MISSIONI SPAZIALI: Pianeti Esterni



Pioneer 10Voyager 1GalileoNew Horizons
Pioneer 11Voyager 2Cassini-HuygensMissioni future


Pioneer 10
francobollo commemorativo Fu la prima sonda ad attraversare la fascia asteroidale e il 18 novembre 1997, in occasione dei 25 anni dal suo lancio, gli americani hanno emesso unfrancobollo commemorativo.Venne lanciato il 2 marzo 1972 da Cape Kennedy con un vettore Atlas/Centaur; fece osservazioni dirette su Giove sorvolandolo il 3 dicembre 1973 da appena 130000 Km. Inviò a Terra più di 300 fotografie del pianeta, della Grande Macchia Rossa e delle lune galileiane, effettuò anche misurazioni del suo campo magnetico, che risultò 12 volte più intenso di quello terrestre; il 15 luglio 1972 sorvolò l'asteroide Belt inviando a Terra dati che permisero di determinarne la dimensione.
La missione Pioneer 10 ebbe una grande pubblicità a causa del trasporto di un messaggio per eventuali altre vite intelligenti presenti nello spazio. Si tratta di una placca di alluminio placcata in oro che rappresenta un uomo, una donna, la sonda stessa, la traiettoria della sonda, la posizione del Sole rispetto alle 14 pulsar più vicine e della Terra nella galassia; c'è la rappresentazione in binario del numero 8 (1000) e la rappresentazione della transizione dell'atomo di H alla lunghezza d'onda di 21cm. placca con messaggio per gli extraterrestri
i Pioneer e l'eliopausa La sua missione è stata estesa, sta infatti cercando dati sull'eliopausa; attualmente viaggia in direzione della stella Proxima Centauri.

Pioneer 11
Lanciato il 4 aprile 1973, fu la seconda missione a visitare Giove, grazie alla gravità del quale riuscì a modificare completamente la sua traiettoria e ad arrivare vicino a Saturno il 1 settembre 1979, per poi seguire una traiettoria di fuga dal sistema Solare. Di Giove inviò 130 foto della superficie planetaria e riprese alcuni satelliti, scoprendo il polo sud ghiacciato di Callisto. Fu la prima sonda a visitare Saturno, di cui inviò le prime foto ravvicinate e scoprì la presenza di un nuovo anello (F).
Oltre ai due pianeti studiò anche le particelle energetiche nelle zone esterne della eliosfera.
La missione del Pionerr 11 è terminata il 30 settembre 1995, quando c'è stato l'ultimo contatto con la sonda; ora la sonda viaggia in direzione della costellazione dell'Aquila.
i pioneer

Voyager 1
Missione NASA venne lanciata il 5 settembre del 1977 col razzo vettore Titan III e giunse vicino a Giove il 5 marzo 1979. Sorvolò Giove da 22000 Km ottenendone delle eccellenti immagini e confermando la presenza di un anello (seppur tenue) intorno a Giove; passò per Callisto, Ganimede, nelle vicinanze di Io (registrando otto eruzioni vulcaniche e scoprendo 12 vulcani attivi) e Amaltea.
Il Voyager 1 continuò il suo viaggio verso Saturno, che raggiunse il 13 novembre 1980.
le sonde voyager Sorvolò l'emisfero meridionale del pianeta osservando il piano inferiore degli anelli, ne scoprì di più di 1000 molto sottili, e scoprì diversi satelliti; sorvolò anche il satellite di Saturno Titano. L'11 novembre 1980 il Voyager 1 arrivò a circa 7000 Km dalla sua superficie, rilevando un'uniforme atmosfera rossastra, per l'azoto e il metano, che impediva la visione della superficie. Per effettuare tale passaggio ravvicinato la sonda dovette essere deviata e rinunciare ad usufruire della fionda gravitazionale di Saturno, perdendo quindi la possibilità di proseguire il suo viaggio verso Urano e Nettuno.

Voyager 2
Lanciato il 20 agosto del 1977 con un vettore Titan III (15 giorni prima del Voyager 1), il 9 giugno 1979 è passato a 650000 Km di distanza da Giove.
Durante le fasi di avvicinamento incontrò i satelliti galileiani Callisto, Ganimede, Europa ed Io, di cui fotografò i vulcani in eruzione. Poi la sonda puntò verso Saturno, che raggiunse dopo 2 anni. L'interferometro a raggi infrarossi rilevò su Saturno una temperatura superiore ai 90 K. Vennero studiate anche le sue lune; in particolare Teti che rilevò di possedere il più grande cratere del sistema saturniano. Si ricevettero informazioni sorprendenti anche per la luna Giapeto, la quale mostrò un lato più riflettente dell'altro. il logo delle missioni Voyager
gli anelli di fotografati dal Voyager Durante il transito nel sistema degli anelli di Saturno nell'agosto 1981 il Voyager 2 scoprì 7 nuovi satelliti. Il 24 gennaio1986 la sonda raggiunse Urano per la prima indagine del pianeta. Qui scoprì 11 anelli, 10 nuovi satelliti e un significativo campo magnetico, inclinato di 55 rispetto all'asse di rotazione; rilevò inoltre che Ariel e Miranda sono un bizzarro miscuglio di terreni diversi. Una variazione di rotta, effettuata a dicembre, indirizzò la sonda su Nettuno di cui scoprì la magnetosfera e una struttura atmosferica "tempestosa" molto estesa (la "Great Dark Spot"). A settembre, per precauzione, fu inserito nel computer un programma tampone che attivò una procedura di ricognizione automatica all'arrivo, nel caso che l'antenna ricevente del Voyager risultasse danneggiata rendendo impossibile impartire comandi da Terra. Di grande importanza fu la scoperta di anelli intorno al pianeta. Il 25 agosto 1989 la sonda passò a 4700 Km da Nettuno, con appena 29 Km di errore rispetto alle previsioni, un risultato pari a fare buca a San Francisco con una pallina da golf lanciata da New York.
Incontrò anche Tritone, l'ultima delle sue mete, di cui rivelò l'esistenza di una atmosfera e di strutture simili a quelle dei gayser.
In tutto la sonda scattò 80000 immagini dei pianeti più lontani; ora punta sulla stella Sirio che raggiungerà fra 360000 anni.


Entrambe le sonde Voyager hanno avuto una estensione della missione originaria; dovrebbero infatti rimanere in contatto con la Terra fino al 2016 il Voyager 2, al 2018 il Voyager 1 (hanno carburante fino almeno al 2020), anche se la potenza dei loro segnali radio si è fatta incredibilmente bassa, una potenza 20 volte inferiore a quella necessaria per far funzionare un orologio da polso al quarzo, fornendo informazioni sulla sfera di influenza del Sole esternamente ai pianeti.
La nuova missione delle 2 sonde è stata chiamata VIM, Voyager Interstellar Mission Anche i Voyager, come i Pioneer, stanno studiando l'interazione vento solare-vento interstellare e la "solar-wind termination shock" (eliopausa); si ipotizza che (nell'ipotesi che tale zona si trovi a circa 80 AU dal Sole) questa fase della missione terminerà tra il 2000 e il 2001. Successivamente inizierà lo studio della fascia di elio dominata dal campo magnetico solare e contenente le particelle del vento solare; essendo ignoto lo spessore di tale fascia (anche decine di AU) si pensa ci vorranno parecchi anni per attraversarla. Esplorata l' inizieranno la fase di studio della zona dominata dal vento interstellare e sarà l'ultima missione di VIM.

Galileo
la Galileo esce dalla stiva dell'Atlantis La Galileo venne lanciata dalla Terra il 19 ottobre del 1989 all'interno dello Shuttle Altantis; una volta in orbita si diresse verso Venere grazie all'accensione di uno stadio aggiuntivo (il razzo IUS). Seguendo un'orbita VEEGA (Venus-Earth-Earth gravity Assist) riuscì a raggiungere la velocità necessaria per giungere su Giove il 7 dicembre del 1995.
La sonda era costituita da due moduli: un Orbiter, destinato ad entrare in orbita attorno a Giove e un Probe, che venne sganciato dall'Orbiter il 13 luglio 1995 (147 giorni prima del suo ingresso nell'atmosfera sempre il 7 dicembre 1995).
Il Probe, costituito dal modulo di decelerazione e dal modulo di discesa, penetrò nell'atmosfera di Giove fino a 156 Km di profondità prima di interrompere la trasmissione dei dati alla sonda madre.
Il Probe ha studiato la composizione chimica, la struttura fino ad una profondità corrispondente a circa 24 bar, la composizione e la posizione degli strati delle nuvole di particelle in essa presenti.
Ha inoltre esaminato il rapporto tra la radiazione assorbita e quella emessa dal pianeta, la natura dei fulmini presenti su Giove e ha misurato il flusso delle particelle cariche catturate dal campo magnetico di Giove anche a 150 raggi gioviani di distanza; in fase di discesa il Probe ha sopportato temperature dell'ordine di 14 mila oK.
L'Orbiter è stato la prima sonda a permanere in orbita attorno al pianeta con l'obiettivo di studiarene la dinamica dell'atmosfera, i suoi strati più alti e la ionosfera; inoltre doveva studiare il campo magnetico, lo spettro energetico.
sgancio tra l'Orbiter e il Probe
La sua missione comprendeva anche lo studio dei satelliti galileani Io, Europa e Ganimede; ne ha studiato la morfologia, la geologia e lo stato fisico, la composizione e la distribuzione superficiale dei minerali, i loro campi gravitazionali e magnetici oltre alle proprietà dinamiche.
discesa del Probe su Giove attraverso la sua atmosfera Di tali satelliti studiò anche le rispettive atmosfere, ionosfere, le nubi di gas e l'interazione tra la loro magnetosfera e quella di Giove.
Durante il volo verso Giove la Galileo ha raccolto informazioni sui due pianeti usati come fionda gravitazionale e sulla Luna, ha inoltre osservato da vicino i due asteroidi Gaspra e Ida, scoprendo la luna di Ida Dactyl; inoltre è stata l'unica sonda a fornire immagini dirette dell'impatto dei frammenti della cometa Shoemaker-Levy 9 su Giove.
Nell'aprile del 1991 la mancata apertura dell'antenna ad alto guadagno rischiò di pregiudicare il risultato della missione. Tra il gennaio e il febbraio del 1995, mentre l'Orbiter si metteva in orbita intorno al pianeta, la Galileo venne completamente riprogrammata e vennero potenziate le stazioni di ricezione terrestri permettendo il proseguimento della missione.
I risultati scientifici ottenuti fino ad ora dalla Galileo sono veramente interessanti, oltre alla scoperta di Dactyl, ha confermato l'esistenza di un enorme bacino d'impatto nella parte sud dell'emisfero nascosto della Luna, fino ad ora solo ipotizzato analizzando i dati degli Apollo, ha mostrato tracce di un esteso vulcanismo lunare, ha scoperto un flusso di particelle interplanetarie molto intenso.
Relativamente a Giove ha rilevato dei venti che superano i 600 km/ora, che l'abbondanza di elio è simile a quella solare (24% contro il 25%).
Ida e Dactyl fotografati dalla Galileo
vulcani su Io fotografati da Galileo Ha anche scoperto che la superficie di Io cambia in continuazione a causa della continua attività vulcanica ivi presente e che sotto la superficie di Europa c'è un oceano di acqua liquida.
La missione Galileo è terminata il 21 settembre 2003, quando l'Orbiter è passato attraverso l'atmosfera di Giove e si è disintegrato.

Cassini-Huygens
Venne lanciata il 15 ottobre 1997 con un vettore Titan-Centaur ed è entrato in orbita attorno a Saturno l'1 luglio 2004, alle ore 6.30 italiane, dopo aver planato sotto gli anelli del pianeta, oltre a studiare il pianeta e la sua atmosfera sta studiando anche alcune delle sue lune (Titano e i satelliti ghiacciati). Per poter raggiungere la velocità necessaria ad arrivare a Saturno è stato posto su una traiettoria VVEJGA (Venere-Venere-Earth-Jupiter Gravity Assist).
La sonda è formata dal Saturn Orbiter della NASA e da Huygens Probe dell'ESA, che è stato liberato dall'Orbiter il 25 dicembre 2004 per scendere 22 giorni più tardi (il 14 gennaio 2005) sul satellite Titano, nella pianura Shangri-la.
Durante le circa tre ore di discesa la Huygens ha preso delle foto, oltre a dati che permetteranno di determinare le caratteristiche fisiche (densità, pressione, temperatura, etc.) dell'atmosfera in funzione dell'altezza, di misurare le abbondanze dei singoli componenti atmosferici, di studiare la chimica atmosferica, specialmente per quanto riguarda la presenza delle molecole organiche.
lancio del Titan 4
Disegno della NASA che mostra il percorso della Cassini per l'ingresso in orbita Sta inoltre raccogliendo dati sulla meteorologia, analizzando la fisica delle nuvole, tutto ciò in quanto si presume che l'atmosfera di Titano sia come quella terrestre prima della nascita della vita.
La Huygens sta esaminando anche lo stato fisico, la topografia e la composizione della superficie, in quanto, come sperato, la sonda sta lavorando anche dopo dopo l'atterraggio.
separazione tra l'Orbiter e Huygens Un primo risultato è stato il verificare l'ipotesi che su Titano si trova del metano liquido, che questo ha gli stessi comportamenti che sulla Terra presenta l'acqua; inoltre la Huygens ha confermato che al posto delle rocce silicate c'è acqua ghiacciata e l'esistenza di attività vulcanica, il cosiddetto "glacio-vulcanismo", dove al posto di lava c'è fuoriuscita di acqua ghiacciata e ammoniaca.
I dati e le foto raccolte vengono spediti alla Cassini, che li rispedisce a Terra; purtroppo si è rotto uno dei trasmettitori della Cassini, ma sembra che sia i dati che le foto raccolte da Huygens durante la discesa siano stati ricevuti tutti, o in gran parte.
Sia la Cassini che la Huygens sono dotate di una fotocamera digitale con una risoluzione di 1024x1024 pixel, con uno zoom fisso: per la Cassini equivalente ad un normalissimo 35 mm, quello della Huygens attorno ai 400 mm!
discesa di Huygens su Titano
Puzzle effettuato con alcune immagini inviate da Huygens durante la discesa su Titano (Esa, NASA) Il sistema di comunicazione del modulo Cassini, il "parabolone" di 4 m, è dell'ASI (Agenzia Spaziale Italiana); il segnale impiega circa 1 ora e 20 minuti a giungere sulla Terra. A bordo c'è anche un sistema che mantiene il più stabile possibile la temperatura del sistema di trasmissione, evitando possibili distorsioni nella frequenza del segnale di uscita dall'antenna (trasmette ad una frequenza di 8400 MHz, con una potenza di 20 watt).
Alcuni giorni prima dell'arrivo su Saturno Cassini ha sorvolato, tra il 7 ed il 10 giugno 2004, il satellite Febe ad una distanza di circa 2000 km, il più distante da Saturno; la sonda ha cercato di raccogliere più informazioni e fotografie possibili per poter determinare la natura di tale corpo.
Raggiunto Saturno la Cassini compirà circa 74 orbite attorno al pianeta, tali orbite porteranno la sonda da una distanza massima dal pianeta pari a sette dei suoi raggi e ad una minima pari ad un suo raggio; l'inclinazione orbitale varierà da 0 a 60 circa. La sonda rimarrà per 4 anni nei dintorni del pianeta, studiandone la superficie, l'atmosfera, gli anelli e la magnetosfera, continuando anche a prendere immagini sul satellite Titano. Si spera di ottenere una mappa spettrale di alta qualità della composizione di Saturno, dei suoi anelli e dei satelliti.
Durante questi 4 anni ci sono stati molti sorvoli ravvicinati di Titano ed almeno cinque sorvoli ravvicinati ai satelliti ghiacciati Pandora e Prometeo, che si trovano appena fuori degli anelli principali di Saturno, Mimas, famoso per il cratere Herschel che occupa gran parte dell'emisfero noto, Encelado, che a causa dei gayser di ghiaccio che proiettano vapori nello spazio alcuni indicano come causa della formazione dell'anello E, Teti, con un profondo canale che sembra unire i due poli, Dione, Rea, Iperione, il più piccolo e irregolare dei satelliti, e Gapeto, con le sue strane formazioni ghiacciate ondulate. Immagine della luna Rhea presa dalla Cassini il 4 febbraio 2005 (ESA, NASA)
Durante il suo viaggio di avvicinamento a Saturno, la Cassini ha fotografato, nel gennaio 2001, l'asteroide Masursky; nell'ottobre 2000 ha fotografato Giove ed i suoi anelli, oltre al suo satellite Imalia, probabilmente un asteroide catturato in tempi antichissimi.
la sonda in orbita attorno a Saturno Insieme alla Galileo ha anche effettuato importanti osservazioni relativamente alla magnetosfera e al vento solare attorno a Giove.
Si sta già pensando a delle possibili estensioni di missione, in quanto potrebbe restare attiva per più di 200 anni, una molto interessante sarebbe quella di far avvicinare ulteriormente la sonda al pianeta per farle studiare più da vicino gli anelli facendola passare all'interno dell'anello G.
Alla fine di giugno 2008, dopo l'ultimo flyby attorno a Titano, la missione doveva essere dichiarata conclusa, ma è stato deciso di prolungarla per altri 2 anni.

New Horizons
È una sonda spaziale sviluppata dalla NASA che viene alimentata da un motore che utilizza il plutonio 238, inizialmente schedulata per il 2001 col nome di Pluto Kuiper Express (USA Pluto Flyby), a seguito di un rinvio sine die, per ragioni di priorità nella distribuzione degli stanziamenti governativi, è partita il 20 gennaio 2006 su un razzo Atlas V da Cape Canaveral, due giorni dopo la data prevista a causa di forti venti che ne avrebbero modificato la traiettoria. Al razzo Atlas 5 era stato aggiunto un terzo stadio, lo Star 488, al distacco del quale la sonda aveva raggiunto la velocità di circa 50 mila km/ora, diventando la sonda più veloce mai realizzata dalla NASA; questo gli ha permesso di sfiorare la Luna dopo 9 ore dalla partenza. A questo punto del viaggio la sonda è entrata in stato di "ibernazione" per poter risparmiare energia: gli strumenti più delicati sono protetti da una speciale coperta termica. Nel febbraio 2007 la sonda utilizzerà la gravità di Giove per raggiungere la velocità di quasi 80 mila km/ora, velocità necessaria a farle sorvolare sia Plutone, a circa 9600 km dalla superficie, che il suo satellite Caronte, a circa 27000 km dalla superficie, tra il 20015-2016 e il 2018.
La spinta che la sonda riceverà da Giove sarà fondamentale per permettere di arrivare su Plutone prima del 2020, anno in cui Plutone si sta allontanerà dal Sole, per cui la sua sottilissima atmosfera congelerà precipitando sulla superficie del pianeta, impedendone quindi l'analisi.
La partenza dell'Atlas
Durante il volo verso Plutone è previsto un incontro ravvicinato con un centauro, nel 2010.
Disegno di New Orizons che sorvola Plutone L'attraversamento del sistema Plutone-Caronte avverrà nel luglio 2015, ma le osservazioni inizieranno sei mesi prima del sorvolo del pianeta e proseguiranno per due settimane dopo l'incontro. Durante la mezz'ora in cui la sonda sarà il più vicino possibile ai due corpi, verranno prese delle immagini, sia nel visuale che nel vicino infrarosso, si spera con dettagli dell'ordine di 60 m-1 km delle loro superfici.
La sonda dovrà studiare la geologia e la geomorfologia globali, mappare la composizione della superficie, localizzare e misurare la temperatura dei ghiacci e determinare la composizione atmosferica di entrambi i corpi, nel caso in cui si riscontrasse che anche Caronte ne possiede una; inoltre verrà effettuato uno studio sulle variazioni dell'atmosfera al variare del tempo, un'analisi della ionosfera di Plutone.
Sulla sonda si trovano sette strumenti:
Foto della sonda prima della partenza Ultimamente alla missione è sono stati aggiunte altri due obiettivi: lo studio dei due satelliti minori Nix e Hydra e la ricerca di di eventuali anello e/o satelliti sconosciuti. Molto ci si aspetta dalla mappatura dei due corpi, in quanto la rotazione degli stessi dovrebbe permettere la realizzazione di una mappa superficiale senza zone d'ombra con una risoluzione di 40 km.
Finito il suo incontro con Plutone e Caronte la sonda incontrerà poi uno o più corpi della fascia di asteroidi Kuiper Belt oltre l'orbita di Plutone, di cui dovrebbe fare una mappa, analizzarne la composizione, studiando i relativi spettri infrarossi, e vedere se hanno un'atmosfera.
Tenendo conto dei tempi di decadimento del plutonio che la alimenta la sonda dovrebbe funzionare fino al 2025, quando si troverà a 50-60 UA dal Sole.
Nella missione l'Horizons non trasporta il probe russo Zond, che avrebbe dovuto separarsi dalla sonda circa 30 giorni prima del punto di maggior contatto col pianeta, trasmettendo poi dati rilevati relativamente all'atmosfera prima dell'impatto sulla superficie di Plutone.

Future missioni

Europa Orbiter (Galilean Satellite Europa Orbiter)
Avrebbe dovuto partire nel novembre 2003, ma dopo l'incidente dello shuttle Columbia la NASA aveva cancellato tale missione, successivamente è stato deciso che partirà nel novembre 2006 su uno shuttle, che lancerà la sonda direttamente verso Giove,su cui arriverà nel 2010.
Dopo uno o due anni di orbite attorno a Giove punterà su Europa, attorno a cui orbiterà per circa un mese ad una distanza di 200 km dalla superficie; dopo di che si suppone che, a causa dei danni causati dalle radiazioni provenienti dalla luna gioviana, la sonda sarà inutilizzabile, anche se sarà dotata di uno scudo di protezione per tali radiazioni.
Studierà la superficie ghiacciata di Europa con uno speciale radar, cercando di determinare lo spessore del ghiaccio e quanta acqua allo stato liquido c'è sotto il ghiaccio, per capire la formazione delle strutture superficiali; farà inoltre una mappa della superficie con una risoluzione di 100 metri, per poter identificare una zona candidata all'atterraggio di future missioni.
la sonda
Non ancora sicura è la presenza di un piccolo Lander robotizzato a bordo della sonda; nel caso si decidesse di inserirlo nella missione dovrebbe atterrare su Europa per analizzarne dei campioni di ghiaccio, alla ricerca di composti organici.

Nei progetti futuri della NASA ci sarebbe anche quello di spedire dal 2011 delle sonde automatiche sulle lune di Giove, per studiare se ci sono forme di vita e/o stimare se cisono condizioni adatte alla vita.

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Le immagini e parte delle informazioni presenti in questo file sono reperibili nei seguenti siti Internet:

nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary
spaceprogects.arc.nasa.gov/Space_Projects
quest.arc.nasa.gov/
www.jpl.nasa.gov/ice_fire
ccf.arc.nasa.gov/galileo_probe
www.estec.esa.nl
www.jpl.nasa.gov/cassini
saturn.jpl.nasa.gov

Siti in cui è possibile avere una cronologia delle missioni spaziali in tutto il sistema solare:

www.solarviews.com/eng/craft1.htm
www.planetscapes.com/solar/eng/craft2.htm
nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/chrono.html

Aggiornato al 23/01/06



© Loretta Solmi, 2011