A espaçonave gêmea Voyager capturou a imaginação do público nas décadas de 1970 e 1980 como os primeiros embaixadores da Terra para os planetas exteriores, fornecendo imagens em close de Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. A Voyager 2 saltou primeiro para o céu, em 17 de agosto de 1977, seguida algumas semanas depois pela Voyager 1 em 5 de setembro.

O astrofísico de Princeton em início de carreira Jamie Rankin está agora desempenhando um papel de liderança na equipe Voyager que continua a rastrear as sondas antigas, cada uma a mais de 10 bilhões de milhas da Terra.

De muitas maneiras, as gêmeas Voyager são cápsulas do tempo de sua época. Ambos carregam um toca-fitas de oito faixas para gravar dados, têm 3 milhões de vezes menos memória que os celulares modernos e transmitem dados cerca de 40.000 vezes mais devagar que uma conexão de internet 5G. Ambos têm um Disco de Ouro: uma mensagem da humanidade para o cosmos com saudações em 55 idiomas, fotos de pessoas e lugares na Terra e músicas que vão de Beethoven a “Johnny B. Goode” de Chuck Berry.

Nas últimas décadas, as missões ganharam poucas manchetes, mas a pequena espaçonave continuou viajando sob a liderança do cientista do projeto Ed Stone. Apesar de seus sistemas de memória e transmissão agora arcaicos, as Voyagers permanecem na vanguarda da exploração espacial como os únicos instrumentos a viajar pelo espaço interestelar.

Após a recente aposentadoria de Stone, Linda Spilker, que está envolvida com a Voyager desde 1977, assumiu o lugar de Stone, e Rankin foi selecionado para ser o vice-cientista do projeto Voyagers.

Com apenas 34 anos, Rankin é um dos pesquisadores mais jovens a ter um título tão elevado.

Nicola “Nicky” Fox, diretor da Divisão de Heliofísica da NASA, supervisiona todas as missões solares e de heliosfera para a NASA e participou da seleção de Rankin como o segundo vice-cientista do projeto da Voyager.

“Jamie é uma estrela do rock absoluta”, disse Fox. “Eu acho que é muito importante quando você vê alguém que tem tanto talento, que pode fazer coisas realmente incríveis, que você dê oportunidades a eles.”

“A Voyager é uma missão fantástica e estou muito grato por esta oportunidade,” disse Rankin, que é um investigador associado em Princeton e instrutor da classe de laboratório de física espacial. “Só estou aqui porque tive tantos professores e mentores que acreditaram em mim; Nunca esperei chegar a um lugar como Princeton. Não posso exagerar a importância da orientação. Adoro ensinar os alunos aqui e dar a eles oportunidades com a instrumentação de voo espacial da NASA, porque sou muito grato pelas oportunidades que me foram dadas.”

Rankin foi o último aluno de pós-graduação de Ed Stone na Caltech. Ele havia jurado cerca de 25 anos antes que não aceitaria mais alunos de pós-graduação, mas Rankin o pressionou implacavelmente até que ele a aceitasse.

“Fiz a primeira tese sobre os dados da Voyager do espaço interestelar”, disse Rankin. “Cheguei ao Caltech seis dias depois que a Voyager 1 alcançou o espaço interestelar, então pude ver toda essa história se desenrolar. Comecei a pensar na Voyager completamente a partir da perspectiva interestelar, que era muito diferente de qualquer outra pessoa da equipe da Voyager, a maioria dos quais está na missão desde o início.”

“Conheci Jamie quando ela era uma estudante de pós-graduação na Caltech, trabalhando em meu  instrumento IS?IS , que agora está voando na Parker Solar Probe”, disse David McComas, professor de ciências astrofísicas e vice-presidente do Princeton Plasma Physics Laboratory. “Eu soube imediatamente que ela era o tipo de jovem física experimental excepcional que tínhamos de recrutar para nosso grupo de Física Espacial em Princeton. Desde que chegou, as habilidades de Jamie cresceram tão rapidamente que, além de co-ensinar nossa aula de laboratório, ela conseguiu assumir a liderança do instrumento Solar Wind and Pickup Ion (SWAPI) no IMAP, que está em desenvolvimento para lançamento em 2025. Jamie fez coisas realmente excepcionais desde que se juntou a nós e está a caminho de ser um dos novos líderes em nosso campo.”

“Quando entrei na sala da equipe da Voyager, meu primeiro dia como aluno de pós-graduação, percebi que havia pelo menos três décadas de diferença de idade entre mim e a pessoa mais jovem da sala”, disse Rankin. “E quando comecei como aluno de pós-graduação, havia uma diferença de idade de 50 anos entre mim e Ed. Nós pulamos uma geração lá. Mas o que é realmente interessante sobre isso é que, para futuras missões espaciais, se as pessoas quiserem enviar um instrumento para muito longe, elas precisam ter uma equipe multigeracional. Com as Voyagers, eles simplesmente não sabiam; ninguém esperava que a missão sobrevivesse por tanto tempo.”

Dois anos após seu lançamento em 1977, as sondas gêmeas passaram por Júpiter, iniciando os encontros planetários pelos quais a Voyager é mais conhecida. Ambas as espaçonaves visitaram Júpiter e Saturno, depois a Voyager 1 saiu do sistema solar, enquanto a ligeiramente mais lenta Voyager 2 seguiu para Urano e Netuno.

Todos os encontros planetários terminaram em 10 anos e, em 1º de janeiro de 1990, a Missão Interestelar Voyager começou oficialmente - embora as Voyagers não estivessem tecnicamente no espaço interestelar até que saíssem da heliosfera, a bolha do espaço ao redor do nosso sol. .

Duas décadas tranquilas depois de deixar para trás os planetas externos, a Voyager 1 cruzou a heliopausa em agosto de 2012. Sua gêmea mais lenta cruzou essa fronteira seis anos depois, em novembro de 2018.

“Este é um momento incrível para estudar a heliosfera externa”, disse Fox da NASA. “Pela primeira vez, temos muitos ativos focados na heliosfera externa.”

Fox citou a missão IBEX, chefiada por McComas, que passou anos visualizando a borda externa do sistema solar; New Horizons, que há muito passou por Plutão e está se aproximando do choque de terminação; IMAP, também liderado por McComas, que mapeará a heliosfera em detalhes; e, claro, as Voyagers, a única espaçonave a se aventurar tão longe de nosso sol.

“A ciência que ainda vem das Voyagers é incrível – e subestimada”, disse Rankin. “Tudo – tudo – que medimos no espaço é filtrado pelo vento solar – através do sol e seu plasma e campos magnéticos. E tudo medido por telescópios baseados na Terra também é filtrado por nossa atmosfera.

“A primeira vez que pudemos medir o espaço diretamente, sem sermos perturbados pelo sol, foi quando a Voyager cruzou o meio interestelar.”

Uma coisa que a Voyager mediu foi o nível de radiação incidente, que era quase 10 vezes maior fora da heliosfera do que dentro da bolha. Essa radiação pode representar uma ameaça mortal para os astronautas, mas as Voyagers mostraram que o sol, através do vento solar e da heliosfera, está filtrando até 90% da radiação interestelar.

“O vento solar está realmente nos protegendo”, disse Rankin. “Antes das Voyagers chegarem aqui, ninguém sabia o quanto estávamos sendo protegidos.”

As Voyagers também descobriram que o sol interage com seus limites de maneira diferente do que os cientistas esperavam. “Quando dois plasmas magnetizados se encontram, é como ímãs norte-norte – eles nunca podem se misturar”, explicou Rankin. “Portanto, o plasma solar, o vento solar, não pode se misturar com o plasma interestelar. Mas também existem partículas neutras lá fora que não são eletrificadas, então elas não se importam, elas apenas passam direto pelos limites heliosféricos, inconscientes. Eventualmente, eles influenciam nosso ambiente solar, e nosso ambiente pode influenciá-los”. Embora as Voyagers não estejam equipadas para medir diretamente essas partículas neutras, outras missões, como IBEX e New Horizons, forneceram informações complementares sobre a natureza dessas interações únicas em toda a heliosfera.

Quando o IMAP for lançado em 2025, ele mapeará essa indescritível zona de fronteira em grande detalhe, fornecendo uma imagem abrangente para complementar os dados profundos, mas geograficamente limitados, que as duas Voyagers coletaram.

A enorme variedade de missões espaciais da NASA geralmente se enquadra em duas categorias: missões menores que são executadas por um único investigador principal (quase sempre abreviado para PI) e missões maiores que possuem PIs para cada um de seus instrumentos. McComas, por exemplo, além de ser vice-presidente do Princeton Plasma Physics Lab e professor de ciências astrofísicas, é o PI de muitas missões e instrumentos, incluindo as missões IBEX e IMAP e o  conjunto de instrumentos IS?IS no Parker Solar Sonda.

As grandes missões têm um cientista de projeto (e às vezes um substituto) para coordenar os esforços de pesquisa da missão, para garantir que os diferentes PIs de instrumentos não fiquem muito isolados em seus pensamentos e para fornecer liderança.

“Atualmente na Voyager, o que parece é fazer algumas escolhas difíceis”, disse Rankin. “Estas são espaçonaves antigas e queremos manter a missão funcionando o maior tempo possível. Mas eles estão em um território completamente novo, tanto geograficamente quanto no sentido de que são as primeiras espaçonaves que operam há tanto tempo. Eles acabaram de comemorar seus 45 anos de lançamento. Então, como eles envelhecem e por quanto tempo eles podem continuar – tudo isso é crítico para priorizar a ciência que resta.”

As Voyagers são alimentadas por plutônio-238, que tem uma meia-vida de 88 anos. “Parecia uma eternidade quando eles foram lançados, mas agora estamos na metade dessa meia-vida e não há muita energia básica para operar a espaçonave”, disse Rankin. “As equipes da Voyager já desligaram alguns dos instrumentos – eles desligaram as câmeras com o fim da missão planetária – e vi Ed liderar a equipe da Voyager a uma decisão consensual de começar a desligar os aquecedores dos instrumentos restantes. Ninguém sabia se os instrumentos poderiam operar sem os aquecedores, mas a escolha era desligar mais instrumentos, desligar os aquecedores ou perder a espaçonave. O que você faz?"

Felizmente, os instrumentos continuaram a gerar e transmitir dados à medida que os aquecedores foram desligados, um por um.

A espaçonave envelhecida também não tem nem perto da potência de transmissão necessária para enviar um sinal claro através de bilhões de quilômetros de volta à Terra, o que significa que os telescópios baseados na Terra tiveram que trabalhar cada vez mais para detectar seus sinais fracos.

“Ed uma vez o descreveu para mim como uma lâmpada de geladeira piscando no espaço”, disse Rankin. “É desse tipo de intensidade de sinal que estamos falando. Portanto, temos que fazer esforços heróicos no terreno para nos comunicarmos com eles. Se os avanços na Terra não tivessem acontecido – incluindo a construção de antenas de 70 metros para a Rede do Espaço Profundo – não teríamos conseguido manter a comunicação com as Voyagers à medida que elas se afastavam cada vez mais.”

A Voyager 1 está agora bilhões de milhas fora da heliopausa, tão longe dessa fronteira quanto Netuno está da Terra, e acelerando a cerca de um milhão de milhas por dia.

E ainda está fazendo descobertas notáveis, disse Rankin. “Mesmo a essa distância, ainda vê os efeitos do sol. Quando erupções solares ou ejeções de massa coronal irrompem do sol, elas viajam através do sistema solar, e acontece que podem se acumular e se fundir em eventos gigantes que realmente alcançam todo o caminho até a heliopausa e então empurram contra esse limite - e então que envia ondulações no espaço interestelar. E a Voyager pode vê-lo.”

A distância das Voyagers também lhes dá uma perspectiva completamente diferente da Terra e do Sol. “A Voyager nos permite, pela primeira vez, observar nossa própria estrela e nosso próprio sistema planetário de fora”, disse Rankin. “Durante décadas, observamos outras estrelas de fora e coletamos dados remotos, mas tudo o que sabíamos sobre nossa própria estrela era 'de dentro', por assim dizer. Então, o que parecemos do lado de fora? A única maneira de saber é ter uma espaçonave lá fora – ou, melhor ainda, duas espaçonaves em locais diferentes.”