41年前にボイジャー1号が打ち上げられたとき、私たちはこう言っていた。

1977 年 9 月 5 日、ボイジャー 1 号が打ち上げられ、太陽系に関する私たちの理解は永遠に変わりました。ボイジャー 2 号はその 2 週間前の 8 月 20 日に打ち上げられました。2 機の宇宙船が地球を離れる約 1 か月前に、 Popular Scienceは、この計画の背後にいる科学者たちと詳細に話し合い、計画の経緯、NASA の宇宙船に対する目標、ボイジャー 1 号または 2 号に問題が発生した場合に何が起こるかを調べました。元の記事は次のとおりです。

最長の宇宙飛行、おそらく12年にわたる太陽系外縁部の偵察が始まろうとしています。その名はボイジャー。

その名前は適切です。この航海は、すでに恒星間ミッションの訓練期間と呼ばれている旅に 2 機の宇宙船を投入します。太陽系を離れる前に、これらのボイジャーは、天文学者が文章を書き直さざるを得ないほど多くの惑星や衛星について目と耳を訓練することになります。

数か月前まで、ボイジャーはマリナー・ジュピター・サターンと呼ばれていました。しかし、マリナーは内惑星への飛行用に設計された別のクラスの宇宙船です。名前は変更されました。

マリナーとボイジャーは、カリフォルニア州パサデナのジェット推進研究所の設計委員会と製造施設から出ている。8月下旬から9月上旬にかけて、ボイジャーは、地上の最高の望遠鏡でさえ、宇宙に実際に何があるのか​​について漠然とした手がかりしか提供できない領域に向けて出発する。打ち上げは12日間隔で予定されている。

細身のエンジニアで惑星学者のジェームズ・E・ロングは、ちょうどその前の週に初めてボストンマラソンを走り（そして完走した）、小さなボイジャーの模型を軽く叩いた。「私はこれを2つの惑星へのミッションだとは考えていません」と彼は説明した。「天王星に行かなくても、実際には12の惑星へのミッションです。」

ロング氏はJPL-ボイジャーチームの科学マネージャーです。彼が快活に認めているように、ボイジャーを天王星、さらには海王星に送るという選択肢は、コーネル大学の天文学者が土星と同様に天王星にも環があることを発見した昨年の春、突然より魅力的になりました（囲み参照）。 （編集者注、2017年：下の画像を参照）

実際、ボイジャーは、1970 年代初めに承認され、その後キャンセルされた、待望のグランド ツアー ミッションになる可能性がありました。当初のグランド ツアーは、木星、土星、天王星、海王星を含む軌道で 1977 年に打ち上げられ、冥王星へのオプションもありました。このプログラムは中止されましたが、アイデアは生き残りました。

「木星と土星の2つの惑星を巡るミッションが慰めの賞品として浮かぶのに、それほど時間はかかりませんでした」とロング氏は笑みを浮かべた。「それから軌道の調査を開始し、本当の調査作業が始まりました。

「木星と土星に行ける経路を何百も見つけました。それが唯一の懸念事項であれば、20分ほどで1つを選ぶこともできたでしょう。」

しかし、そうはならず、軌道の分析には 2 年以上かかりました。この深宇宙への 2 つのミッションのキーワードは科学であり、ボイジャーの設計と計画全体を通じて、科学的な考慮が最優先されました。

「計画を始めたとき、ガリレオ衛星の価値に気づきました」とロング氏は言う。「私たちはついに、各宇宙船に3つのガリレオ衛星を搭載できる軌道を見つけました。」

木星を周回する最大の4つの衛星は、主要な探査対象です。ボイジャーの1機はカリスト、ガニメデ、エウロパに接近し、もう1機はエウロパ、ガニメデ、カリストを観測します。両宇宙船は5番目の衛星アマルテアを遠方から観測し、土星に投げ込まれる前にガス巨星木星を詳細に調査します。

カリフォルニア工科大学の物理学者であり、ボイジャーのプロジェクト科学者でもあるエドワード・ストーン博士は、木星の衛星がなぜ興味深いのかを次のように説明した。

「これらのガリレオ衛星は、太陽系全体に起こった出来事の小規模版を表しているのかもしれません。

「これらの衛星は、かなり異なるものになると予想しています。エウロパには氷がないようですが、エウロパとガニメデには氷があるかもしれません。実際、ガニメデには液体の水の上に浮かぶ氷の殻があるかもしれません。最後に、カリストの氷はアルベド（反射率）が非常に低いため、非常に汚れているに違いありません。」

ジェームズ・ロング氏は、衛星には太陽系とのもう一つの類似点があると指摘した。軌道距離が長くなるにつれて、衛星の密度は減少するのだ。

「おそらく火星や月のように見えるでしょう」と彼は言った。「クレーターがたくさんあるはずです。ガニメデとカリストは雪玉のように見えるはずです。しかし、雪玉の地質学はどのようなものでしょうか？ 隕石の衝突は雪玉にどのように見えるのでしょうか？」

カメラの前で

ボイジャーのカメラが教えてくれるだろう。広角と狭角の2台のビデオカラーカメラが、衛星、惑星、さらには土星や天王星の環のかけらの高解像度画像を送信するだろう。

ボイジャーの画像と、それ以前に木星を訪れた2機の探査機が送ってきた画像の違いは、驚くべきものだ。1974年と1975年に木星を調査したパイオニア10号と11号には、基本的な画像撮影システムしかなかった。たとえば、木星の大赤斑は、たった1フレームで完全に見ることができた。ボイジャーの最高解像度では、大赤斑を分析するには40フレームのモザイクが必要になる。このような詳細度の向上は、ボイジャーからの科学的成果がいかに重要視されているかを示す1つの指標にすぎない。

両宇宙船は最接近の数か月前から惑星のターゲットをテレビ中継し始める予定だ。

「木星では、数枚のスナップショットを見るのではなく、8か月にわたる映画を見るようなものです」と科学マネージャーのロング氏は語った。「大気の力学を観察し、個々の嵐の細胞を研究することもできます。同じことが土星にも当てはまりますが、環が加わります。」

1ポンドの袋に2ポンド

ボイジャーの美しさはその機械ではなく、その使命にある。効率的な設計と、惑星に向かう同様の宇宙船を見たことがあるため、宇宙船自体は目立たず実用的に見える。

「ボイジャー号には技術的なブレークスルーは必要ありませんでした」とプログラムマネージャーのジョン・カサニ氏は言う。「私たちは2ポンドのものを1ポンドのバッグに詰め込んだだけです。」

カサニ氏の説明によると、その梱包の一部はボイジャー無線システムを中心にしたものだった。

「私たちは最先端の技術をアンプに投入しました」と彼は語った。「通常の20パーセントではなく、30～35パーセントの効率を実現しています。」

この改良と、ボイジャーの超大型アンテナ、そしてNASAの現在の深宇宙ネットワーク（DSN）を組み合わせることで、このミッションは一生続く可能性を秘めている。科学者たちは今後33年間ボイジャーの通信を監視し、1世紀にわたってコマンドを送信することができる。ボイジャーが太陽から冥王星までの距離の2倍以上離れた星間空間にいるときだけ、そのささやきは途切れる。

同じ宇宙船には、テレビを含む 10 個の機器が搭載されています。無線機と組み合わせると、11 の実験が可能になります。機器には次のようなものがあります。

• 宇宙線と低エネルギー粒子の両方を検出する検出器。これらの機器は、外惑星の周囲の強力な放射線場と、それらの間の放射線レベルを調べます。
• 木星、土星、そしておそらく天王星と海王星の磁場を分析するための磁力計。磁場の強度と衛星との相互作用から、科学者は各惑星の深部の状態について多くのことを知ることができるでしょう。
• 分光計と放射計を組み合わせた装置。各惑星のエネルギーバランス、大気の温度と力学、雲の特性などを計測します。また、この装置により、科学者は惑星や月の大気、表面、環の元素組成を判定できます。
• 惑星や衛星の上層大気中のメタン、水素、アンモニアを測定する光偏光計。
• 木星からの強力な電波バーストや、土星、太陽、その他の発生源からの電波放射を監視するための、33 フィートのホイップアンテナ 2 本を備えた電波天文学パッケージ。
• 惑星間太陽風の状態と風と惑星の磁場との相互作用を測定するためのプラズマ実験。

創世記

それは何を意味するのでしょうか? カリフォルニア工科大学のストーン博士は、ボイジャーは太陽系の形成に関する手がかりを探していると説明しました。その種のデータは、最終的には地球に関するよりよい知識につながり、気象パターンや鉱物の分布に関する新たな洞察など、実用的な結果をもたらす可能性があります。

たとえば、1980 年と 1981 年にボイジャーが土星に到達したとき、衛星タイタンが主なターゲットでした。半径約 1800 マイルのタイタンは太陽系最大の衛星で、惑星水星よりも大きいです。そして、大気を持っています。

「タイタンの大気についてはあまりわかっていません」とストーン氏は言う。「しかし、火星よりもかなり濃いということは誰もが認めています。推定では地球の大気の10～50％です」。ボイジャーはタイタンの組成を分析する予定で、太陽系が形成された当時最も豊富だったガスの最良の例の1つになるかもしれないとストーン氏は言う。

土星の他の衛星、エンケラドゥス、テティス、ミマス、レアもビデオカメラと機器で調査される予定だ。天王星で何が起こるかはまだ決まっていない。

「我々はまだそのアプローチを詳細に設計していない」とJPLのロング氏は語った。「それを行う前に越えるべき橋がたくさんある。」

環の発見により、すでにそれらの横断は容易になっており、コーネル大学の天文学者カール・セーガン氏はこれを「天王星オプションを実行するための非常に刺激的な誘因」と呼んでいる。

「太陽系の外縁部に未発見の現象がたくさんあることは明らかです」とセーガン氏は言う。「それらを見つける唯一の方法は、そこへ行くことです。」

「太陽系の外縁部は、原始の状態に非常に近い状態にあります。そこには、私たちが解読すべき非常に興味深い記録があるかもしれません。」

しかし、セーガン氏はボイジャーに過度の期待を抱くことに対して警告している。

「このミッションやあのミッションが太陽系の歴史を解き明かすロゼッタストーンになるという主張は多い」と同氏は言う。「だが、そんなことは起こらないだろう」

しかし、ボイジャーは大量の新しいデータをもたらすだろう。その軌道には、掩蔽、つまり探査機が惑星、衛星、または環の後ろを通過する機会が数多く含まれる。掩蔽が起こると、一部の機器が一時的に大気を透視することができ、そこに何があるのか​​を垣間見ることができる。また、科学者は無線伝送の突然の変化を監視することになる。これらの変化を分析することで、惑星の質量と形状に関する新しいデータが得られる。

土星と天王星では、ボイジャーはリングの後ろを通過します。無線信号の散乱から、各リングの塊の大きさについて多くのことがわかります。

「土星の環の個々の破片が500メートル（1640フィート）ほどの大きさであれば、画像システムはそれを捉えるでしょう」とストーン氏は言う。「しかし、大きさに関するデータのほとんどは電波掩蔽から得られるでしょう。もちろん、私たち全員が驚くことになるかもしれません。」

惑星学では驚きはつきものだ。天王星の環の発見は最新の例にすぎない。1979年に土星の環を通過するパイオニア10号は、さらにいくつかの情報を提供してくれるかもしれない。しかし、最も優れたデータはボイジャーの探査から得られるだろう。

軌道の違いにより、2 番目に打ち上げられたボイジャーは、木星と土星の両方に先に到達することになる。この探査機が、タイタンから 2,550 マイル以内を通過し、土星の環に掩蔽されるなど、任務をうまくこなせば、後続のボイジャーは、土星の重力を利用して天王星に向かうように再ターゲットすることができる。(先頭のボイジャーは、土星を離れた後も、恒星に向かって進み続ける。)

しかし、天王星のオプションを実行するということは、タイタンの2度目の接近観測と2度目の環掩蔽を諦めることを意味する。それでも、当初の計画はすべて天王星を指し示していた。ミッションの早い段階で起こり得る損傷を避けるため、天王星候補は木星の放射線の危険からかなり離れた場所に目標が設定されている。

ブースターや宇宙船の故障により、ボイジャー号の 1 機が失われた場合はどうなるのでしょうか?

「分かりません」とカサニ氏は認めた。「しかし、天王星を訪問するために土星探査ミッションを妥協するよう、我々に大きなプレッシャーがかかるでしょう。」

ミッションプランナーのチャールズ・コールハース氏は、その可能性について検討した。「土星で何かを諦めるなら、天王星まで行けるほど健全な宇宙船を確保しておいた方がいい。」

しかし、天王星でさえ終わりではありません。ボイジャーは海王星まで進むことができ、1989年に到達しました。その後、ボイジャーもまた星々へと向かうでしょう。

そしてどこか遠くの銀河を通過するときに、ボイジャー 1 号または 2 号が最後のサプライズをもたらすかもしれない。それぞれのボイジャーには蓄音機レコードの金属製マスターが取り付けられているからだ。カール セーガン率いるチームが選んだレコードの内容には、クラシック音楽、自然音と人工音、そして他の文明が地球と地球人について何かを学ぶのに十分な科学的にコード化されたデータが含まれている。

チャールズ・コールハース氏は、ボイジャー計画とその長期的な影響について考えを巡らせた。「すべてを行うには、多くのトレードオフがあります」と同氏は言う。「しかし、これは実際には星間旅行の訓練期間なのです。」