Na pragu zvezdane ere

Dva Vojadžera stekla su svetsku slavu i pre nego što su mediji 20. marta objavili (pa ubrzo poništili) vest da je jedan od njih napustio Sunčev sistem. Reč je o naučnom projektu bez premca koji još uvek traje i čiji su rezultati višestruko nadmašili najsmelija očekivanja. Vojadžeri su nam tokom više decenija trajanja pokazali koliko je Sunčev sistem bogat, sadržajan i uzbudljiv, koliko malo znamo o njemu. Istovremeno, oni su nam odškrinuli vrata u jedan novi, potpuno neistraženi svet koji se krije iza njega, svet Mlečnog puta, bezbrojnih zvezda u njemu i još veće praznine između njih. Danas pišemo o Vojadžeru 1 upravo zbog tih "vrata" - da li smo prošli kroz njih ostaje diskutabilno, ali je nesporno da smo blizu njih, na pragu da zakoračimo u novo, zvezdano doba.

Misije Vojadžera 1 i 2 su slične ali ne i sasvim identične. Vojadžer 2 lansiran je 20. avgusta 1977. dok je Vojadžer 1 u kosmos krenuo dve nedelje kasnije, 5. septembra. Primarni zadatak im je bio izučavanje Sunčevog sistema a sekundarni da istražuju međuzvezdani prostor izvan njega. U vreme lansiranja položaj planeta bio je izuzetno povoljan. Oba Vojadžera prvo su posterila Jupiter i Saturn, koristeći istovremeno njihovo gravitaciono polje kao praćku koja će ih usmeriti i ubrzati ka narednom cilju. U slučaju Vojadžera 1 naučnici su mogli da biraju: ili da posle Saturna posete Titan, egzotičan Saturnov satelit sa gustom atmosferom od azota i metana, ili da se otisnu na mnogo duži i neizvesniji put do Plutona. S obzirom da je druga meta bila neuporedivo udaljenija, samim tim i rizičnija, Vojadžer 1 je izbliza osmotrio Titan a zatim se zaputio ka granici Sunčevog sistema. Vojadžer 2 imao je značajno sadržajniju primarnu misiju: posle Saturna, proleteo je pored Urana i Neptuna, što je poduhvat koji do danas nije ponovljen. Na kraju svih manevara, brzina Vojadžera 2 bila je nešto manja od brzine Vojadžera 1 tako da je Vojadžer 1, iako kasnije lansiran, odavno bio predodređen da do granice Sunčevog sistema stigne pre svog brata blizanca.

Vojadžer 1 na lansirnoj rampi,
5. septembra 1977. godine

U kakvom je stanju Vojadžer 1 posle više od 35 godina leta i gde se trenutno nalazi? Ono što limitira trenutne aktivnosti Vojadžera je oskudica električna energije. Letelica je snabdevena sa tri plutonijumska generatora (vidi okvir) koja su u trenutku lansiranja proizvodila oko 2400W toplote, od čega je oko 470W konvertovano u električnu energiju. Usled radioaktivnog raspada plutonijuma snaga generatora nezaustavljivo opada tako da je tokom leta jedan deo instrumenata morao da bude ugašen. Uz određen broj oktaza, na Vojadžeru 1 trenutno funkcioniše nešto manje od polovine instaliranih instrumenata, što je i dalje dovoljno za istraživački rad.

Rastojanja u Sunčevom sistemu obično se mere astronomskim jedinicima (AU), pri čemu 1AU odgovara prosečnom rastojanju Zemlje od Sunca (150 miliona kilometara). Vojadžer se trenutno nalazi na rastojanju od 123AU što je više od 18 milijardi kilometara. Ilustracije radi, Neptun, poslednja planeta u sunčevom sistemu, nalazi se na četiri puta manjem rastojanju (30AU). Ako izuzmemo neke dugoperiodične komete, Vojadžer je za sobom ostavio i sve nama poznate objekte u Sunčevom sistemu, uključujući i dve najudaljenije male planete, Sednu (90AU) i Eris (97AU). Njegovo rastojanje od Sunca postojano raste, svake godine uveća se za oko 3.5AU.

Zlatni CD koji Vojadžeri nose sa sobom

Pri tako velikim rastojanjima prosto je neverovatno da Vojadžer i dalje uspešno komunicira sa Zemljom. Lakše je iz Beograda čuti otkucaje ručnog sata u Novom Sadu nego detektovati jedva čujno šaputanje Vojadžera. Radio-signalu emitovanom sa sonde potrebno je oko 17 časova da brzinom svetlosti pređe put do Zemlje. Ali, kad sve ove kolosalne brojke prevedete na galaktičke razmere, shvatićete koliko je uspeh Vojadžera, zapravo, skroman. Posle nekoliko decenija leta, Vojadžer još uvek nije prešao ni jedan svetlosni dan. Nama najbliža zvezda, Proksima Kentauri, udaljena je 4 svetlosne godine. Kada bi se kretao u njenom pravcu, Vojadžer bi do nje sadašnjom brzinom stigao tek za 70.000 godina.

Vojadžer ima najveću brzinu od svih do sada lanisranih letelica, brži je i od svojih prethodnika (Pionira 10 i 11 koji takođe hrle ka rubu Sunčevog sistema), i od svog "brata blizanca" (Vojadžera 2), i od naslednika (sonda "Novi horizonti" će za dve godine stići do Plutona). Zahvaljujući rekordnoj brzini od oko 17 kilometara u sekundi koja nikada više nije dostignuta, Vojadžer je 1998. godine pretekao Pionir 10 i od tada suvereno drži titulu najudaljenijeg objekta načinjenog ljudskom rukom. Za svega nekoliko sekundi Vojadžer preleti sve ono što je ministar Mrkonjić asfaltirao u dva mandata!

Da li je Vojadžer napustio Sunčev sistem i konačno se našao u međuzvezdanom prostoru? Na ovo pitanje teško je dati egzaktan odgovor - sve zavisi od načina na koji definišete granicu Sunčevog sistema. Ne radi se o opipljivoj barijeri koju je moguće osmotriti i izučavati sa Zemlje. Niko ne zna kako "granični prelaz" tačno izgleda i šta se zapravo nalazi iza njega. Nikad nismo tamo bili pa i ne znamo šta treba da očekujemo. Ključni su rezultati merenja koje "Vojadžer" šalje: kada primetimo drastičnu promenu izmerenih vrednosti u relativno kratkom periodu biće da smo se našli "sa one strane". Baš kao kad prelazite granicu Srbije sa Hrvatskom ili Mađarskom: do granice uočavate neprekidno, izluđujuće truckanje i lupu točkova a onda se u pet minuta sve stiša i umiri. Jednostavno merenje vibracija može da nam potvrdi da smo definitivno prešli u drugu zemlju.

Na žalost (ili na sreću), Vojadžerov put do granice Sunčevog sistema nije asfaltirao ministar Mrkonjić tako da ovakav metod detekcije ne pomaže (inače bi bio vrlo efikasan). Sa povećanjem rastojanja, većina merljivih fizičkih veličina menja se vrlo lagano: Sunčev sjaj opada, smanjuje se njegov gravitacioni uticaj i količina detektovanih čestica... Postoji li neka za koju možemo da očekujemo da će se promeniti naglo?

Ispostavlja se da postoji. Jedna od konstanti našeg planetarnog sistema je Sunčev vetar, struja brzih naelektrisanih čestica koja potiče sa Sunca i zrakasto se širi u svim pravcima. Neprekidno duvajući tokom milijardi godina ovaj vetar nalik na kosmičku "košavu" oduvao je praktično sav međuzvezdani gas i prašinu iz bliske okoline. Naš svet nalazi se u sunčevoj "heliosferi", bistrom i blistavom mehuru koji plovi kroz okolnu galaktičku maglu a opstaje zahvaljujući konstantnom pritisku sunčevog vetra iznutra.

Snaga tog vetra opada sa povećanjem rastojanja od Sunca, dok neprekidno raste uticaj okolne galaktičke materije. Tokom 2003. i 2004. godine Vojadžer je detektovao naglo opadanje brzine čestica sunčevog vetra do subsoničnog nivoa, siguran znak da je prošao kroz zonu "terminacionog udara". Tokom narednih godina, Vojadžer se kretao kroz uskovitlani sloj tzv. "helio-ljuske" gde se solarni i galaktički materijal mešaju i komprimuju uz dalje opadanje brzine solarnog vetra i porast temperature. Događaji počinju da se nižu mnogo brže polovinom 2012. kada čestice iz dubokog kosmosa nastale kao plod eksplozija dalekih zvezda počinju svojim brojem da dominiraju u odnosu na čestice koje potiču sa Sunca. Ova disproporcija je ključni dokaz da se Vojadžer zaista nalazi nadomak granice Sunčevog sistema, unutar tzv. "heliopauze", zone u kojoj je solarni vetar definitivno zaustavljen međuzvezdanim medijumom, nemoćan da i dalje potiskuje vetrove koji "duvaju" kroz galaksiju.

Jupiterova velika crvena mrlja

S obzirom da niko ne zna koliko je heliopauza široka, ne može se proceniti ni vreme koje je potrebno Vojadžeru da prođe kroz nju. Kada su 20. marta obrađeni novi rezultati Vojadžerovih merenja, ispostavilo se da je došlo do naglog povećanja broja čestica galaktičkog porekla, tačno ono što bi se očekivalo u trenutku kada se Vojadžer nađe u međuzvezdanom prostoru. Ceo svet je preplavila vest koja se dugo iščekivala: Vojadžer je konačno napustio svoj dom i postao naš prvi galaktički ambasador.

Vest je bila koliko logična, toliko i iščekivana, živela je čitav jedan dan sve dok nije usledio demanti. Stručnjaci neposredno angažovani na misiji "Vojadžer" obajvili su da drugi ključni uslov i dalje nije ispunjen: linije magnetnog polja koje meri Vojadžer i dalje potvrđuju Sunčev uticaj. Sunčevo magnetno polje isprepletano je s magnetnim poljem galaktičkog susedstva formirajući složeni "magnetni autoput" kojim čestice ulaze i izlaze iz Sunčevog sistema. Tek kada "kompas" na Vojadžeru potvrdi da je Sunčev magnetni uticaj iščezao, moći će da se objavi da Vojadžer više ne stanuje ovde.

Jupiterov satelit Io

Šta čeka ovu neverovatnu letelicu u budućnosti? Iako let traje već decenijama, u kosmičkim razmerama načinjen je tek prvi korak. Količina energije koju generiše plutonijumska baterija Vojadžera pašće ispod kritičnog nivoa negde između 2025. i 2030. godine nakon čega će prestati svaka komunikacija sa letelicom. Vojadžer će po inerciji nastaviti svoj let kao usamljeni emisar čovečanstva, u nadi da će ga se dočepati neka druga civilizacija i "preslušati" muziku sa zlatne ploče koju sa sobom nosi (Bah, Mocart, Čak Beri i drugi).

Pre toga, Vojadžer će proći kroz Ortov oblak, hipotetični rezervoar bezbrojnih kometa i večitog leda preostao nakon formiranja Sunčevog sistema. Smatra se da su sudari kometa poreklom iz Ortovog oblaka sa Zemljom često u prošlosti bili fatalni za živi svet a najčešće se citira "slučaj" dinosaura od pre 65 miliona godina. Do Ortovog oblaka Vojadžer će putovati narednih 17.500 godina, do prve zvezde Gliese 445 dodatnih 22.500. Nakon toga, Vojadžer će se zaputiti ka centru Mlečnog puta u kojem se, po svojoj prilici, nalazi gigantska crna rupa. Do bliskog susreta Vojadžera sa njom proći će još 470 miliona godina. Ako je autor ovog teksta dobro računao (a trudio se), vest o tome biće objavljena u "Vremenu" broj 24.442.121.029.

Nakon toga, pred Vojadžerom je čitava večnost. A večnost je, kako neko lepo reče, prilično dugačak period, naročito pri kraju.

Saturn viđen okom Vojadžera

Šta su sve otkrili Vojadžeri?

Nema mnogo kosmičkih misija koje se po obimu istraživanja, veličini otkrića i dugovečnosti mogu porediti sa projektom Vojadžer. Evo samo nekih ključnih rezultata:

• Snimci Jupitera, Saturna, Urana, Neptuna i njihovih satelita sa do tada neviđenom oštrinom, količinom boja i detalja.
• Jupiterova turbulentna atmosfera sa ogromnim, složeno spregnutim pojasevima i olujama.
• Jupiterovi prstenovi.
• Erupcije na Jupiterovom satelitu Io koji je 100 puta vulkanski aktivniji od Zemlje.
• Uzajamna veza Jupiterovog magnetskog polja i oblaka jonizovanog sumpora i kiseonika koje Io izbacuje u kosmos.
• Verovatno postojanje masivnog vodenog okeana ispod tankog sloja leda na Jupiterovom satelitu Europa.
• Gusta, neprozirna atmosfera Titana, jedinog satelita u Sunčevog sistemu sa dinamičnom klimom, kišama i jezerima tečnog metana na površini.
• Fine deformacije Saturnovih prstenova usled gravitacionog dejstva obližnjih satelita.
• Dvadesetak novih satelita.
• Jedine do sada izbliza snimljene fotografije Urana, Neptuna i njihovih pratilaca (Vojadžer 2).
• Bliski susret sa Mirandom, zagonetnim Uranovim satelitom neobične kompozicije.
• Velika Neptunova crna mrlja (nalik na Jupiterovu crvenu tačku).
• Neptunovi vetrovi, najjači i najhladniji u Sunčevom sistemu (sa brzinom od oko 2100km/h i temperaturom od -220°C).
• Krio-vulkani (koji izbacuju led) na Tritonu, Neptunovom satelitu na -235°C.
• Zona terminacionog udara
• Rub sunčevog sistema, heliopauza.

Neptun sa crnom mrljom

Vojadžer napustio Srbiju

Da se vratimo na osnovno pitanje: da li je Vojadžer "otišao" ili nije? U Srbiji po ovom pitanju, gle čuda, vlada poprilična konfuzija pošto i dalje volimo da se zalećemo i u svemu tražimo senzacije, bez ikakve prethodne provere. Prvo se obrukala jedna telegrafska agencija, da joj ne pominjemo ime. Onda je i jedna naša značajna (da ne kažemo - najznačajnija) televizija preko svoje nacionalne frekvencije emitovala udarnu vest da je Vojadžer napustio Sunčev sistem, još se ni NASA nije oglasila. Sutra je to u istoj formi prenela naša celokupna štampa, naročito ona žuta u kojoj urednik (ne)naučne rubrike od škole ima samo brzi kurs horoskopa, i to bez položenog završnog ispita. Kada je NASA konačno saopštila da do granice još ima da se "vozi", demantija nije bilo, za naše medije Vojadžer je već bio u drugoj galaksiji. Ništa strašno, kad bude trebalo objavićemo da je Vojadžer prešao granicu još jednom, taman da se nije vratio nijednom. I šta mi tu, uopšte, ima da lupamo glavu? Vojadžer će napustiti Sunčev sistem onda kada to objavi Prvi Potpredsednik, tako je najsigurnije. A da li će oni koji su dezinformisali srpsku naučnu javnost biti i pohapšeni - ostaje da se vidi.


Plutonijum: Toplo srce Vojadžera

Zahvaljujući dugovečnom izotopu Pu-244 koji ima vreme poluraspada od preko 80 miliona godina, plutonijum je najteži hemijski element koji se u tragovima može pronaći u prirodi. Za tehničku primenu najznačajnija su dva radioaktivna izotopa koja se dobijaju veštačkim putem: Pu-239 i Pu-238.

Izotop Pu-239 proizvodi se od urana U-238, dugom i komplikovanog preradom iskorišćenog nuklearnog goriva i ima vrhunski strateški značaj s obzirom da je reč o fisionom materijalu koji, baš kao i uran, ima dvostruku namenu: kao pogonski materijal u nuklearnim elektranama i kao atomski eksploziv. Potrebno je oko 10 kilograma plutonijuma za bombu od 80 kilotona.

Triton, Neptunov satelit

Tehnologija dobijanja i obrade plutonijuma Pu-239 razvijena je tokom Drugog svetskog rata u najstrožijoj tajnosti američkog projekta “Menhetn”. Uporedo sa tehnologijom prerade razvijane su i bezbednosne mere kako bi rukovanje ovom opasnom materijom bilo bezbednije. Mnoga saznanja o dejstvu plutonijuma na živa bića sakupljena su na krajnje nemoralan način, ubrizgavanjem letalnih doza životinjama i pacijentima u terminalnim fazama hroničnih bolesti, često i bez njihovog znanja. Prva eskperimentalna atomska bomba (“Triniti”), detonirana u Nju Meksiku 16. jula 1945. godine, imala je jezgro od 6 kilograma plutonijuma Pu-239 i snagu od oko 20 kilotona. Njenu razornu moć tragično su iskusili stanovnici Nagasakija 9. avgusta 1945. godine kada je bomba identične konstrukcije (“Debeljko”) usmrtila preko 70.000 ljudi. Tek kada je Japan kapitulirao, Amerika je obelodanila postojanje plutonijuma kao novog hemijskog elementa. Tokom narednih decenija u brojnim nuklearnim probama (koje danas izvodi samo Severna Koreja), nekoliko tona visoko radioaktivnog plutonijuma rasuto je u atmosferu. U pitanju je supstanca koja je visoko toksična - letalne doze mere se miligramima.

Prema zadnjim validnim podacima od pre desetak godina ukupna količina plutonijuma u 35 zemalja sveta iznosila je oko 1850 tona, od čega se 150 tona nalazilo u vojnom a ostatak u civilnom sektoru. Najveći deo plutonijuma (oko 70%) nalazi se zarobljen u iskorišćenom (tzv. “ozračenom”) nuklearnom gorivu dok je manji deo “neozračen” i spreman za dalju upotrebu. S obzirom da se radi o materijalu koji je potencijalno interesantan i za teroriste, tokovi plutonijuma prate se pomno, baš kao i tokovi urana.

Drugi značajan izotop plutonijuma, Pu-238, nema fisiona svojsta ali je zato nezamenljiv je u kosimčkim istraživanjima čije se trajanje meri godinama ili je uporedivo s ljudskim vekom. Reč je o radioaktivnom elementu čije je vreme poluraspada 88 godina. Tokom raspada Pu-238 generiše alfa-čestice visoke energije koje se mogu lako “ukrotiti” (dovoljan je list papira), uz relativno malu količinu daleko opasnijeg beta- i gama-zračenja. Energija alfa-čestica transformiše se tokom apsorpcije u toplotu koja se može konvertovati u električnu energiju. S obzirom da jedan kilogram izotopa proizvodi oko 530W toplote i da je izotop relativno dugovečan (potrebno je skoro čitavo stoleće da se njegova toplotna moć prepolovi), Pu-238 je nezamenljiv izvor energije kada su ostala konvencionalna rešenja neupotrebljiva.

Tipičan primer za to su svemirske letelice i sonde koje moraju da imaju konstantan izvor energije za napajanje svojih kompjutera i instrumenata, kretanje i komunikaciju sa Zemljom. Sve dok se leti untar asteroidnog pojasa (do Marsa), snaga Sunca dovoljno je velika da napaja solarne panele. Čak i u tom regionu Sunčevog sistema solarna energija nije idealna jer solarne ćelije traže akumulatore a oni vremenom stare uz pad efikasnosti i kapaciteta. Uz to, paneli moraju da budu čisti i neprekidno okrenuti ka Suncu, što nije problem za letelice, ali jeste za rovere na Marsu kao što su “Spirit” i “Oportjuniti” čije solarne ćelije ne rade tokom noći i generišu značajno manje struje tokom zime ili peščanih oluja.

Kada se zaputite duboko u Sunčev sistem, iza asteroidnog pojasa, do Juputera i dalje, solarni paneli postaju beskorisni jer intenzitet Sunčeve svetlosti brzo opada sa povećanjem rastojanja (“osunčanost” na Neptunu je skoro hiljadu puta manja od one na Zemlji). Jedino rešenje za pouzdano napajanje letelice energijom je korišćenje “radio-izotopskog termo-električnog generatora” (RTG) u čijem se toplom srcu nalazi plutonijum Pu-238.

Ovakvi generatori do sada su uspešno korišćeni u preko 20 kosmičkih misija i nikad nisu zakazali, uključujući tu oba Vojadžera, sonde “Kasini” (Saturn), “Novi horozionti” (Pluton) i “Kjuriositi” (Mars). Minajturni RTG-ovi, izrađeni u ograničenoj seriji, nekada su korišćeni kao dugovečne “baterije” za srčane pejsmejkere (sa ciljem da se njihov “remont” vrši što ređe) ali je ta praksa napuštena iz ekonomskih i bezbednosnih razloga. Neke od tih baterija besprekorno funkcionišu i danas, četvrt veka nakon ugradnje.

Nije sve tako idealno. Lansiranje letelica sa RTG generatorima redovno je praćeno protestima “zelenih” i drugih ekoloških pokreta s obzirom na realnu opasnost da u slučaju katastrofe opasni plutonijum dospe u ekosistem. Proizvodnja ovog izotopa izuzetno je dugotrajna, komplikovana i enormno skupa. Iako se Pu-238 u tragovima može naći u iskorišćenom nuklearnom gorivu, njegova ekstrakcija je neisplativa. Umesto toga, Pu-238 se dobija u specijalizovanim reaktorima bombardovanjem jezgara urana ili neptunijuma. Celokupne svetske rezerve plutonijuma Pu-238 neuporedivo su manje od rezervi fisionog Pu-239 i mere se (kilo)gramima.

Proizvodnja ovog izotopa u SAD ugašena je 1988. godine. Nakon 1993. godine Amerikanci su prestali da troše sopstvene rezerve i počeli da uvoze plutonijum od Rusa. Tako je nabavljeno oko 17 kilograma a onda su i ruske rezerve presušile. Danas se Pu-238 ne proizvodi ni u jednoj zemlji na svetu, niko nema interes da se bavi prljavom, enromno skupom industrijom koja nema vojnu primenu, samo zarad “lomatanja” po kosmosu. U poslednjih nekoliko godina NASA pokušava da obezbedi oko 100 miliona dolara potrebnih za oživljavanje proizvodnje ali je još uvek daleko od cilja. Čak i da proizvodnja krene danas, potrebno je više od pet godina da se proizvede dovoljno plutonijuma samo za jednu misiju. Rezerve kojima NASA trenutno raspolaže potrajaće do 2022. godine, pod pretpostavkom da potrošnja ostane na nivou od oko dva kilograma godišnje.

Nakon toga? Prestaćemo da posećujemo daleke krajeve Sunčevog sistema. Neće više biti novih Vojadžera i novih avantura, fascinantni svetovi kao što su Europa, Neptun, Titan ili Triton ostaće neistraženi. Bez plutonijuma Pu-238 moći ćemo samo da ih gledamo sa Zemlje sve dok nas jednoga dana verovatno ne “počisti” blistavi sjaj plutonijuma Pu-239.

Vreme #1161