Ein zweites Bild des „pale blue dots“

Auf meinen heutigen Blogeintrag komme ich – der aufmerksame und regelmäßige Blogleser wird es schon erahnen – durch Voyager. Am 14.2.1990 (Valentinstag in den USA, inzwischen durch die Kommerzialisierung auch zu uns herübergeschwappt) machte Voyager 1 ein Familienporträt des Sonnensystems. Darunter natürlich der Erde. Mir schwebte vor wie es wäre, wenn man zum 50-sten Jahrestags des Starts von Voyager 1, also am 5.9.2027, ist ja schon in fünf Jahren, nochmal so ein Mosaik machen würde. Voyager 1 ist die entferntere der beiden Sonden und daher besser geeignet für das Porträt.

Technik

Die Umsetzung hat mehrere Aspekte, die ich erst mal diskutieren will. Der erste ist: ist es technisch möglich? Es gibt hier zwei Unteraspekte. Der eine ist, ob man einfach die Kameras wieder in Betrieb nehmen kann. Ich meine ja. Man hat das UVS auf Voyager 2 in Bereitschaft gelassen, falls man es wieder bauscht. Abgeschaltet wurde es erst, als die Finanzierung auslief – auch etwas was ich lernte – zwei Experimente wurden nicht aus Strommangel abgeschaltet, sondern weil es keine Finanzierung mehr gab. Wenn aber UVS als eines der Experimente der Scanplattform wieder in Betrieb genommen werden kann, nachdem sonst die Scanplattform nicht genutzt wird, so ist es auch bei den Kameras möglich.

Der zweite Aspekt ist der Stromverbrauch. Der wird bei den Kameras mit 14 bzw. 21 Watt angegeben. 14 Watt nur für die NAC (Narrow Angle Camera) und 21 Watt wenn auch die WAC (Wide Angle Camera) aktiv ist. Klar ist: diese Strommenge hat Voyager nicht mehr. Die Leistung der RTG sinkt laufend ab, wie viel es heute ist habe ich nicht erfahren können. Die Website von Voyager ist da wenig auskunftsfreudig, überhaupt steht dort wenig drin (siehe unten). Da aber 2016 die Leistung nur noch bei 252 Watt lag und je nach Quelle bei unter 230 bis 245 Watt kein Experiment mehr aktiv sein kann, und die Leistung pro Jahr um 4 Watt sinkt sollten es 2027 nur noch 228 Watt sein, deutlich unter der genannten Grenze.

Selbst wenn man alle aktiven Experimente abschaltet, kommt man nicht auf die benötigte Strommenge. Aber es gibt eine stromverbrauchende Ressource die kann man kurzzeitig abschalten – den Sender: der benötigt 71,9 Watt bei hoher Sendestärke, bei reduzierter Stärke entsprechend mehr. In jedem Falle mehr als die maximal 21 Watt für das Experiment. Dazu kommt aber noch der Bandrekorder. Die Bilder können ja nicht direkt gesendet werden. Zum einen ist die Datenrate dazu zu gering und zum zweiten muss man den Sender deaktivieren. Ich nehme an, er ist auch bei Voyager 1 inzwischen abgeschaltet. 2019 war er noch aktiv. Der braucht weitere 23,2 Watt. Zusammen sind dies maximal 44,2 Watt. Da der Sender mindestens mit halber Sendestärke arbeitet also 35,6 Watt fehlen nur 8 Watt, die hat man, wenn man andere Experimente kurzzeitig abschaltet oder auf die Wide Angle Camera verzichtet.

Der Ablauf wäre dann so :

  • Sender abstellen
  • Experimente abstellen
  • Kameras aktivieren, eventuell vorwärmen
  • Aufnahmesequenz durchführen und auf Band sichern
  • Kameras deaktivieren
  • Bilder bei reduzierter Sendestärke übertragen

Da der Bandrekorder aber zumindest beim Senden parallel zum Sender aktiv sein muss, gebe ich zu, ist das mit der heißen Nadel gestrickt. Als absolute Notlösung könnte man den FDS Speicher leerräumen so weit wie es geht, und dann jeweils einen Block vom Rekorder in den FDS Speicher einlesen dann den Bandrekorder wieder abstellen und ihn übertragen. Doch bei Voyager 1 ist einer der beiden oberen Speicherblöcke, die man dynamisch zwischen den beiden FDS aufteilen kann, defekt. So bleibt maximal ein Block, das sind 8 KByte. Ein Bild müsste man so in 80 Portionen holen und senden. Eine Datenkompression kommt nicht infrage, die Routinen wurden längst vom FDS gelöscht und das Neuaufspielen würde wohl weder personell noch zeitlich klappen, das dauert länger als das Senden von unkomprimierten Daten.

Zu einer 70 m Antenne beträgt heute noch die Datenrate 1.400 Bit/s. Halbe Sendestärke und ein Absinken der Datenrate bis 2027 auf 1.000 Bit/s vorausgesetz,t braucht ein Bild mit Reed-Solomon Code etwa 5900 Sekunden, also ein Bild pro Planet und man wäre in einem Tag fertig. Nicht viel Aufwand für ein historisches Dokument, denn eins ist sicher – so ein Bild gibt es nicht wieder. Es ist keine Sonde unterwegs die diese Grenze funktionierend erreicht und selbst wenn man sie jetzt starten würde, man müsste dann wieder 50 Jahre warten.

Also Resümee – vom Strombedarf und den Kameras her würde es funktionieren, aber es wäre knapp. Vielleicht sollte man ein solches Porträt vorziehen, weil die verfügbare Leistung eben pro Jahr um 4 Watt sinkt, also 2022 wäre sie noch 20 Watt höher und das ist der Strombedarf des Bandrekorder. Anderseits machen fünf Jahre bei der Distanz wenig aus, Voyager 1 ist derzeit 157,1 AE von der Sonne entfernt, pro Jahr kommen 3,6 AE hinzu das sind in 5 Jahren dann 18 AE mehr und nur 11 Prozent der aktuellen Distanz.

Aspekt 2: Was sieht man?

Das ist etwas schwieriger zu beantworten. Je weiter sich Voyager entfernt, desto lichtschwächer sind die Planeten. Im September 2027 wird sie 175,3 AE von der Sonne entfernt sein. Die Entfernung von den Planeten schwankt, sie können sich maximal eine Halbachse näher oder weiter entfernt befinden, doch das macht selbst bei Neptun nur 60 AE aus. Es gibt aber einen Faktor der dies entschärft: denn wenn der Planet näher an Voyager ist, sieht sie die Nachtseite, also unbeleuchtete Seite. So ist es besser, er ist auf der anderen Seite der Sonne. Allerdings hat Voyager 1 einen Winkel von 35 Grad zur Ekliptik, befindet sich also weit oberhalb der Ebene und sieht die Planeten von schräg oben.

Aber ich berechne zuerst einmal die Helligkeiten der Planeten wie sie bei 175,3 AE Entfernung sind.

Planet Helligkeit [mag]
Merkur 10,8
Venus 6,4
Erde 6,8
Mars 16,2
Jupiter 5,2
Saturn 6,3
Uranus 11,1
Neptun 11,8

Das nächste Kriterium ist was davon die Kameras noch sehen. Leider fehlt das als absoluter Wert bei der Kamera. Aus einem Diagramm mit der Empfindlichkeit für die Spektralklassen der Sterne kann man für einen G2 Stern (die Sonne ist G2V) in etwa 9,7 Mag herauslesen. Jede Kamera hat ein Hintergrundrauschen, das je länger man belichtet, immer stärker wird, sodass schließlich wenig helle Objekte sich nicht mehr von dem Hintergrundrauschen hervorheben. 9,7 mag sind nicht viel, für ein Teleskop mit der Öffnung on 176,5 mm und einer Transmission von 60 Prozent wie sie die NAC hatte, sollte Mag 13,9 bei visueller Beobachtung möglich sein. Vidicons sind aber sehr lichtunempfindlich. Uranus ist z.B. mit bloßem Auge (ohne Teleskop) gerade noch sichtbar, doch Voyager musste schon mehrere Sekunden belichten, um ihn abzubilden. New Horizons mit einem CCD-Sensor in der Kamera kam bei Pluto trotz größerer Distanz mit einem Vierzigstel der Belichtungszeit von Voyager bei Neptun aus. (Der Faktor 40 entspricht 4 Größenklassen)

Bei einer Grenzgröße von 9,7 mag sind weder Mars, noch Merkur Uranus und Neptun mehr sichtbar. Neptun hat schon von der Erde aus gesehen maximal 7,9 mag und Voyager ist rund sechsmal weiter entfernt.

Man kann sich dem Kriterium auch anders nähern. Mars sollte auf dem Familienporträt von 1990 sichtbar sein, war es aber nicht. Er war damals schon zu schwach (Merkur wurde von der Sonne überstrahlt). Nimmt man das als Grenzgröße, so ergibt sich bei 4,4-mal größerer Entfernung und 19,4-mal weniger Licht, das alle Himmelskörper, die damals unter 3,3 Größenklassen lichtstärker als Mars es war, nicht mehr sichtbar sein dürfen. Damals hatte Mars eine Helligkeit von 7,4 Mag, demnach müsste heute alles unter 10,7 mag nicht mehr sichtbar sein. Mars ist daher ein schwächeres stärkeres Ausschlusskriterum, er war schon 1990 weit unter der Detektionsschwelle, die offene Frage ist aber um wie viel. Es bleiben also Venus, Erde, Jupiter und Saturn. (Bei den Magnituden ist ein größerer Wert nicht lichtstärker, sondern lichtschwächer).

Das Porträt

Das Porträt wäre mit wenigen Aufnahmen zu erledigen. In der Distanz von 175,3 AE bildet die NAC ein Gebiet von 194 x 194 Millionen km ab. Mit etwas Glück sind da auf einem Foto Venus und Erde, die sich maximal 258 Millionen km voneinander entfernen. Mit der WAC – Wide Angle Camera, bildet man sogar ein Gebiet von 1426 x 1426 Millionen km ab. Da kann man in einer Aufnahme dann das gesamte Planetensystem bis Jupiter, mit etwas Glück, wenn Jupiter auf der gleichen Seite wie Saturn ist, sogar alle vier Planeten abbilden. Allerdings ist die WAC um 1 mag lichtunempfindlicher. Die Bezeichnung „Wide Angle Camera“ muss man in Bezug auf die „Narrow Angle Camera“ sehen. Denn ihr Blickfeld entspricht in der Diagonale einem Objektiv mit über 500 mm Brennweite im Kleinbildformat (35 x 24 mm) – das sind die großen Dinger die Sportfotografen und Paparazzi benutzen.

In der Summe – vom Familienporträt bliebe wenig übrig, nur noch vier Planeten. Selbst die Sonne wäre in dieser Entfernung nur noch -15,4 Mag hell, nur wenig heller als der Vollmond (-14,7 mag).

Zum Buch

Ich mache gute Fortschritte, beim Schreiben der Recherche bin ich gerade bei Saturn, offen ist noch Uranus und Neptun sowie Teile anderer Kapitel. und nun hinken meine Korrekturleser hinterher.. Vor einigen Wochen war es noch anders. Ich verzettle mich immer in Details wie die Ermittlung der wahren Datenrate des FDS oder die Klärung warum es zwischen den Bildern so große Pausen bei der Übertragung gibt. Lösen konnte ich vieles nicht, es kostete aber viel Zeit. Mir fielen zwei Dinge auf. Das eine ist das ich an viele Dokumente nicht herankomme. Ich entdeckte eine Erläuterung von Carl Sagan wie das Familienporträt zustande kam. Sicher interessant und berichtenswert, aber nicht frei verfügbar.

Dieser Artikel ist von 1990. Wenn ich ihn haben will, so soll ich 31,50 Dollar zahlen – für einen dreißig Jahre alten Artikel. Auf solche Grenzen stoße ich öfters. Im Bereich Chemie bin ich sogar auf Artikel gestoßen, die 100 Jahre und älter sind, und die nicht frei verfügbar sind. Es ist klar, dass diese Zeitschriften sich über Abos von Institutionen finanzieren. Es gibt ja auch immer einen Button über den man als institutioneller Nutzer sich einloggen kann. Aber wie lange ist ein Artikel für die Forschung relevant? Ich denke einige Jahre. Danach sollte er frei verfügbar sein – Ich denke auch, wenn die Verlage mal eine Statistik machen, wie viel sie durch gekaufte Artikel verdienen und dies nach Jahren aufschlüsseln dürfte das nach wenigen Jahren rapide abnehmen. Die Einbuße wäre zu verkraften. Aber natürlich wird ein Verlag dies nicht freiwillig tun, man braucht eine gesetzliche Vorgabe dafür. Es gibt ja schon den freien Access als Konkurrenzmodell, das greift aber nicht bei so alten Artikeln.

Das zweite ist die „Verseichtung“. Die gibt es nicht nur bei Videos, es gibt sie auch bei Websites. Es gibt zwei Aspekte. Der eine ist, das früher Firmen und Behörden stolz auf ihre Träger und Raumsonden waren und sehr viele Informationen publizierten. Heute wird fast alles als Firmengeheimnis betrachtet. Bei Raumsonden finde ich noch gute Informationen über die Experimente, weil es hier den Publikationsdruck gibt, doch über die Raumsonden selbst immer weniger. Und bei den zahlreichen nun privat entwickelten Trägern findet sich in den Users Guide fast nichts mehr an relevanten Daten. Erklären kann ich mir es nicht – Voll- / Leermassen, Brennzeiten, Schub das sind einfache Basiswerte, die nun nicht viel über die eingesetzte Technologie verraten.

Wo es aber Infos gibt verseichten sie. Man möge einfach mal die offizielle Homepage von Voyager mit meinen schon existenten Artikeln über Voyager (und das Buch wird mindestens doppelt so umfangreich sein) vergleichen. Man sollte doch annehmen, dass die NASA Homepage mich um Längen schlägt. Das ist nicht der Fall. Mehr noch ich habe das dumpfe Gefühl sie ist nicht aktuell, denn ich kann kaum glauben, das jetzt noch vier bzw. fünf Instrumente aktiv sein sollen, wenn man 1990 ermittelt hat das im Jahr 2025 kein einziges Experiment mehr aktiv sein kann.

Ich habe wieder viel in Büchern gelesen und hier fand ich vieles was ich im Internet nicht fand. Sie sind das Gegenteil der Verseichtung. Aber sie sind am Aussterben. Im Internet steht ja angeblich alles und ich habe auch das dumpfe Gefühl, das sich die Verseichtung der Internetinhalte auf die geistige Aufnahmefähigkeit auswirkt. Ich habe ja schon beim Mercury-Programm auf der letzten Seite einen humoristische „Packungsbeilage“ angefügt und überlege nun einen Warnhinweis aufzunehmen, diesmal sogar auf der Coverrückseite also schon vor dem Kauf zu lesen. So in der Art „Warnung! Kann den geistigen Horizont von Internetaffinen oder Personen unter 30 überfordern“.

Derzeit sind es 375 Seiten, es sind mehr geworden, weil ich auch begonnen habe in fertige Kapitel Bilder einzufügen. Es werden sicher über 400 werden. Über den Preis kann ich noch nichts sagen, der hängt von der Anzahl der Farbseiten ab, aber rechnet mal mit 40 Euro aufwärts. Es wird mal Zeit das ich Preis zu viel seichteren Werken wie dem aktuellen von Eugen Reichl (352 Seiten, 40 Euro) aufschließe.

One thought on “Ein zweites Bild des „pale blue dots“

  1. Das verlinkte Paper gibt’s auch kostenlos bei Sci-Hub: https://sci-hub.st/10.1016/j.actaastro.2020.05.055

    “ Es ist klar, dass diese Zeitschriften sich über Abos von Institutionen finanzieren.“
    Diese Zeitschriften sind parasitär bis zum Gehtnichtmehr. Die Autoren der Aufsätze kriegen kein Geld (müssen oft noch für die Publikation zahlen), die Reviewer werden auch nicht bezahlt, die Unis müssen für die Abos extrem viel abdrücken (durch Paket-Abos oft mit für Zeitschriften, die sie gar nicht wollen); ich glaube, billiger in der Produktion sind nur noch Fanzines und Schülerzeitschriften.

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