbar:

Weitere Informationen zur Erforschung des Saturn-Systems durch die Voyager-Sonden sind im Mission-Bericht verfügbar.



Planet Uranus

Nachdem die Sonde Voyager 2 mit dem Ende der Erforschung des Saturns die geplanten Forschungsziele erfüllt hatte und fast alle Instrumente an Bord noch funktionsfähig waren, entschloss sich die NASA zur Verlängerung der ursprünglichen Mission, um auch den Planeten Uranus zu erforschen. Die Sonde flog am 24. Januar 1986 in 81.500 Kilometer am Planeten Uranus vorbei.

Auch der Planet Uranus verfügt über eine flüssige Atmosphärenstruktur, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Die Wolken bewegen sich durchschnittlich mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 160 Meter pro Sekunde in der Rotationsrichtung des Planeten. Die Temperatur an der Oberfläche beträgt rund 60 Kelvin.

Die Sonde konnte unter anderem auch zwei neue Ringformationen entdecken, deren feine Strukturen umfangreich observiert wurden. Dabei konnte man feststellen, dass die Struktur respektive Zusammensetzung der Uranus-Ringe deutliche Unterschiede zu den Ringsystemen der Planeten Jupiter und Saturn aufweist (der äußere Ring ε besteht fast ausschließlich aus Eis). Bislang sind insgesamt neun Ringe bekannt.

Während der Durchquerung des Uranus-Systems fand Voyager 2 insgesamt 10 neue Monde. Der größte von ihnen, Puck, hat eine Größe von rund 150 Kilometer und ist somit als die meisten Asteroiden. Weiterhin wurden Aufnahmen von den bereits bekannten Monden Miranda, Titania, Ariel, Umbriel und Oberon gemacht. Zur Zeit (Stand: Juni 2007) sind insgesamt 27 Monde zweifelsfrei identifiziert.

Auf den folgenden Internetseiten ist eine Zusammenstellung der Voyager-Bilder von der Uranus und ihren Monden verfügbar:

Weitere Informationen zur Erforschung des Uranus-Systems durch die Voyager-Sonden sind im Mission-Bericht verfügbar.



Planet Neptun

Die Überraschung im Team der Voyager-Mission war groß, als man feststellte, dass die Sonde Voyager 2 auch nach der Passage der Planeten Uranus nach nunmehr über 10 Jahren unter härtesten Bedingungen im freien Raum noch fast vollständig funktionstüchtig war. Die Entscheidung zum Weiterflug zum Neptun fiel somit recht schnell. Am 25. August 1989 flog Voyager 2 in nur 4.950 Kilometer über den Nordpol des Planeten.

Neptun, der nur etwa 3% des Sonnenlichtes des Jupiters erhält, ist ein dynamischer Planet und verfügt in der Atmosphäre über mehrere große Sturmsysteme. Das größte Sturmgebiet hat einen Durchmesser von rund 2.000 Kilometer und wird als Großer Dunkler Fleck (Great Dark Spot) bezeichnet. Dabei handelt es sich um ein hochaktives Wolkensystem äquivalent dem Großen Roten Fleck auf dem Jupiter. Neben den recht markanten Sturmgebieten kann man auch eine ganze Reihe weiterer - ähnlich den auf der Erde bekannten Cirrus-Wolken - atmosphärischer Strukturen erkennen. Die meisten Winde in der Atmosphäre, die teilweise Geschwindigkeiten bis zu 2.800 Kilometer pro Stunde erreichen können, wehen in westlicher Richtung und verlaufen entgegen der Rotation des Planeten.

Die auf den Aufnahmen des Planeten sichtbare blaue Farbe resultiert aus dem in der Atmosphäre vorhandenen Methan. Das chemische Element Methan absorbiert besonders das langwellige Sonnenlicht.

Mit dem Durchflug durch das Neptun-System wurden 6 der heute 13 bekannten Monde des Planeten Neptun entdeckt. Im Speziellen wurde der größte Mond Triton genauer untersucht. Seine recht hohe Dichte von 2,066 Gramm pro Kubikmeter und der retrograde Rotation um den Planeten lassen den Rückschluss zu, dass es sich hierbei um ein eingefangenes Objekt handelt. Man vermutet, dass auch auf diesem Mond Wasser in gefrorenem Zustand vorhanden sein muss (auf einigen Aufnahmen von Voyager 2 konnten die Aktivitäten von Geysiren nachgewiesen werden). Aufgrund der hohen Entfernung von der Sonne und der mit -220 Grad Celsius an der Oberfläche tiefen Temperatur scheint Vulkanismus als Ursache für die Schaffung geologischer Strukturen auszuscheiden. Die chemischen Verbindungen Nitrogen und Methan sind selbst in gefrorenem Zustand nicht hart genug, um geologische Strukturen zu verformen.

Des Weiteren konnten insgesamt vier Ringgebiete um den Planeten spezifiziert werden (alle Entfernungsangaben beziehen sich auf die Höhe über der Wolkendecke des Planeten Neptun):

Auf den folgenden Internetseiten ist eine Zusammenstellung der Voyager-Bilder vom Neptun und seinen Monden verfügbar:

Weitere Informationen zur Erforschung des Neptun-Systems durch die Voyager-Sonden sind im Mission-Bericht verfügbar.



Status der Mission am 08.03.2013


Voyager 1

Entfernung zur Erde 18.481.000.000 km = 124 AE
Tendenz der Entfernung leicht zunehmend
insgesamt zurückgelegte Strecke 24.929.000.000 km = 167 AE
Geschwindigkeit (relativ zur Sonne) 17,041 km/s (61.348 km/h) = 0,006% Lichtgeschwindigkeit
Tendenz der Geschwindigkeit minimal abnehmend *)
Flugdauer bislang 12.968 Tage (35,48 Jahre)
Signal Roundtrip **) 34:14:07 Stunden



Voyager 2

Entfernung zur Erde 15.188.000.000 km = 102 AE
Tendenz der Entfernung leicht zunehmend
insgesamt zurückgelegte Strecke 23.919.000.000 km = 160 AE
Geschwindigkeit (relativ zur Sonne) 15,431 km/s (55.552 km/h) = 0,005% Lichtgeschwindigkeit
Tendenz der Geschwindigkeit minimal abnehmend *)
Flugdauer bislang 12.984 Tage (35,52 Jahre)
Signal Roundtrip **) 28:08:43 Stunden

*) = der Bezug zum Fixpunkt Sonne lässt die Geschwindigkeit prinzipiell konstant bleiben
**) = Zeitdauer, die ein Signal von der Erde zur Sonde und zurück benötigt

Mit der erfolgreichen Erforschung der Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun wurde die Mission in unserem Sonnensystem offiziell beendet. Beide Raumsonden haben das Sonnensystem bereits verlassen. Die jetzigen Missionsziele beider Sonden sind die Erforschung von ultravioletten Strahlungsquellen sowie die Untersuchung der energetischen Strahlenpartikel der Sonne im interstellaren Raum.

Weitere Informationen zur Mission der Sonden Voyager 1 und Voyager 2 sowie die Erforschung des Sonnensystems sind auf den folgenden Websites verfügbar:

Hinsichtlich der Verfügbarkeit der Angebote kann keine Garantie übernommen werden. Die hier verwendeten Aufnahmen stehen unter NASA/JPL Public License.