L’esplorazione del Sistema solare

Di Pierluigi Battistini fonte@ bo.astro.it/

Le missioni verso i pianeti esterni

Pioneer 10 – Lancio: 3 marzo 1972; Giove: 3 dicembre 1973 – Nel febbraio del 1969 veniva varato il programma per la costruzione di due sonde interplanetarie da inviare verso i pianeti esterni Giove e Saturno; queste sonde vennero battezzate Pioneer 10 e 11.
La prima sorvolò Giove da circa 130.000 km il 3 dicembre 1973. Inviò a terra più di 300 fotografie del pianeta, della Grande Macchia Rossa e delle lune galileiane sebbene, di queste ultime, le immagini fossero poche e di bassa risoluzione. Inoltre verificò che l’eliosfera, cioè il vento solare è esteso oltre Giove ed effettuò misurazioni del campo magnetico del pianeta che risultò 12 volte più intenso di quello terrestre. Terminata la sua missione il Pioneer 10 si diresse verso i confini del Sistema solare che vennero superati il 13 giugno 1983 con l’attraversamento dell’orbita di Nettuno che, in quel punto, era più esterna di quella di Plutone. La missione è nominalmente terminata il 31 marzo 1997, ma i contatti non sono ancora stati persi: il primo ottobre 1998 la sonda si trovava ad una distanza dalla terra di 10,57 miliardi di chilometri (19 ore e 34 minuti luce).
Pioneer 11 – Lancio: 6 aprile 1973; Giove: 4 dicembre 1974; Saturno: 1 settembre 1979 – Sorvolò Giove nel dicembre del 1974, inviò 130 foto della superficie planetaria e riprese alcuni satelliti sempre con bassa risoluzione, scoprendo il polo sud ghiacciato di Callisto. Come il Pioneer 10 anche l’11 effettuò misurazioni sulla magnetosfera e l’atmosfera di Giove; quindi, sfruttando l’attrazione gravitazionale del pianeta, fu proiettato verso Saturno che raggiunse il primo settembre 1979. Scoprì la presenza di un nuovo anello, battezzato F, e di un nuovo satellite nelle sue vicinanze. Questa missione era importante sia per raccogliere informazioni preliminari sull’ambiente di Saturno che per riprogrammare al meglio le traiettorie delle sonde Voyager, che in quel periodo avevano appena superato Giove ed erano dirette a loro volta verso Saturno. Il Pioneer 11 inviò le prime foto ravvicinate di Saturno, dei suoi anelli e delle sue lune (sorvolò Titano da 360.000 km); inoltre misurò il campo magnetico del pianeta che risultò 1000 volte più intenso rispetto a quello terrestre. La NASA, il 30 settembre 1995, interruppe le comunicazioni con la sonda che si trovava, dopo oltre vent’anni di attività, in cattive condizioni operative a circa 6,5 miliardi di km dalla Terra.
Voyager 1 – Lancio: 5 settembre 1977; Giove: 5 marzo 1979; Saturno: 12 novembre 1980 – Nei primi anni settanta la NASA iniziò il progetto per la costruzione delle due sonde gemelle Voyager 1 e 2 destinate a ritornare su Giove e Saturno, per poi spingere l’esplorazione (con il Voyager 2) fino ai pianeti Urano e Nettuno.
Il Voyager 1 che giunse a destinazione il 5 marzo 1979, in anticipo sull’altra sonda partita prima perché viaggiò su una traiettoria più corta; sorvolò Giove da 22.000 km ed oltre ad ottenere immagini eccellenti del pianeta, fornì anche riprese ad alta risoluzione di Io, Ganimede e Callisto; su Io scoprì almeno 12 vulcani attivi. Venne confermata l’esistenza dell’anello di Giove, furono scoperte 3 nuove lune e misurata l’estensione e i valori della magnetosfera gioviana che risultò la più estesa ed intensa fra i pianeti del Sistema Solare.
Il Voyager 1 continuò quindi il suo viaggio verso Saturno, che raggiunse il 12 novembre 1980. Sorvolò l’emisfero meridionale di Saturno osservando il piano inferiore degli anelli e diversi satelliti. L’11 novembre 1980 il Voyager 1 sorvolò Titano (il satellite maggiore di Saturno con diametro di 5150 km) da circa 7000 km, rivelando un’uniforme atmosfera rossastra (colore forse dovuto all’Azoto e al metano) che impediva riprese della superficie; l’atmosfera di Titano risultò composta principalmente da Azoto, metano e Argon ad una temperatura di -180°C, mentre la pressione al suolo risultò di circa 1,5 atmosfere.
Conclusa la missione principale i Voyager sono ancora attivi per la Voyager Interstellar Mission che si prevede potrà proseguire ancora per un paio di decenni. Il Voyager 1 l’11 settembre 1998 si trovava ad una distanza di 10 miliardi e 689 milioni di km (19 ore e 51 minuti luce).
Voyager 2 – Lancio: 20 agosto 1977; Giove: 9 luglio 1979; Saturno: 26 agosto 1981; Urano: 24 gennaio 1986; Nettuno: 25 agosto 1989 – Il Voyager 2 che sorvolò Giove il 9 luglio 1979 da 700.000 km. Sorvolò quindi Europa, Ganimede e Callisto; riprese inoltre Io da circa 1.000.000 di km confermando l’intensa attività vulcanica del satellite.
Poi il Voyager 2 proseguì il suo viaggio verso Saturno che raggiunse il 25 agosto 1981 e continuò successivamente alla volta di Urano, raggiunto nel gennaio del 1986, e Nettuno nell’agosto del 1989. I Voyager, oltre a migliorare le conoscenze e a definire meglio la forma e le caratteristiche del campo magnetico di Giove, hanno verificato che il satellite Io è connesso al pianeta da un flusso di elettroni e ioni; questo flusso trasporta una corrente di 5 milioni di ampère che fluisce da Io a Giove attraverso il campo magnetico di quest’ultimo.
Anche questa sonda, dal 1989, partecipa alla Voyager Interstellar Mission. L” 11 settembre 1998 si trovava ad una distanza di 8 miliardi e 348 milioni di km (15 ore e 21 minuti luce).
Ulysses – Lancio: 6 ottobre 1990; Giove: 8 febbraio 1992 – Lanciato dallo Space Shuttle Discovery, ha raggiunto Giove nel febbraio del 1992, dove una manovra di “gravity assist” lo ha posto in un’orbita solare polare, dalla quale ha potuto osservare il polo sud del Sole nel 1994 e il polo nord nel 1995. La missione Ulisse ha esplorato per la prima volta l’eliosfera ad alte latitudini lontano dal piano dell’eclittica. I principali risultati di questa missione sono stati lo studio delle proprietà della corona solare ad alte latitudini, del vento solare, del campo magnetico dell’eliosfera dei raggi cosmici galattici e delle onde di plasma.
Galileo – Lancio: 18 ottobre 1989; Venere: 10 febbraio 1990; Terra: 8 dicembre 1990; Gaspra: 29 ottobre 1991; Terra: 8 dicembre 1992; Ida: 28 agosto 1993; Giove: 7 dicembre 1995 – La sonda Galileo è costituita da due moduli: un orbiter, destinato ad entrare in orbita intorno a Giove e un veicolo (Probe), costruito per penetrare nell’atmosfera del pianeta ed analizzarla. Inizialmente il viaggio della sonda fu previsto in due anni e mezzo con un’orbita diretta verso Giove, ma, a causa della tragica esplosione dello Space Shuttle avvenuta nel gennaio del 1986, venne abbandonato il progetto di utilizzare come propulsore il razzo Centaurus ad idrogeno ed ossigeno liquidi a favore del più sicuro, ma meno potente, razzo bistadio IUS a propellenti solidi.
Questo comportò un notevole aumento dei tempi e della complessità del viaggio; l’orbita studiata per la sonda si avvaleva della tecnica del “gravity assist”, con la quale il veicolo spaziale, utilizzando la spinta gravitazionale della Terra e di Venere, avrebbe acquistato la velocità necessaria per arrivare a destinazione. La Galileo venne lanciata da Cape Canaveral il 29 ottobre del 1989 con arrivo su Giove previsto per il dicembre 1995, dopo 6 anni complessivi di viaggio.
Nell’aprile del ’91 la mancata apertura dell’antenna ad alto guadagno fu un gravissimo incidente in grado di pregiudicare il risultato della missione; l’antenna ad ombrello non si aprì completamente e gli innumerevoli tentativi fatti per sbloccarla non servirono a nulla. L’unica speranza, per non pregiudicare la missione, era di utilizzare l’antenna a basso guadagno con una notevolissima perdita di efficienza nella trasmissione dei dati. A questo scopo la Galileo venne completamente riprogrammata tra il gennaio e il febbraio del 1995, e vennero inoltre potenziate le stazioni di ricezione a terra.
Il 7 dicembre del 1995 il Probe penetrò nell’atmosfera di Giove, mentre l’orbiter si immetteva in orbita intorno al pianeta. La capsula penetrò alla velocità di 170.000 km/h protetta dallo scudo termico che la fece decelerare e si riscaldò fino a 12.000°C; seguirono quindi l’apertura del paracadute, il distacco dello scudo termico e finalmente gli strumenti iniziarono la raccolta dati. La capsula atmosferica penetrò fino a 156 km di profondità rispetto alla zona di riferimento dell’atmosfera gioviana (che presenta la pressione di 1 bar) prima di interrompere la trasmissione dati alla sonda madre; a quella profondità la pressione era di 23 atmosfere e la temperatura di 150°C.
La missione dell’orbiter era quella di compiere passaggi ravvicinati e ripetuti dei satelliti Ganimede, Callisto ed Europa, per fornire immagini ad altissima risoluzione delle loro superfici. La missione è stata terminata con successo nel dicembre del 1997. Data la buona salute della sonda, a partire dal gennaio 1998 è stata avviata la Galileo Europa Mission con lo scopo di rivolgere particolare attenzione a questo satellite probabile candidato ad ospitare acqua allo stato liquido e quindi forme di vita primitive al di sotto della superficie. Anche quest’ultima fase è stata compiuta con un successo molto superiore alle aspettative
Cassini – Lancio: 15 ottobre 1997; Venere: 26 aprile 1998; Venere: giugno 1999; Terra: agosto 1999; Giove: dicembre 2000; Titano: luglio 2004; Saturno: luglio 2004 – Nell’ottobre del 1997 la grande sonda Cassini ha iniziato il suo lungo viaggio con destinazione Saturno. La missione è il frutto di una collaborazione internazionale che coinvolge la NASA, l’ESA (Agenzia Spaziale Europea), l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) e alcuni altri partners europei sia accademici che industriali. Numerose sofisticate apparecchiature scientifiche effettueranno 27 esperimenti e ricerche destinati ad indagare i misteri del pianeta. La sonda è costituita di due parti: una destinata a rimanere in orbita attorno a Saturno ed una destinata ad atterrare sul satellite Titano. L’interesse per quest’ultimo è dovuto soprattutto al fatto che possiede una atmosfera ed il suo ambiente, nonostante la bassa temperatura, è probabilmente simile a quello della terra primordiale. Secondo il programma, Cassini dovrà inviare i suoi dati scientifici a terra fra il 2004 e il 2008.