Was wäre, wenn die Voyager in der Ebene der Ekliptik geblieben wären?

Das Voyager-Raumschiff hatte fast keine Antriebsmöglichkeiten. Sie wurden auf einer "Grand Tour"-Trajektorie gestartet, die Gravitationshilfen nutzte, um Begegnungen mit Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und optional Pluto zu ermöglichen. Um dieser Flugbahn zu folgen, ist die Route, die das Raumfahrzeug an jedem Planeten vorbei nehmen kann, sehr stark eingeschränkt.

Hauptunterschiede dazu, beide Raumfahrzeuge in der Ebene der Ekliptik zu halten:

1. Weniger Daten von einem Titan-Vorbeiflug. Die NASA wählte für Titan eine Vorbeiflugroute aus, die Voyager 1 dicht über den Südpol des Mondes und durch seinen Schatten führen würde. Beides erhöhte die Menge an atmosphärischen Daten, die gesammelt werden konnten, erheblich, aber die resultierende Gravitationsunterstützung gab Voyager 1 zwangsläufig eine Geschwindigkeit außerhalb des Flugzeugs, die weit über dem lag, was ihre Triebwerke aushalten konnten. Ein alternativer äquatorialer Vorbeiflug hätte Voyager 1 in der Ebene der Ekliptik gehalten, aber eine Begegnung, die weit genug entfernt wäre, um ihre Flugbahn nicht zu stören, würde begrenzte Daten liefern, während eine enge Begegnung sie von der Flugbahn der Grand Tour abbringen würde.

2. Verschiedene Mondbegegnungen bei Saturn. Die Flugbahnänderung bei Titan brachte Voyager 1 auf einen anderen Weg durch das Saturnsystem als Voyager 2 und gab unterschiedliche Ansichten der Saturnmonde, sowohl in Bezug auf die Blickrichtung als auch in Bezug darauf, welche nahe sind.

3. Keine Polardaten von einem Neptun-Vorbeiflug und wahrscheinlich keine Triton-Begegnung. Neptuns Mond Triton ist um 60 Grad zur Ekliptik geneigt. Eine Begegnung in der Ebene mit ihm kann nur am aufsteigenden oder absteigenden Knoten seiner Umlaufbahn stattfinden; Eine Ausrichtung zwischen einem Knoten und der Grand-Tour-Trajektorie findet nur viermal pro Neptun-Umlaufbahn (164,8 Jahre) statt. Jede Begegnung mit Triton würde Voyager 2 von der Flugbahn der Grand Tour abbringen, daher entschied die NASA, dass der größte wissenschaftliche Wert darin bestehen würde, auf dem Weg zu einer Triton-Begegnung tief über Neptuns Nordpol zu fliegen.

4. Eine mögliche Begegnung mit Nereiden. Im Gegensatz zu Triton umkreist Nereid nahe der Ebene der Ekliptik. Ein Neptun-Vorbeiflug, der nicht versucht, Triton zu treffen, könnte angewiesen werden, an Nereid vorbeizufliegen oder zumindest näher an den 4,7 Millionen Kilometern von Voyager 2 vorbeizufliegen. (Absichtliche Begegnungen mit Neptuns anderen Monden sind nicht möglich: Nur Larissa wurde vor dem Vorbeiflug von Voyager 2 entdeckt, und seine Umlaufbahn war zu diesem Zeitpunkt nicht bekannt.)

5. Ein möglicher Pluto-Vorbeiflug. Wenn es in der Ekliptik geblieben wäre, hätte Voyager 1 durch eine Gravitationsunterstützung bei Saturn zu Pluto umgeleitet werden können. (Voyager 2 hätte am Neptun umgeleitet werden können, aber es wäre ein viel längerer Flug gewesen).

6. Verschiedene Beobachtungen am Rand des Sonnensystems. Es wird angenommen, dass der Terminierungsschock, die Helioseath und andere Merkmale der Grenze des Sonnensystems mit der Sonnenbreite variieren. Begegnungen in der Nähe des Äquators würden sich von Begegnungen in hohen Breiten unterscheiden und würden nach den beliebtesten Modellen deutlich später stattfinden.

Unterschiede in den Ergebnisdaten:

• kein naher Triton-Vorbeiflug für Voyager 2, Unterschiede in den Monden, die während der Neptun-Begegnung beobachtet werden konnten
• kein naher Titan-Vorbeiflug für Voyager 1, Unterschiede in den Monden, die während der Saturn-Begegnung beobachtet werden konnten
• möglicherweise ein Pluto-Vorbeiflug für Voyager 1
• wahrscheinlich einige Unterschiede im Timing der Heliosheath-Begegnung (Heliosheath ist nicht kugelförmig, AFAIK, daher könnte der Übergang in die Heilscheide früher oder später erfolgen)

Weitere Hintergrundinformationen und Details zu den Voyager-Entscheidungen finden Sie in dieser Antwort auf Warum besuchte Pioneer 11 Uranus/Neptun nicht und warum besuchte Voyager 1 Pluto nicht?

Unterschiede im Missionsmanagement: Mir fallen keine ein.

Ausgehend von den Zahlen vom Juli 2016, die ich verwendet habe, um das Diagramm in der Frage zu erstellen, war Voyager 1 in der Ebene 149 AE von der Sonne entfernt ($\sqrt{x^2+y^2}$) und bei +108 AU außerhalb des Flugzeugs ($z$). Für Voyager 2 sind das 114 bzw. -100 AU .

Das bedeutet, dass Voyager 1 und 2 aus der Nähe der Sonne, einschließlich der Erde, 36 Grad über der Ekliptik bzw. 41 Grad unter ihr liegen werden.

Warum ist das wichtig zu wissen? Denn die Breitengrade der drei Standorte des Deep Space Network, über die täglich mit den Voyagern kommuniziert wird, sind wie folgt: Canberra : -35,4 , Madrid : +40,4 , Goldstone : +35,4

Ich habe die historischen DSN-Kommunikationsaufzeichnungen für die Voyager noch nicht überprüft, aber mit ziemlicher Sicherheit bedeutet dies, dass Voyager 2 am häufigsten mit Canberra und (wahrscheinlich) nie mit Madrid spricht, während Voyager 1 fast nie (wenn überhaupt) mit Canberra spricht.

Wenn die beiden Reisenden viel näher an der Ebene der Ekliptik wären, wäre die Planung des Hochladens von Befehlen und des Herunterladens von Daten viel entspannter!