Jak się zmienia prędkość sondy Voyager 2?

Pytanie

Pyta Piotr

Voyager 2 został wystrzelony w 1977 roku i od tego czasu nieprzerwanie działa na niego przyciąganie grawitacyjne. Czy wobec tego jego prędkość maleje, a jeśli nie to dlaczego?

Odpowiedź

Odpowiada Bartosz Prech

Sonda kosmiczna Voyager 2 faktycznie została wystrzelona w sierpniu 1977 roku (czyli jej misja trwa już 46 lat!), jej celem jest dostarczanie bezpośrednich danych obserwacyjnych z Układu Słonecznego.

Pewna charakterystyka prędkości sondy została przedstawiona w odpowiedzi do pytania o trajektorię Voyagera 2 , przytoczone dane pochodzą jednak z 2018 roku – dlatego pozwolę je sobie zaktualizować. Dane techniczne dotyczące prędkości i położenia sondy znajdują się oficjalnej stronie NASA misji, gdzie można odczytać, że sonda znajduje się aktualnie w odległości nieco ponad 136 AU od Ziemi (AU to jednostka astronomiczna, czyli średnia odległość między Ziemią a Słońcem, w przybliżeniu wynosi ona 150 mln. kilometrów), a jej szacowana prędkość względem słońca wynosi około 34500 mil na godzinę (to jest około 55100 km/h).

Przechodząc do meritum pytania, mimo znacznego oddalenia sondy od Słońca nadal odczuwa ona wpływ grawitacyjny gwiazdy i jej prędkość maleje. Jednakże mechanizm tracenia prędkości przez kapsułę jest w tym momencie minimalny, z kilku powodów. Po pierwsze, grawitacja działa  $\propto \frac{1}{r^2}$, zatem przyspieszenie grawitacyjne jakie odczuwa sonda wynosi w przybliżeniu newtonowskim $3,25*10^{-7}$m/s$^2$. Wartość ta jest bardzo niewielka, dodatkowo cały czas się zmniejsza wraz z oddalaniem się sondy od Słońca. Przykładowo, taka siła spowalniania grawitacyjnego działając na samochód poruszający się z prędkością 10m/s (36km/h)  zatrzymałaby go w czasie około 355 dni.

Sama sonda raczej nie posiada własnego systemu napędowego. Jest wyposażona w małe silniki, ale mają one raczej charakter sterujący, byłyby nieefektywne do jej systematycznego napędzania. Jednak początkowo nadana prędkość Voyagerowi 2 była tak duża oraz jego mechanizmy rozpędzania się (opisane bardziej szczegółowo tutaj) wystarczyły, by nadać kapsule wystarczającą prędkość do opuszczenia Układu Słonecznego. Mimo że nadal na sondę działa siła grawitacji Słońca, to jest na tyle nieznaczna, iż nie jest w stanie wyhamować sondy i ta najpewniej wyleci ona w przyszłości daleko poza granice Układu Słonecznego.