Pioneer 11: Da Quarant'anni Nello Spazio

Lancio del Pioneer 11

Per la serie "notizie di Astronomia", il cui studio inizieremo a scuola il 9 Aprile prossimo, vi propongo, ragazzi di 3°B, un articolo sui quarant'anni nello spazio della gloriosa sonda Pioneer 11.

Il 5 aprile 1973, un piccolo e ambizioso veicolo spaziale veniva lanciato da Cape Canaveral, in direzione del terzo punto più luminoso nel cielo notturno, Saturno!

Seguendo le orme di sua sorella Pioneer 10, Pioneer 11 fu progettata come una copia di backup per la pericolosa missione. Un solo strumento aggiuntivo, il Flux-Gate Magnetometer, era l'unica differenza tra Pioneer 11 e Pioneer 10, primo oggetto costruito dall'uomo atto a lasciare il sistema solare interno e già in viaggio alla volta del primo e più massiccio tra i pianeti gassosi giganti, Giove. 

All'inizio del 1974, il viaggio di Pioneer 10 verso Giove si era rivelato un successo: la sonda non aveva subito alcun danno, attraversando la fascia degli asteroidi; pochi i danni permanenti da radiazioni, durante il suo incontro con Giove, ed era tornata con una quantità di dati scientifici di gran lunga superiore  al previsto.
Dopo il successo di Pioneer 10, si progettò di includere nella missione di Pioneer 11 un altro incontro planetario. Il team scientifico del NASA Ames Research Center in California, decise quindi di non duplicare sempicemente la missione di Pioneer 10, ma di lanciare Pioneer 11, utilizzando la grande attrazione gravitazionale di Giove come una fionda per portare la piccola sonda ad una velocità significativamente più elevata (come era stato fatto per spingere Pioneer 10 nel sistema solare esterno), verso il successivo e più bel pianeta del nostro sistema solare, Saturno.

Approccio di Pioneer 11 a Giove

Dopo qualche pressione da parte del team di Voyager presso il Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, che voleva far verificare a Pioneer 11 il percorso che Voyager avrebbe seguito diversi anni più tardi, si  decise di far avvicinare la sonda 11 a Giove molto più di quanto avesse fatto Pioneer 10. Questo percorso più rischioso fu osteggiato da parte del team di Pioneer, ma il 2 dicembre 1974, durante il suo massimo avvicinamento al pianeta gassoso, Pioneer 11 passò a soli 42 mila km (rispetto ai 200.000 km di Pioneer 10 ) al di sopra delle cime delle nubi gioviane.

La sonda fu in grado di ottenere immagini dettagliate della Grande Macchia

Rossa, trasmettere le prime immagini delle immense regioni polari, e determinare la massa della luna di Giove, Callisto. Utilizzando la forza di attrazione gravitazionale di Giove, fu praticata una manovra di  gravity - assist per modificare la traiettoria della sonda verso Saturno. (A destra, schema di fionda gravitazionale: la velocità della navicella aumenta fino a due volte la velocità del pianeta)

In meccanica orbitale e ingegneria aerospaziale, si chiama gravity-assist o swing-by o fionda gravitazionale una tecnica di volo spaziale che utilizza la gravità di un pianeta per alterare il percorso e la velocità di un veicolo spaziale. È comunemente usata per raggiungere i pianeti esterni, il cui raggiungimento sarebbe proibitivo, se non addirittura impossibile, con le tecnologie attuali, essenzialmente per un motivo di costi e tempi troppo lunghi. La manovra risulta efficace solo con pianeti dotati di grande massa, come nel caso di Giove.

Immagine di Saturno presa il 26/8/1976 da Pioneer 11

Pioneer 11 passò nei pressi di Saturno, il 1° settembre 1979, ad una distanza di 21.000 km dalle cima delle nubi del pianeta.

All'epoca, Voyager 1 e Voyager 2 avevano già oltrepassato Giove e si dirigevano verso Saturno, per cui si decise di far passare Pioneer 11 attraverso il piano degli anelli di Saturno, nella stessa zona che sarebbe stata poi utilizzata da Voyager,  con lo scopo di verificarne il percorso per escludere dei rischi.
I pianificatori della missione pensarono che, se ci fossero state particelle degli anelli potenzialmente pericolose per la sonda in quella zona, sarebbe stato meglio apprenderlo tramite Pioneer.
Così, Pioneer 11 si comportò come un "pioniere" nel vero senso della parola: se il pericolo fosse stato rilevato, le sonde Voyager sarebbero state reindirizzate più lontano dagli anelli.

Nell'immagine sopra, Saturno e la sua luna Titano, in basso. Le irregolarità nella forma degli anelli e nell'ombra sono dovute ad anomalie tecniche nei dati preliminari, in seguito corretti. L'immagine è stata scattata da Pioneer quando si trovava a 2.846.000 km da Saturno.

Nonostante la sua traiettoria alterata, Pioneer 11 scoprì due nuove lune (e quasi si scontrò con una di esse, nel settembre 1979,  passando ad una distanza di non più di 4.000 chilometri) e un nuovo anello "F". La sonda scoprì e tracciò anche il campo magnetico del pianeta e la sua magnetosfera, e mappò, inoltre, la struttura generale dell'interno di Saturno.

Gli strumenti della sonda misurarono la radiazione termica proveniente dall'interno di Saturno e rilevarono che la sua luna Titano è troppo fredda per sostenere la vita. La missione Pioneer 11 fu programmata per la durata di 21 mesi - il tempo necessario per raggiungere Giove - ma, in realtà, la navicella ha continuato a funzionare per decenni dopo la fine della sua missione nominale.

Interpretazione artisticaa dell'incontro tra Pioneer 11 e Saturno. Crediti dell'immagine: NASA Ames

Il traguardo più importante di Pioneer 11 - il primo incontro con Saturno - avvenne otto mesi dopo la sua prevista durata di vita, mentre è diventato il quarto (Voyager 1 e 2 avevano, a quel tempo, superato lo) oggetto costruito dall'uomo a lasciare il sistema solare, quasi 17 anni dopo il suo lancio, il 23 febbraio 1990.

Grazie alla guida del suo leggendario primo direttore di progetto Charles Hall, Pioneer potrebbe essere considerata come il prototipo per le missioni più economiche, migliori, e più veloci che seguirono nel 1990.

La missione Pioneer 11 si è conclusa il 30 settembre 1995, quando è stata fu ricevuta l'ultima trasmissione dal veicolo spaziale. A quel tempo, ci vollero ben 12 ore ad un segnale radio (che viaggia alla velocità della luce) per raggiungere la navicella. Attualmente, si trova a circa 13 miliardi di km dal Sole e viaggia in direzione della costellazione dello Scudo.

Il video seguente mostra l'animazione del viaggio programmato di Pioneer, il lancio, le riprese, le interpretazioni e concezioni artistiche delle sue operazioni scientifiche. 


Di seguito, un disegno delle sonde Pioneer 10 e 11 con i riferimenti agli strumenti scientifici di bordo. 
Le sonde Pioneer  erano gestite dal Ames Research Center, Mountain View, in California, per l'Office of Space Science della NASA. Sono state costruite dal TRW Space & Technology Group, Redondo Beach, in California sotto contratto con l'Ames Research Center della NASA .

Qui una descrizione dei singoli strumenti scientifici.

La placca dorata delle Pioneer 10 e 11.

Sulla targa figurano un uomo e una donna ed una prima descrizione del veicolo spaziale. La mano dell'uomo è sollevata in un gesto di buona volontà. La struttura fisica della coppia di umani è stata determinata dai risultati di un'analisi computerizzata della persona media nella nostra civiltà.

La chiave per tradurre la targa sta nel comprendere la ripartizione dell'elemento più comune nell'universo, l'idrogeno. Questo elemento è illustrato a sinistra, sulla placca, in forma schematica, dove è raffigurata la transizione iperfine dell'idrogeno atomico allo stato neutro.
Qualsiasi intelligenza appartenente ad una civiltà extraterrestre scientificamente avanzata sarebbe a conoscenza di tali elementi informativi e, quindi, in grado di tradurre il messaggio.

La targa fu progettata dai Dr. Carl Sagan e Dr. Frank Drake e disegnata da Linda Salzman Sagan all'epoca moglie di Sagan.

Altre informazioni sulla placca dorata in questa pagina.

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Fonti per la stesura dell'articolo: 

Pioneer missions: http://www.nasa.gov/mission_pages/pioneer/ 

NASA Ames: http://www.nasa.gov/ames

Wikipedia En

Immagini: dove non diversamente specificato, si intende che sono state prese da Wikipedia e dal sito NASA delle missioni Pioneer.