Aurinkokunnan ulkopuolella olevat luotaimet

Aurinkokunnasta lähtevät keinotekoiset esineet ovat kaikki NASAn avaruusluotaimia tai niiden kantorakettien ylempiä vaiheita. Kolme luotainta, Voyager 1, Voyager 2 ja New Horizons toimivat edelleen ja ovat säännöllisesti yhteydessä radioviestinnällä. Pioneer 10 ja Pioneer 11 ovat nyt hylättyjä. Näiden luotainten lisäksi jotkin ylemmät vaiheet ja tasapainotuspainot lähtevät Aurinkokunnasta olettaen, että ne jatkavat lentoratojaan. Nämä kohteet ovat poistumassa Aurinkokunnasta, koska niiden nopeus ja suunta vievät ne pois Auringosta. Niiden etäisyydellä Auringon vetovoima ei riitä vetämään näitä esineitä takaisinja pitämään ne Auringon kiertoradalla. Auringon vetovoima vaikuttaa kuitenkin niihin. Se hidastaa niitä, mutta ne kulkevat silti pakonopeutta nopeammin ja menevät Aurinkokunnan ulkopuolelle tähtienväliseen avaruuteen.

Planeettojen tutkimusluotaimet 
Pioneer 10 laukaistiin vuonna 1972. Se lensi Jupiterin ohi vuonna 1973 ja on menossa Aldebaranin suuntaan (65 valovuoden etäisyydellä) Härän tähtikuviossa. Yhteys luotaimeen katkesi tammikuussa 2003. Sen arvioidaan ylittäneen 132 astronomista yksikköä (AU; yksi AU on suunnilleen keskimääräinen etäisyys Maan ja Auringon välillä: 150 miljoonaa kilometriä).
Pioneer 11 laukaistiin vuonna 1973. Se lensi ohi Jupiterin vuonna 1974 ja Saturnuksen vuonna 1979. Yhteys katkesi marraskuussa 1995. Sen arvioidaan olevan noin 107 AU.  Luotain on matkalla kohti tähtikuviota Aquila, tähtikuviosta luoteeseen Jousimiehen tähtikuvioon. Tapauksen estäminen, Pioneer 11 ohittaa yhden tähdistön tähdistä noin 4 miljoonan vuoden kuluttua.
Voyager 2 laukaistiin elokuussa 1977. Se lensi Jupiterin ohi vuonna 1979, Saturnuksen vuonna 1981, Uranuksen vuonna 1986 ja Nepunuksen vuonna 1989. Luotain lähti heliosfääristä tähtienväliseen avaruuteen 119 AU 5.11.2018. Voyager 2 on vielä aktiivinen. Se ei ole suuntaa kohti mitään tiettyä tähteä, vaikka noin 40 000 vuoden kuluttua sen pitäisi kulkea 1,7 valovuoden päässä tähdestä Ross 248. Jos häiritsemättä 296000 vuotta, sen pitäisi ohittaa tähti Sirius 4,3 valovuoden etäisyydellä.
Voyager 1 laukaistiin lokakuussa vuonna 1977. Se lensi Jupiterin ohi vuonna 1979 ja Saturnuksen ohi vuonna 1980. Voyager 1 kulki erityisen läheltä Saturnuksen kuuta Titania. Tutkimus läpäisi heliopaussin 121 AU 25.10.2012 päästäkseen tähtien väliseen avaruuteen. Voyager 1 on vielä aktiivinen. Se on matkalla kohti kohtaamista Gliese 445 tähden kanssa (AC +79 3888), joka sijaitsee 17.6 valovuotta Maasta, noin 40 000 vuodessa.
New Horizons laukaistiin vuonna 2006, Luotain lensi Jupiterin ohi vuonna 2007 ja Pluton ohi 14.7.2015. Se lensi Kuiperin vyöhykkeenn ohi object 486958 Arrokoth 1.1.2019, osana Kuiperin vyöhykkeen laajennettua tehtävää (KEM).

Riippuen kuinka "Pioneerin poikkeama" vaikuttaa siihen, New Horizons myös todennäköisesti ohittaa Pioneer -luotaimen. Ohitus tapahtuu useiden vuosien kuluttua. Se ei ohita Pioneer 11 -luotainta ennen 2200-lukua. Eikä se ohita Pioneer 10 -luotainta tällä vuosisadalla. Se ei ohita koskaan Voyagereita.

Vaikka muut luotaimet käynnistettiin ensin, Voyager 1 -luotain on saavuttanut suuremman nopeuden ja ohittanut kaikki muut. Voyager 1 -luotain ohitti Voyager 2 -luotaimen muutaman kuukauden kuluttua sen laukaisusta 19. joulukuuta 1977. Se ohitti Pioneer 11 -luotaimen vuonna 1983 ja sitten Pioneer 10-luotaimen — Maasta kauimpana sijaitsevan luotaimen – 17. helmikuuta 1998. Voyager 2 liikkuu nopeammin kuin kaikki muut ennen sitä käynnistetyt luotaimet. Se ohitti Pioneer 11:n 1980-luvun lopulla ja ohittaa Pioneer 10:n vuonna 2023.

Nopeus ja etäisyys auringosta 
Taulukon etäisyydet kontekstissa voidaan todeta, että Pluton keskimääräinen etäisyys (puoli-suurakseli) on noin 40 AU.

Huom: Päivä yllä kuten Huhtikuun 19. 2023. Lähde: JPL, heavens-above.com, ja New Horizonsille.

Auringon pakonopeus on etäisyyden (r) funktio Auringon keskustasta

jossa G Msun on heliosentrinen standardi gravitaatioparametri. Auringon pinnalta vaadittava alkunopeus pakonopeudeksi on , ja putoaa alas kohtaan  Maan etäisyydellä Auringosta (1 AU), ja  100 AU:n etäisyydellä.

Poistuakseen aurinkokunnasta luotain on saavutettava paikallinen pakonopeus. Maasta poistumisen jälkeen Auringon pakonopeus on 42,1 km/s. Tämän nopeuden saavuttamiseksi on erittäin edullista käyttää myös kiertoradan nopeutta. Maa Auringon ympärillä, jonka nopeus on 29,78 km/s. Myöhemmin ohitettuaan planeetan läheltä luotain voi saada lisänopeutta gravitaation avustuksella.

Propulsiovaiheet 

Jokainen planeetta-luotain asetettiin pakoradalle monivaiheisella raketilla. Raketin viimeinen vaihe päätyy lähes samalle radalle kuin sen laukaisema luotain. Koska näitä vaiheita ei voida ohjata aktiivisesti, niiden liikeradat ovat nyt erilaiset kuin niiden laukaisemien luotaimien liikeradat. Luotaimet ohjattiin pienillä ohjauspotkureilla, jotka mahdollistavat kurssin muuttamisen. Kuitenkin tapauksissa, joissa luotain saavutti pakonopeuden painovoiman avustamana, vaiheilla ei välttämättä ole samanlaista kurssia. Ja on erittäin pieni todennäköisyys, että ne törmäsivät johonkin. Pakoratojen vaiheet ovat:

 Pioneer 10 kolmas vaihe, a TE364-4 Star-37 variantti kiinteän polttoaineen raketti.
 Voyager 1 neljäs vaihe, Star-37E kiinteän polttoaineen raketti.
 Voyager 2 neljäs vaihe, Star-37E kiinteän polttoaineen raketti.
 New Horizons kolmas vaihe, Star-48B kiinteän polttoaineen raketti, on samankaltaisella pakoradalla aurinkokunnasta "New Horizonsiin" ja saapuu Jupiteriin kuusi tuntia ennen "New Horizonsia". 15.10.2015 se ohitti Pluton kiertoradan 213 miljoonan kilometrin (yli 1 AU) etäisyydellä Plutosta. Tämä tapahtui neljä kuukautta "New Horizonsin" Pluton ohilennon jälkeen.

Lisäksi kahta pientä tasapainotuspainoa käytettiin vähentämään New Horizons -luotaimen pyörimistä ennen sen vapauttamista kolmannen vaiheen raketista. Kun pyörimisnopeutta laskettiin, nämä massat ja johdot vapautuivat, ja niin ne ovat myös pakoradalla aurinkokunnasta..

Mikään yllä olevista kohteista ei ole jäljitettävissä – niissä ei ole virta- tai radioantennia, ne pyörivät hallitsemattomasti ja ovat liian pieniä havaittavaksi. Heidän tarkkaa sijaintiaan ei voida tietää niiden aurinkokunnan ennakoitujen pakopolkujen ulkopuolella.

Pioneer 11 -luotaimen kolmas vaihe uskotaan olevan auringon kiertoradalla, koska sen kohtaaminen Jupiterin kanssa ei olisi johtanut pakoon aurinkokunnasta. Pioneer 11 saavutti vaaditun velocity paeta aurinkokunnasta sen myöhemmässä kohtaamisessa Saturnuksen kanssa Joulukuussa 2018.

19.1.2006 New Horizons -luotain Plutoon laukaistiin suoraan auringonpakoradalle klo Cape Canaveralista käyttämällä Atlas V ja Common Core ooster, Centaur yläosaa, ja Star 48B kolmatta vaihetta. New Horizons ohitti Kuun kiertoradan vain yhdeksässä tunnissa. Myöhempi Jupiterin kohtaaminen vain lisäsi sen nopeutta ja mahdollisti luotain saapumisen Plutoon kolme vuotta aikaisemmin kuin ilman tätä kohtaamista.

Siten ainoat esineet, jotka on tähän mennessä käynnistetty suoraan auringon pakoradalle, olivat New Horizons -luotaimen kolmas vaihe ja kaksi pyörähdysmassaa. New Horizons Centaur rakettivaiheen 2. vaihe ei pakene. Se on 2,83 vuoden heliosentrisellä (Auringon) kiertoradalla.

Pioneer 10 ja 11 sekä Voyager 1 ja 2 Centaur (toinen) vaiheet ovat myös heliosentrisillä kiertoradoilla.

Tulevaisuus 
Kaikki luetellut luotaimet jatkavat todennäköisesti syvään avaruuteen miljardien vuosien kuluttua (Auringon pääsarja). Niiden olisi poikkeuksellisen epätodennäköistä törmätä toiseen taivaankappaleeseen tai joutua sen gravitaatioon.

Yksi arvioitu aikaskaalaus Pioneer- tai Voyager-luotainten törmäyksen todennäköisyydelle tähden (tai tähtijäännöksen) kanssa on 1020 (100 kvintiljoonaa) vuotta. On kuitenkin erittäin epätodennäköistä, että ne saavuttavat tarpeeksi nopeutta paetakseen Linnunradan galaksista (tai sen tuleva fuusio Andromedan galaksin kanssa) galaksien väliseen tilaan.

Odysseus
Vuonna 1990 Odysseus laukaistiin ja sen tarkoituksena oli tutkia Aurinkoa. Sen laajennettu tehtävä päättyi vuonna 2008. Odysseus on tällä hetkellä 79°:n kaltevuuden kiertoradalla Auringon ympäri ja sen apogeum ylittää Jupiterin kiertoradan. Marraskuussa 2098 se lentää uudelleen Jupiterin kanssa ja ohittaa sen kuut Euroopan ja Ganymedeen. Tämän ritsaliikkeen jälkeen se mahdollisesti siirtyy hyperbeliselle liikeradalle Auringon ympäri ja lopulta poistuu aurinkokunnasta.

Odysseus on nyt sammutettu, koska sen radioisotooppitermosähkögeneraattori (RTG) ei anna enään sähköä. Odysseukseen ei saada yhteyttä eikä sitä voi seurata tai ohjata millään tavalla. Sen tarkka lentorata on siksi tuntematon, koska auringon säteilypaineen kaltaiset tekijät voivat muuttaa merkittävästi sen reittiä.

Galleria

Viitteet

Aiheesta muualla 
Avaruusalukset pakenevat aurinkokunnasta sivustolla heavens-above.com
NASA = Planeetan painovoiman selittäminen
ja Pioneer-luotainten tulevat tähtien ohitukset määritetty Gaia Data Release 2:n avulla