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Le Sonde Spaziali Voyager e Kepler

Una sonda spaziale è una piccola navicella spaziale senza equipaggio, carica di strumenti di osservazione, in parte autonoma, e con a bordo il minimo indispensabile dei motori e carburante necessario per svolgere la sua missione.

Una sonda spaziale è un'astronave che generalmente viaggia verso pianeti esterni e principalmente è un veicolo esplorativo, mentre un satellite artificiale è un'astronave che si limita a girare attorno alla Terra.

Una tipica sonda spaziale consiste generalmente di un blocco di metallo alto qualche metro, completamente coperto da antenne, telecamere, bracci mobili, ecc. Ad un'estremità domina un'antenna parabolica utilizzata per comunicare con la Terra, dall'altra l'ugello di uscita del motore principale. I motori sono utilizzati sia per cambiare la velocità della sonda, per eventuali manovre come l'inserzione in orbita attorno ad un pianeta, sia per controllare l'assetto della sonda, ovvero il suo orientamento nelle tre dimensioni. Spesso la sonda è coperta da un foglio di carta metallico riflettente, che ha lo scopo di riflettere i raggi solari che altrimenti la surriscalderebbero.

Se la missione della sonda è prevista con lo scopo di esplorare corpi del sistema solare interno, sarà fornita di grandi pannelli solari utili per produrre elettricità. Se invece lo scopo è l'esplorazione di corpi celesti del sistema solare esterni, la sonda sarà fornita di alcune batterie, generalmente nucleari che sfruttano il decadimento radioattivo di sostanze quali il plutonio.

Le missioni delle sonde possono prevedere dei sorvoli ad alta velocità (flyby), oppure l'inserzione in orbita attorno al corpo celeste (la sonda è quindi detta orbiter), e a volte l'atterraggio della sonda o di parte di essa (lander), se non addirittura il ritorno a Terra con campioni di roccia a bordo. Le ultime tecniche sono molto più redditizie dal punto di vista scientifico, ma anche molto più complesse e costose. Un compromesso a volte usato è quello di mandare una specie di proiettile (penetrator) a schiantarsi sull'oggetto, mentre la sonda analizza la polvere così sollevata.

Una sonda non è in grado di alzarsi da sola in volo, ed è quindi lanciata per mezzo di un razzo vettore che la sgancia nella traiettoria iniziale desiderata. Tale traiettoria è stata calcolata dai controllori di volo in modo che, muovendosi solo grazie alla propria inerzia e all'influenza della gravità dei vari oggetti del sistema solare, essa arrivi a destinazione utilizzando il minimo di propellente necessario.

Le distanze tipiche a cui operano le sonde spaziali (centinaia di milioni di chilometri, o anche vari miliardi) rendono problematiche le comunicazioni con la Terra. Un'apposita rete di radiotelescopi, il Deep Space Network, è dedicata alla comunicazione con le varie sonde sparse per il sistema solare. La tendenza recente è quella di rendere le sonde sempre più autonome e in grado di prendere decisioni, in modo da ridurre il tempo necessario per le comunicazioni ed essere in grado di reagire velocemente, invece di aspettare le ore che occorrono ai segnali radio per giungere a Terra.

Sonde spaziali sono state lanciate dalla NASA, dall'Unione Sovietica, dalla Russia, dall'ESA (Agenzia Spaziale Europea), e in misura minore dalle agenzie di Canada, Giappone, Cina e India.

 
 

 


Dati
Massa della sonda 34.2 Kg
Missione: Flyby lunare
Lancio: Cape Canaveral 11 Ottobre 1958 ore 08:42 UTC
Strumentazione: sistema televisivo di scansione infrarossa dell'immagine, camera di ionizzazione, diaframma / microfono costruito, magnetometro, resistenza in grado di variare con la temperatura
Esito: la sonda percorse solo una traiettoria balistica arrivando ad un'altezza massima di 113.800 km


La sonda

La Pioneer 1 era formata da una sezione centrale di forma cilindrica con due strutture a forma di tronco di cono che partivano dalle estremità. Il cilindro aveva un diametro di 74 centimetri e la distanza tra le estremità dei due coni era di 76 centimetri.

Lungo l'asse della sonda e sporgente dalla fine del cono inferiore c'era un razzo ad iniezione di propellente solido con il suo supporto, che costituivano la struttura principale della sonda. Otto piccoli razzi a propellente solido a bassa spinta che servivano per le regolazioni della velocità erano montati sull'estremità del cono superiore in una struttura ad anello che poteva essere espulsa dopo l'uso. La copertura era formata da plastica laminata.

Gli strumenti scientifici presenti a bordo avevano una massa complessiva di 17,8 kg e comprendevano un sistema televisivo di scansione infrarossa dell'immagine per studiare la superficie della Luna con una risoluzione di un millesimo di radiante, una camera di ionizzazione per misurare la radiazione presente nello spazio, un diaframma/microfono costruito per rilevare micrometeoriti, un magnetometro per misurare campi magnetici fino a 5 microgauss e una resistenza in grado di variare con la temperatura utilizzata per misurare le condizioni interne alla sonda. La sonda era alimentata da batterie nichel-cadmio per l'accensione dei razzi, batterie a celle d'argento per il sistema televisivo e batterie al mercurio per i circuiti rimanenti. La trasmissione radio della telemetria avveniva a 108,06 MHz attraverso un'antenna a dipolo elettrico; per il sistema televisivo c'era un'antenna a dipolo magnetico. I comandi da terra venivano ricevuti attraverso un'antenna a dipolo elettrico a 115 MHz.


La missione

La sonda venne lanciata l'11 ottobre 1958.

Il piano della missione prevedeva di studiare la radiazione ionizzante, i raggi cosmici, i campi magnetici e le micrometeoriti sia in prossimità della Terra sia dell'orbita lunare. Tuttavia, a causa di un malfunzionamento del veicolo di lancio, la sonda percorse solo una traiettoria balistica arrivando ad un'altezza massima di 113.800 km e non raggiunse mai la Luna. Il satellite inviò comunque dati riguardanti le condizioni ambientali dello spazio nelle vicinanze della Terra. La trasmissione in tempo reale venne ricevuta per circa il 75% del volo, ma la percentuale di dati registrati per ciascun esperimento era variabile. Fatta eccezione per la prima ora di volo, il rapporto segnale rumore era buono. La sonda smise di trasmettere il 13 ottobre 1958 alle ore 03:46 UT - al rientro nell'atmosfera della Terra sopra il sud dell'Oceano Pacifico - dopo aver volato per 43 ore. Venne ricavata una piccola quantità di utili informazioni scientifiche, tra cui il fatto che la radiazione che circonda la Terra è presente sotto forma di bande, la misura dell'estensione di queste ultime, la mappatura del flusso ionizzante totale, la prima osservazione delle oscillazioni idromagnetiche del campo magnetico e la prima misurazione della densità delle micrometeoriti e del campo magnetico interplanetario.

 
 

 


Dati
Massa della sonda 260.68 Kg
Missione: Marte
Lancio: Cape Canaveral 28 Novembre 1964 ore 14:22 UTC
Strumentazione: fotocamera, magnetometro, rilevatore di polvere interplanetaria, telescopio sensibile ai raggi cosmici, rilevatore di particelle, esperimento per l'analisi del plasma del vento solare, camera a ionizzazione / contatore geiger
Esito: Missione conclusa con successo

Sviluppo

La missione fu autorizzata dalla NASA nel tardo 1962 ed assegnata al Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, che ne diresse la progettazione e la produzione. Il JPL sviluppò il nuovo veicolo, indicato come Mariner C, sulla base dell'esperienza maturata durante il programma Ranger per l'esplorazione della Luna e della missione Mariner 2, inviata verso Venere; tuttavia, dal momento che lo spazio attorno a Marte era ancora inesplorato, erano imposte importanti distinzioni e cautele nella progettazione. In particolare, alla distanza di Marte dal Sole la quantità di radiazione luminosa proveniente dalla stella - che, convertita in energia attraverso i pannelli fotovoltaici, alimentava la sonda stessa - sarebbe stata inferiore rispetto a quella che raggiunge la Terra o Venere. Ciò richiese quindi che fosse coperta di celle fotovoltaiche una superficie maggiore, pertanto si scelse di dotare la sonda di quattro pannelli solari. Inoltre, se grazie alla vicinanza del Sole in precedenza il guasto di uno dei pannelli del Mariner 2 non aveva compromesso la missione, per le sonde Mariner 3 e 4 un guasto analogo non sarebbe stato ammissibile. Fu quindi necessario migliorare l'affidabilità dei pannelli stessi.

Un'altra differenza, collegata alla precedente, era nel sistema di controllo termico del veicolo, che richiese un'opportuna progettazione per via delle temperature eccessivamente basse che sarebbero state raggiunte nel corso della missione. Infine, un'ultima importante incertezza era collegata alla presenza di micrometeoriti, vista la vicinanza di Marte alla fascia principale degli asteroidi.

I limiti sul peso delle sonde suggerirono inoltre di riprogettare il razzo che le avrebbe portate in orbita. Presso il Lewis Research Center fu così sviluppata la versione D del razzo Agena, ma proprio da un errore in questa fase derivò il fallimento del lancio del Mariner 3, il 5 novembre 1964, e nelle tre settimane che precedettero il lancio del Mariner 4 fu necessario riprogettarne l'ogiva.

Del Mariner C furono prodotti tre esemplari, due lanciati ed un terzo utilizzato per le prove di laboratorio a terra.


Caratteristiche tecniche

Il corpo principale della sonda aveva la forma di un prisma, alto 0,46 m, a base ottagonale, dal diametro di 1,27 m, realizzato in magnesio. Da esso dipartivano: quattro pannelli fotovoltaici, ognuno dei quali lungo 1,76 m e largo 0,90 m, che fornivano una potenza in prossimità di Marte di 310 W; l'antenna parabolica ad alto guadagno, di 1,17 m di diametro; l'antenna di basso guadagno, all'estremità di un'asta di 2,235 m. All'estremità dei pannelli solari erano presenti delle alette predisposte per utilizzare la pressione solare nella stabilizzazione dell'assetto della sonda. Completamente dispiegata, la sonda occupava 6,68 m in larghezza e 2,89 m in altezza. Al lancio, pesava 260,68 kg.

La sonda era spinta da un motore a razzo a propellente liquido (nello specifico, idrazina), il cui ugello, diviso in quattro camere, fuoriusciva lateralmente dal corpo della sonda. Il propulsore generava una spinta di 222 N. La sonda era stabilizzata su tre assi ed il controllo d'assetto veniva eseguito attraverso dodici razzi ad azoto freddo, posti alle estremità dei pannelli fotovoltaici, ed era guidato dal computer di bordo che riceveva come input le misurazioni dei sensori solari, di un sensore ad orizzonte (operante in prossimità della Terra e di Marte), di un sensore stellare che puntava la stella Canopo e di una piattaforma giroscopica.

Il corpo della sonda conteneva l'elettronica di bordo, il serbatoio del carburante ed una batteria ricaricabile a zinco e argento, con un'energia di 1200 Wh. Gli strumenti scientifici erano montati al di fuori del corpo della sonda, mentre la fotocamera era collocata sulla superficie inferiore, su una piattaforma. Erano inoltre presenti un magnetometro e dei rilevatori per la polvere interplanetaria, i raggi cosmici, il vento solare, le radiazioni, oltre che una camera a ionizzazione/contatore Geiger.


Lancio

Il Mariner 4 fu lanciato il 28 novembre 1964, alle 14:22:01 UTC dal complesso di lancio 12 della Cape Canaveral Air Force Station, a bordo di un razzo Atlas/Agena D. Dopo circa cinque minuti, si verificò la separazione dell'Agena e la prima accensione del suo motore, che portò lo stadio composto dall'Agena e dalla sonda in un'orbita di parcheggio circolare attorno alla Terra, ad una quota di 188 km dalla superficie. Dopo circa 32 minuti, una seconda accensione del motore spostò il veicolo su un'orbita di trasferimento verso Marte. Circa due minuti e mezzo dopo, mentre la sonda era immersa nell'ombra della Terra, si verificò la separazione tra il Mariner 4 e l'Agena.


Crociera

Traiettoria di trasferimento del Mariner 4.

Acquisizione di Canopo

Dispiegati i pannelli solari, il computer di bordo adeguò l'assetto del veicolo in modo da orientarli verso il Sole. Affinché, però, fosse possibile controllare l'assetto attorno alla congiungente sonda-Sole era necessario acquisire un altro punto di riferimento. Nelle precedenti missioni dirette verso la Luna e Venere, a tale scopo era stata utilizzata la Terra, che appariva come uno degli oggetti più luminosi nel cielo visto dalle sonde. Nel viaggio verso Marte, però, si sarebbe trovata prospetticamente in prossimità del Sole e ciò avrebbe potuto impedirne l'acquisizione. Gli ingegneri del JPL svilupparono per il Mariner 4 un sensore stellare, che avrebbe fornito il riferimento desiderato attraverso l'osservazione della stella Canopo.

Poiché il sensore era stato regolato in modo che acquisisse ogni oggetto caratterizzato da una luminosità compresa tra un ottavo ed otto volte quella di Canopo, trascorse più di un giorno e furono necessari sette tentativi prima che il sensore trovasse la stella giusta, soffermandosi anche su Alderamin, Regolo, Naos e γ Velorum. Nel corso della successiva fase di crociera, inoltre, il sensore fu più volte disorientato da particelle di polvere che transitavano nel suo campo di vista, riflettendo la luce solare. Per mitigare il problema, fu eliminato il limite massimo, che era stato impostato affinché non fosse acquisita erroneamente la Terra nelle prime fasi della missione.

Manovra correttiva

L'orbita di trasferimento avrebbe portato la sonda a raggiungere Marte in 228 giorni. Per migliorare le condizioni di sorvolo del pianeta, il 5 dicembre fu eseguita una manovra di correzione della rotta, cui corrispose un delta-v di 16,70 m/s. La manovra era stata inizialmente programmata per il 4 dicembre, ma fu rinviata al giorno successivo a causa di un inconveniente intercorso nel controllo d'assetto, quando il sensore stellare fornì una lettura falsata - causata probabilmente dalla presenza di polvere nel suo campo di vista - e perse il puntamento di Canopo. Anche a causa di questo incidente la rimozione della copertura della fotocamera - la cui esecuzione era prevista in prossimità di Marte - fu riprogrammata ed eseguita nella fase di crociera.

Nel corso della fase di crociera furono attivi tutti gli strumenti scientifici, tranne la fotocamera, allo scopo di caratterizzare lo spazio tra la Terra e Marte. Il 5 febbraio 1965, la sonda fu investita dalle radiazioni prodotte nel corso di un brillamento solare, che causarono il malfunzionamento della camera a ionizzazione ed il guasto del contatore Geiger.

Nella tabella a lato sono indicati i parametri delle orbite precedente e successiva all'incontro con Marte.

Orbita del Mariner 4

Parametri
orbitali
Orbita precedente
al sorvolo di Marte
Orbita successiva
al sorvolo di Marte
Semiasse magg. 1,276 UA 1,340 UA
Perielio 0,985 UA 1,128 UA
Periodo orbit. 526,64 giorni 567,11 giorni
Inclinaz. orbit. 0,125° 2,543°
Eccentricità 0,227 0,173
Longitudine del
nodo ascendente
68,665° 226,775°
Arg. del perielio 352,565° 200,649°
Data di passaggio
al perielio
23:11:28 del
23-11-1964
07:25:19 del
16-11-1964

Sorvolo di Marte

La prima immagine ravvicinata di Marte ad essere ripresa.

Un'ora prima dell'incontro ravvicinato col pianeta, gli ingegneri del JPL si resero conto che era stato commesso un errore che avrebbe allontanato di circa 1.000 km il punto di massimo avvicinamento rispetto al valore previsto. Le ragioni di tale errore risiedono nell'utilizzo, nei calcoli, di un'approssimazione dell'unità astronomica (UA) troppo grossolana rispetto alle esigenze della missione; inoltre, non fu trascurabile il contributo delle piccole spinte esercitate nella fase di crociera per il controllo d'assetto.

Il Mariner 4 raggiunse Marte il 15 luglio 1965. Circa 42 minuti prima del massimo avvicinamento, fu attivata la fotocamera di bordo, che riprese in 25 minuti 21 immagini del pianeta. Successivamente, lo spostamento imposto dalla traiettoria percorsa al veicolo portò Marte fuori dal suo campo di vista. Il massimo avvicinamento fu raggiunto alle 01:00:58 UTC e corrispose ad una distanza di 13,201 km. Circa un'ora dopo e per i successivi 54 minuti, la sonda transitò dietro il pianeta rispetto alla congiungente con la Terra; ciò fu sfruttato per sondare con onde radio lo spessore dell'atmosfera marziana e misurare con precisione il raggio del pianeta.

Furono necessarie otto ore per immagine e più di dieci giorni per trasmettere a Terra i dati raccolti. Il tutto fu ripetuto due volte, per evitare che potessero essere intercorsi errori di trasmissione.

I fotogrammi 7 ed 8 ripresi dal Mariner 4: è visibile una porzione dell'antico e altamente craterizzato terreno del emisfero meridionale di Marte.

Il Mariner 4 fu la prima sonda a riuscire in un sorvolo di Marte, dopo sei tentativi falliti, di cui cinque sovietici ed uno statunitense. Fu inoltre la prima sonda statunitense ad inviare a terra immagini ravvicinate di un altro pianeta; il Mariner 2, infatti, che l'aveva preceduta nell'esplorazione di Venere, non recava a bordo alcuna fotocamera.

Il sorvolo di Marte alterò l'orbita della sonda, della quale aumentarono il semiasse maggiore (e di conseguenza il periodo), la distanza perielica e l'inclinazione orbitale. L'effetto più significativo fu che l'orbita della sonda non avrebbe più intersecato quella della Terra, cui sarebbe stata sempre esterna, caratterizzata da una minima distanza all'intersezione orbitale (MOID) superiore a 16 milioni di chilometri (16.244.000 km, 0,108 UA).

Il Mariner 4 rimase in comunicazione con la Terra per altre otto settimane, durante le quali furono ripresi gli esperimenti per la caratterizzazione dello spazio interplanetario e furono eseguite alcune riprese fotografiche per verificare la calibratura della fotocamera ed interpretare correttamente le immagini marziane ricevute. Con l'aumentare della distanza dalla Terra, tuttavia, le comunicazioni divennero sempre più difficoltose, finché, il 1º ottobre 1965, la potenza del segnale scese al di sotto del limite inferiore di rilevabilità e la sonda entrò in una fase di prolungato silenzio. Poiché tutto ciò era stato previsto, in precedenza alla sonda era stato comandato di predisporsi in modalità di ascolto, nella speranza che sopravvivesse alla lunga fase di volo nello spazio e potesse essere recuperata in un secondo momento, nel 1967, quando l'orbita l'avrebbe portata a riavvicinarsi alla Terra.


Recupero delle comunicazioni e conclusione della missione

Nel 1967, l'orbita del Mariner 4 portò la sonda ad avvicinarsi alla Terra e le comunicazioni furono ristabilite nel maggio di quell'anno. Fu così possibile riprendere ad utilizzarla per lo studio dello spazio interplanetario.

Il 15 settembre, quando si trovava a 1,273 UA dal Sole, il Mariner 4 attraversò una nube di micrometeoriti (un insieme di detriti che generalmente seguono o precedono una cometa nella sua orbita). Il rilevatore di impatti ne registrò 17 in 15 minuti, dato che condusse a stimare che nel corso dei 45 minuti della durata dell'evento si fossero verificati 5.000 impatti su tutta la superficie. L'episodio fu particolarmente significativo sia per l'intensità dell'evento (che causò una variazione nell'assetto della sonda) sia perché il Mariner 4 fu una delle poche sonde ad essere dotata di un rilevatore d'impatti. L'evento non sembra collegato a nessuno degli sciami meteorici noti; nel 2006, l'astronomo statunitense Paul Wiegert ha suggerito che possa essersi trattato dei detriti prodotti dalla cometa D/1895 Q1 (Swift).

Il fenomeno si ripeté il 10 dicembre, dopo che, alcuni giorni prima, si era esaurito il propellente per il controllo d'assetto. Fu possibile mantenere delle comunicazioni, seppure difficoltose, con il Mariner 4 fino al 20 dicembre, quando le operazioni furono infine sospese.


Risultati scientifici

La missione inviò a terra circa 634 kB di dati. Tutti gli strumenti operarono con successo, salvo il tubo Geiger-Müller della camera a ionizzazione, che si guastò nel 1965. Le prestazioni della sonda del plasma si degradarono a causa del guasto di un resistore l'8 dicembre 1964, ma i ricercatori furono in grado di ricalibrare lo strumento e continuare ad ottenere dati utili tenendo conto del guasto intercorso.

Raccolta delle immagini della superficie di Marte riprese dal Mariner 4.

Le immagini di Marte inviate a terra mostrarono una superficie craterizzata, in apparenza simile a quella lunare, tipica delle antiche regioni riprese dal Mariner 4, ma - come rilevarono le missioni successive - non del pianeta nella sua interezza. Dai dati raccolti furono stimate una pressione atmosferica compresa tra 4,1 e 7,0 mbar (da 410 a 700 Pa) ed una temperatura diurna di −100 °C. Non furono rilevati né un campo magnetico planetario né fasce di radiazioni (equivalenti alle fasce di van Allen della Terra).


Impatto sul programma di esplorazione di Marte

La missione era stata preceduta nell'estate del 1964 da un convegno della NASA nel corso del quale i ricercatori avevano avanzato numerose ipotesi su quello che sarebbe potuto essere l'ambiente marziano che avrebbero ripreso le sonde e, anche, sulle possibili forme di vita che avrebbero potuto abitarlo. I partecipanti erano stati concordi nel ritenere che la vita fosse presente sul pianeta; tra i più ottimisti, Carl Sagan aveva proposto che animali delle dimensioni degli orsi polari potessero sopravvivere nelle fredde lande marziane, ma anche i cambiamenti stagionali nella colorazione di Marte erano stati interpretati come dovuti alla presenza di vaste aree di "vegetazione".

Tuttavia, i dati raccolti dal Mariner 4 ed in particolare l'esistenza di numerosi crateri in superficie, le caratteristiche della sottile atmosfera del pianeta e l'assenza di un campo magnetico indicarono che Marte era un pianeta relativamente inerte, esposto alle asprezze dello spazio, ed affievolirono le speranze di trovarvi quella vita che era stata per secoli oggetto di speculazioni fantascientifiche. Furono comunque sollevate varie obiezioni che ventidue foto, con risoluzione chilometrica, potessero escludere definitivamente l'esistenza di vita sul pianeta e, come controprova, furono portate le immagini riprese dai satelliti meteorologici dell'epoca in orbita attorno alla Terra che non fornivano prove dirette dell'esistenza di una civiltà tecnologica sul nostro pianeta. Nonostante ciò, la riduzione che si ebbe nel programma di esplorazione del pianeta, come conseguenza della missione, in termini di finanziamento ed impegno politico fu significativa.

«Marte si era rivelato molto meno interessante rispetto a quanto ognuno avesse immaginato» ed il successo della missione «inferse un colpo secco al programma di esplorazione planetario». Nello sviluppare le missioni successive, la NASA andò incontro ad una netta riduzione dei finanziamenti rispetto alle somme previste anche solo nel 1964, anche a causa dell'aggravarsi del conflitto in Vietnam. I progetti che avrebbero condotto alle Mariner 6 e 7 ed alle Mariner 8 e 9 furono ridimensionati ed il Programma Voyager (successivamente rinominato in Viking), che prevedeva l'atterraggio di una sonda sul pianeta, ridimensionato anch'esso e rinviato di un decennio. Nonostante Marte rimanesse il principale candidato ad ospitare vita extraterrestre, l'esplorazione del pianeta aveva perso quell'"urgenza" che l'aveva caratterizzata fino al 1965.

Le immagini del Mariner 4 potrebbero, inoltre, aver contribuito al graduale cambiamento osservato nella fantascienza, dove gli alieni, da abitanti degli altri pianeti del sistema solare, sono stati immaginati sempre più frequentemente come abitanti di mondi extrasolari.

 
 

 


Dati
Massa del modulo di comando e di servizio (CM-107, SM-107 "Columbia") 30320 Kg
Massa del modulo lunare (LM-5 Eagle) 16448
Missione: Luna
Lancio: John F. Kennedy Space Center 20 Luglio 1969 ore 13:32 UTC
Allunaggio: Mare della tranquillità 20 Luglio 1969 ore 20:17 UTC
Rientro in ammaraggio: Oceano Pacifico 24 Luglio 1969 ore 16:50 UTC
Esito: Missione conclusa con successo

Apollo 11

Apollo 11 fu la missione spaziale che per prima portò gli uomini sulla Luna, gli statunitensi Neil Armstrong e Buzz Aldrin, il 20 luglio 1969 alle 20:18 UTC. Armstrong fu il primo a mettere piede sul suolo lunare, sei ore più tardi dell'allunaggio, il 21 luglio alle ore 02:56 UTC. Armstrong trascorse due ore e mezza al di fuori della navicella, Aldrin poco meno. Insieme raccolsero 21,5 kg di materiale lunare che riportarono a Terra. Un terzo membro della missione, Michael Collins, rimase in orbita lunare, pilotando il modulo di Comando che riportò gli astronauti a casa. La missione terminò il 24 luglio, con l'ammaraggio nell'Oceano Pacifico.

Lanciata da un razzo Saturn V dal Kennedy Space Center, il 16 luglio, Apollo 11 fu la quinta missione con equipaggio del programma Apollo della NASA. La navicella spaziale Apollo era costituita da tre parti: un Modulo di Comando (CM) che ospitava i tre astronauti ed era l'unica parte che rientrava a Terra, un modulo di servizio (SM), che forniva il modulo di comando di propulsione, energia elettrica, ossigeno e acqua, e un Modulo Lunare (LM) per l'atterraggio sulla Luna.

La prima passeggiata lunare fu trasmessa in diretta televisiva per un pubblico mondiale.

Apollo 11 concluse la corsa allo spazio intrapresa dagli Stati Uniti e dall'Unione Sovietica, realizzando l'obiettivo nazionale proposto nel 1961 dal presidente degli Stati Uniti John F. Kennedy in un discorso davanti al Congresso degli Stati Uniti in cui affermò che: "questo paese deve impegnarsi a realizzare l'obiettivo, prima che finisca questo decennio, di far atterrare un uomo sulla Luna e farlo tornare sano e salvo sulla Terra".

Equipaggio

Neil A. Armstrong, comandante
Michael Collins, pilota del modulo di comando
Buzz Aldrin, pilota del modulo lunare

Ciascun membro dell'equipaggio dell'Apollo 11 aveva già compiuto almeno un volo spaziale prima di essere selezionato per la missione; che l'equipaggio fosse composto da soli veterani era accaduto precedentemente solo per l'Apollo 10 e, in seguito, mai più si ripeterà.

Originariamente era previsto che Collins fosse il pilota del modulo di comando dell'Apollo 8, ma fu rimosso dall'incarico in seguito alla necessità di un intervento chirurgico alla schiena e fu sostituito da Jim Lovell, che svolgeva lo stesso compito nell'equipaggio di riserva.

Equipaggio di riserva

James A. Lovell, comandante
William A. Anders, pilota del modulo di comando
Fred W. Haise, pilota del modulo lunare

Personale di supporto

Charles Duke, Capsule Communicator
Ronald Evans
Owen K. Garriott
Don L. Lind
Ken Mattingly
Bruce McCandless
Harrison Schmitt
Bill Pogue
Jack Swigert

Direttori di volo

Cliff Charlesworth (Green Team), per il lancio e per l'EVA
Gene Kranz (White Team), allunaggio
Glynn Lunney (Black Team), ascesa dalla Luna

Codici di chiamata

All'equipaggio delle missioni Apollo era lasciata la possibilità di rinominare le navicelle in uso, ma, dopo che l'equipaggio dell'Apollo 10 aveva optato per Charlie Brown e Snoopy per identificare rispettivamente il Modulo di Comando e il Modulo Lunare, il vice-direttore delle pubbliche relazioni, Julian Scheer, scrisse a George M. Low, direttore del Centro di controllo missione, di suggerire all'equipaggio dell'Apollo 11 nomi più "seri".

Il modulo di comando fu così chiamato Columbia , da Columbiad, il gigantesco cannone che, nel romanzo di Jules Verne Dalla Terra alla Luna (1865), sparava la navicella verso la Luna, il LEM invece fu chiamato Eagle (Aquila), l'uccello simbolo degli Stati Uniti, rappresentato anche sull'emblema della missione.

Neil Armstrong, nel suo PPK (Personal Preference Kit) volle tenere un pezzo di legno dell'elica dell'aereo dei fratelli Wright del 1903 e un pezzo di tessuto dall'ala. Inoltre aveva con sé i distintivi di astronauta, arricchiti di diamanti, originariamente donati da Deke Slayton alle vedove dell'equipaggio dell'Apollo 1.

La missione

Il lancio dell'Apollo 11 fu seguito, oltre che dalle migliaia di persone che affollavano le autostrade e le spiagge vicino al sito di lancio, da milioni di spettatori televisivi, con il responsabile delle comunicazioni pubbliche della NASA, Jack Re, che forniva il commento. Il Presidente Richard Nixon assistette all'evento dallo Studio Ovale della Casa Bianca.

L'Apollo 11 fu lanciato da un razzo vettore Saturn V dalla piattaforma di lancio 39A, parte del complesso di lancio 39 del Kennedy Space Center, il 16 luglio, 1969 alle 13:32:00 UTC ed entrò in orbita terrestre dodici minuti più tardi. Dopo un'orbita e mezza, il motore PWR J-2 del terzo stadio S-IVB spinse la navetta sulla sua traiettoria verso la Luna grazie alla manovra Trans Lunar Injection (TLI) iniziata alle 16:22:13 UTC. Circa 30 minuti più tardi la coppia modulo di comando/modulo di servizio si separarono dall'ultimo stadio del saturno V e compirono la manovra per agganciarsi al Modulo Lunare rimasto ancora nel suo adattatore posto in cima al terzo stadio. Dopo che il Modulo Lunare fu estratto, il veicolo spaziale combinato continuò il suo viaggio verso la Luna, mentre il terzo stadio ormai abbandonato fu messo in un'orbita eliocentrica.

Il 19 luglio alle 17:21:50 UTC, Apollo 11 passò dietro la Luna e accese il motore in servizio per entrare in orbita lunare. Nelle trenta orbite che effettuarono, l'equipaggio ebbe modo di osservare il luogo previsto per il loro atterraggio nel sud del Mare della Tranquillità (Mare Tranquillitatis) a circa 19 km a sud-ovest del cratere Sabine D (0.67408N, 23.47297E). Il sito di atterraggio era stato scelto in parte perché era ritenuto avente una conformazione relativamente piatta e liscia grazie alle rilevazioni delle sonde automatiche Ranger 8 e Surveyor 5 e perciò non presentava grandi difficoltà nell'allunaggio e nella attività extraveicolari.

L'allunaggio

L'Eagle distaccato dal Columbia

Il 20 luglio 1969 il modulo lunare chiamato "Eagle" venne separato dal modulo di comando, detto "Columbia". Collins rimase a bordo del Columbia, mentre l'Eagle con Armstrong e Aldrin scendeva sulla superficie. Dopo un attento controllo visivo, Eagle accese il motore e iniziò la discesa. Appena iniziata la manovra di discesa, vari allarmi del computer di "allunaggio" segnalarono un guasto al sistema di guida automatico dovuto all'esaurimento di tutta la memoria del computer. Questo fu causato da un errore dell'equipaggio che attivò il rendezvous radar, utile in caso di annullamento dell'atterraggio, che saturò tutta la memoria necessaria per i calcoli del software di allunaggio. L'errore fu prontamente riscontrato e risolto senza conseguenze dagli astronauti.

Durante questa fase, gli astronauti si accorsero che il sito dell'allunaggio era molto più roccioso di quanto avessero indicato le fotografie. Armstrong prese il controllo semi-manuale del modulo lunare, che fece allunare alle 20:17:40 UTC (22:17:40 ora italiana) con ancora 25 secondi di carburante.

La NASA, considerata la modesta quantità di carburante rimasta, di gran lunga inferiore rispetto ai precedenti test, aumentò in modo considerevole la quantità di combustibile disponibile sul LEM per i voli successivi.

« Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed. »

« Houston, qui Base della tranquillità. L'Eagle è atterrato »
(Storica frase di Neil Armstrong pochi secondi dopo l'atterraggio del modulo lunare.)
Operazioni sulla superficie

Progettarono la disposizione delle attrezzature per installare l'Early Apollo Scientific Experiment Package (EASEP) e issare la bandiera americana, studiando il sito dell'allunaggio dalle due finestre triangolari dell'Eagle, che permettevano loro di avere una visione di 60°.

Secondo il programma, Armstrong e Aldrin dopo aver compiuto tutti i controlli previsti avrebbero dovuto riposare per quattro ore all'interno del modulo lunare, eventualmente aiutati a dormire con dei tranquillanti, poi si sarebbero preparati per l'uscita, programmata per le 6:17 UTC (8:17 italiane). Invece gli astronauti non dormirono. Alle 22:12 UTC (0:12 italiane) Armstrong comunicò la decisione di procedere con la preparazione della prima Attività Extraveicolare, invece di riposare, con queste parole: Il nostro consiglio a questo punto è di programmare l'Attività Extraveicolare, con la vostra approvazione, a partire dalle otto di questa sera, ora di Houston. Approssimativamente fra tre ore. Il dottor Berry, il medico che con la telemetria controllava le condizioni di Armstrong, si disse d'accordo, e così pure il direttore di volo Cliff Charlesworth, e da Houston venne dato l'OK.

La preparazione per l'uscita anticipata però richiese ben più delle tre ore previste da Armstrong. L'astronauta ebbe alcune iniziali difficoltà a uscire dello sportello a causa del suo PLSS (Primary Life Support System, lo zaino agganciato alla tuta spaziale). Infatti secondo il veterano lunare John Young (astronauta statunitense), a una riprogettazione del LM che prevedeva uno sportello più piccolo, non seguì una revisione della PLSS, così si rese difficoltosa l'entrata e l'uscita degli astronauti dallo sportello.

Sei ore e mezza dopo aver toccato il suolo, alle 2:57 UTC (4:57 italiane), Armstrong compì la discesa sulla superficie e fece il suo grande passo per l'umanità. Aldrin lo seguì, e i due astronauti trascorsero 2 ore e 31 minuti a fotografare la superficie lunare e raccogliere campioni di roccia.

Aldrin passeggia sulla Luna

« Magnificent desolation. »

« Magnifica desolazione »
(Buzz Aldrin appena disceso)

L'Unità di Controllo Remota posta sul casco impediva ad Armstrong di vedersi i piedi. Mentre scendeva la scaletta di nove gradini, Armstrong tirò l'anello che schierò il Modular Equipment Stowage Assembly (MESA) contro il lato dell'Eagle attivando la telecamera della TV. Le prime immagini vennero ricevute al "Goldstone Deep Space Communications Complex" negli USA, ma quelle con miglior definizione si videro a Honeysuckle Creek in Australia. Qualche minuto più tardi le immagini furono mandate anche nel normale circuito televisivo, grazie al radiotelescopio del Parkes Observatory in Australia. Così, malgrado le difficoltà iniziali, le prime immagini in bianco e nero di un uomo sulla Luna vennero viste in diretta da almeno 600 milioni di persone sparse in tutto il mondo.

Dopo una breve descrizione della superficie (very fine grained... almost like a powder cioè "a grana molto fine... quasi come polvere") e aver pronunciato la sua storica frase, Armstrong fece il suo primo passo fuori dall'Eagle e diventò il primo uomo a camminare su un altro corpo celeste. Commentò che muoversi nella gravità lunare, circa un sesto di quella terrestre, era molto più facile che nelle simulazioni effettuate prima del lancio e che l'ideale per spostarsi era "saltare" e non camminare come sulla Terra.

Oltre che essere la concretizzazione del sogno di John F. Kennedy di vedere un uomo sulla Luna prima della fine degli anni sessanta, l'Apollo 11 fu un test per tutte le missioni successive Apollo; quindi Armstrong scattò le foto che sarebbero servite ai tecnici sulla Terra a verificare le condizioni del modulo lunare dopo l'allunaggio. Successivamente raccolse il primo campione di terreno lunare, lo pose in una busta che mise nell'apposita tasca della sua tuta. Rimosse la telecamera dal MESA, fece una panoramica e la mise su un treppiede a 12 m dal modulo lunare. Il cavo della telecamera, però, rimase parzialmente arrotolato, rappresentando un pericolo per le attività extraveicolari (EVA).

Aldrin raggiunse Armstrong sulla superficie lunare e testò i metodi migliori per muoversi, compreso il cosiddetto salto del canguro. La disposizione dei pesi nella PLSS creava una tendenza a cadere verso l'indietro, ma nessuno dei due astronauti ebbe seri problemi d'equilibrio. Correre a passi lunghi divenne il metodo per spostarsi preferito dai due astronauti. Aldrin e Armstrong riferirono che dovevano programmare i movimenti da compiere sei o sette passi prima. Il terreno molto fine era anche particolarmente sdrucciolevole. Aldrin rilevò che il muoversi tra la luce solare diretta e l'ombra dell'Eagle non provocava cambiamenti significativi di temperatura all'interno della sua tuta spaziale, invece il casco risultava essere più caldo sotto il Sole.

Gli astronauti piantarono insieme la bandiera degli Stati Uniti, ma la consistenza del terreno non permise di inserirla per più di 20 cm. Successivamente essi ricevettero una chiamata del presidente di allora, Richard Nixon, che egli stesso definì "la storica chiamata fatta dalla Casa Bianca".

Il MESA non si rivelò una piattaforma di lavoro stabile, inoltre era all'ombra, e questo rallentò ulteriormente il lavoro. Mentre lavoravano, gli astronauti alzarono della polvere grigia, che andò a sporcare la parte esterna delle loro tute. Posizionarono l'EASEP, che includeva un sismografo passivo e un "retroreflector" (dispositivo composto da celle multi-specchio, orientato in modo da riflettere la luce di un laser puntato dalla Terra verso la Luna). Successivamente Armstrong si allontanò a grandi passi di circa 120 metri dal Modulo Lunare per fotografare il Cratere Orientale mentre Aldrin iniziò la raccolta di materiale lunare. Usò il martello geologico, e questa fu l'unica situazione in cui venne usato dall'Apollo 11. Gli astronauti iniziarono la raccolta di rocce lunari con le palette, ma poiché l'operazione richiedeva molto più tempo del previsto, furono costretti ad abbandonare il lavoro a metà dei 34 minuti previsti.

Durante questo periodo, il "Mission Control" ha usato una frase codificata per avvertire Armstrong che i suoi tassi metabolici erano troppo alti e che avrebbe dovuto rallentare. I tassi rimasero generalmente più bassi di quanto previsto per entrambi gli astronauti durante la camminata, così il "Mission Control" assegnò ad Aldrin e Armstrong 15 minuti in più.

Risalita lunare e ritorno sulla Terra

Aldrin rientrò nell'Eagle per primo. Con non poche difficoltà, gli astronauti caricarono i film e due sacchi contenenti più di 22 kg di materiale lunare dallo sportello del Modulo Lunare, grazie ad un sistema a puleggia chiamato "Lunar Equipment Conveyor". Poi Armstrong saltò sulla scaletta ed entrò nel LM.

Dopo il trasferimento al Modulo di supporto vitale dell'LM, gli astronauti alleggerirono il modulo gettando fuori i PLSS, le scarpe lunari, una fotocamera Hasselblad ed altra apparecchiatura ed accesero il motore di ascesa per rientrare in orbita. Completata l'ascesa, spensero il motore e raggiunsero Michael Collins a bordo del CM Columbia che si trovava in orbita lunare.

Dopo oltre 2 ore e mezza di attività sulla superficie lunare, si ricongiunsero a Collins sul "Columbia", con un carico di 20,87 kg di rocce lunari. I due moonwalkers lasciarono sulla Luna apparecchiature scientifiche quali un prisma retroriflettente usato per l'esperimento Lunar Laser Ranging. Lasciarono, inoltre, una bandiera americana e una placca con i disegni dei due emisferi terrestri, un'iscrizione, le firme degli astronauti e del presidente Nixon. L'iscrizione recita:

La storica placca sulla scaletta del LEM.

« Qui uomini dal pianeta Terra fecero il primo passo sulla Luna Luglio 1969 d.C. Siamo venuti in pace per tutta l'umanità »

Il LM venne rilasciato dopo che i due astronauti si trasferirono sul Columbia. Il LM restò in orbita lunare e si presume che si sia schiantato sul suolo lunare entro un intervallo di tempo da 1 a 4 mesi.

I tre astronauti ritornarono sulla Terra il 24 luglio, accolti come eroi. Il punto dell'atterraggio in mare fu a 13° 19' N, 169° 9' W, cioè 380 km a sud dell'Atollo Johnston e 24 km dalla nave di recupero, la USS Hornet.

Resti

Il sito di allunaggio fotografato da LRO nel 2012.

Il Modulo di Comando è in mostra al National Air and Space Museum di Washington.

Nel 2009 il Lunar Reconnaissance Orbiter fotografò i vari siti di allunaggio delle missioni Apollo con risoluzione sufficiente a distinguere lo stadio di discesa del modulo lunare, vari strumenti scientifici e le tracce delle passeggiate lunari.

I 5 motori F-1 del razzo Saturn V sono stati ritrovati da una spedizione privata finanziata da Jeff Bezos, fondatore di Amazon.com, la cui intenzione è di recuperarne almeno uno da mettere pubblicamente in mostra.

Principali eventi

Agganci tra il CSM-LM

Separazione: 20 luglio 1969, 17:44 UTC
Riaggancio: 21 luglio 1969, 21:35 UTC

Passeggiata sulla Luna

Apertura del portello del LM: 21 luglio 1969, 2:39:33 UTC
Armstrong, EVA (Extra-vehicular activity, attività extraveicolari)
Uscita dal LM: 2:51:16 UTC
Contatto con il suolo lunare: 2:56:15 UTC
Rientro al LM: 5:09:00 UTC
Aldrin, EVA
Uscita dal LM: 03:11:57 UTC
Contatto con il suolo lunare: 03:15:16 UTC
Rientro al LM: 05:01:39 UTC
Chiusura del portello del LM: 21 luglio, 05:11:13 UTC
Durata: 2 ore, 31 minuti, 40 secondi

 
 

 


Dati
Massa della sonda 258 Kg
Missione: Giove, Spazio Interstellare
Lancio: Cape Canaveral 2 Marzo 1972 ore 01:49:00 UTC
Strumentazione: vedi capitolo strumenti scientifici
Esito: Missione conclusa, attualmente in viaggio verso la stella Aldebaran

Pioneer 10

Il Pioneer 10 (originariamente designata come Pioneer F) è una sonda spaziale statunitense, pesante 258 chilogrammi, che completò la prima missione verso Giove. Dopo, divenne la prima sonda spaziale a superare la velocità di fuga dal sistema solare. La missione è stata sviluppata e diretta dall'Ames Research Center della NASA, mentre la TRW ha costruito la sonda e la sua gemella, il Pioneer 11.

Il Pioneer 10 è stato lanciato il 3 marzo 1972 da un Atlas-Centaur da Cape Canaveral in Florida. Tra il 15 luglio 1972 e il 15 febbraio 1973 è diventato il primo veicolo spaziale ad attraversare la fascia principale. Cominciò a fotografare Giove dal 6 novembre 1973, da una distanza di 25.000.000 km, e trasmise un totale di 500 immagini circa. Il massimo avvicinamento al pianeta avvenne il 4 dicembre 1973, ad una distanza di 132.252 km. Durante la missione gli strumenti a bordo vennero usati per studiare la fascia degli asteroidi, l'ambiente gioviano, il vento solare, i raggi cosmici e, successivamente, i luoghi più lontani dell'eliosfera.

Le comunicazioni radio con la sonda sono state perse il 23 gennaio 2003 a causa della perdita di potenza elettrica alla sua radio trasmittente, quando l'oggetto si trovava ad una distanza di 80 UA (Pari a 12.000.000.000 di km) dalla Terra.

Sviluppo

Negli anni sessanta, l'ingegnere aerospaziale statunitense Gary Flandro del Jet Propulsion Laboratory concepì una missione, chiamata "Planetary Grand Tour", che sfruttando un raro allineamento dei pianeti del sistema solare esterno, avrebbe permesso la loro esplorazione con un unico veicolo. Questa missione sarebbe stata compiuta alla fine degli anni settanta dalle sonde Voyager, ma per prepararle meglio al loro scopo, la NASA decise nel 1964 di lanciare un paio di sonde sperimentali verso il sistema solare esterno. L'Outer Space Panel, presieduto da James Van Allen elaborò la logica scientifica per l'esplorazione dei pianeti esterni, mentre il Goddard Space Flight Center sviluppò una proposta indicata come "Galactic Jupiter Probes", una coppia di sonde che, transitate per la fascia principale, avrebbero raggiunto Giove. Se lanciate nel 1972 e nel 1973, avrebbero potuto sfruttare delle finestre di lancio (aperte per poche settimane ogni 13 mesi) caratterizzate da delta-v particolarmente convenienti per raggiungere il pianeta.

La missione fu approvata dalla NASA nel febbraio del 1969, nell'ambito del Programma Pioneer - una serie di missioni spaziali statunitensi senza equipaggio lanciate tra il 1958 e il 1978. Le due sonde furono indicate come Pioneer F e G nella fase di sviluppo antecedente al lancio, e, dopo di esse, Pioneer 10 e 11.

Le due sonde costituirono il primo modello di una serie pensata per esplorare il sistema solare esterno, basato su varie proposte analizzate durante gli anni sessanta. I primi obiettivi per la missione furono individuati nell'esplorazione del mezzo interplanetario oltre l'orbita di Marte, della fascia degli asteroidi (valutando anche il pericolo di una collisione incorso dalle sonde che avessero tentato di attraversarla), di Giove e del suo sistema. In una fase di sviluppo successiva, si cercò di tener conto delle esigenze che avrebbero permesso un sorvolo ravvicinato di Giove, avendo anche come obiettivo la valutazione degli effetti che le radiazioni presenti nell'ambiente attorno al pianeta avrebbero avuto sugli strumenti delle sonde.

Vennero proposti più di 150 esperimenti per la missione. La selezione di quelli che sarebbero stati condotti effettivamente dalle sonde avvenne in più fasi, con una serie di sessioni durante gli anni sessanta e la scelta finale avvenuta nei primi anni settanta. Le sonde sarebbero dovute essere in grado di fotografare, anche polarimetricamente, Giove e i suoi satelliti; effettuare osservazioni nell'infrarosso e nell'ultravioletto, rilevare asteroidi e meteoroidi, determinare la composizione delle particelle cariche e misurare i campi magnetici, le proprietà del plasma e i raggi cosmici e rilevare la luce zodiacale durante la fase di operatività. Inoltre, accurate misurazioni dell'attenuazione dei segnali radio trasmessi dalla sonda mentre questa veniva ad essere occultata da Giove avrebbero potuto permettere di misurare alcune proprietà dell'atmosfera del pianeta, così come l'analisi dei dati telemetrici avrebbe potuto permettere di migliorare la stima della massa di Giove e delle sue lune.

Nonostante la proposta fosse stata avanzata dal Goddard Space Flight Center, fu l'Ames Research Center, guidato da Charles F. Hall, ad essere incaricato della direzione del progetto, grazie alla maggiore esperienza con sonde stabilizzate a singolo-spin. Fu richiesta una sonda piccola e leggera, magneticamente pulita e capace di effettuare una missione interplanetaria. Sarebbero stati utilizzati moduli analoghi a quelli che avano già volato - e dimostrato la loro resistenza - a bordo delle sonde Pioneer 6, 7, 8 e 9.

Nel febbraio del 1970, l'Ames Research Center stipulò un contratto di 380 milioni di dollari con TRW per la costruzione delle sonde Pioneer F, G e dell'unità di riserva H, saltando il processo abituale di selezione dell'offerta più conveniente a causa dei tempi stretti. B. J. O'Brien e Herb Lassen guidarono la squadra che assemblò i veicoli. La progettazione e la costruzione della sonda richiese circa 25 milioni di ore di lavoro complessivo.

Per rispettare i programmi, il primo lancio avrebbe dovuto aver luogo tra il 29 febbraio e il 17 marzo 1972 con arrivo su Giove nel novembre 1974. Questo fu poi anticipato al dicembre 1973 per non avere conflitti con altre missioni per l'utilizzo del Deep Space Network per le comunicazioni e per evitare il periodo durante il quale la Terra e Giove sarebbero stati in opposizione. La traiettoria del Pioneer 10 nell'attraversamento del sistema di giove fu selezionata per massimizzare la raccolta di informazioni sulle radiazioni presenti nel sistema e sulla resistenza ad esse della sonda. A tale scopo, il massimo avvicinamento al pianeta fu programmato ad una distanza di tre raggi gioviani. La traiettoria scelta avrebbe inoltre permesso al veicolo di osservare il lato di Giove illuminato dal Sole.

Disegno della sonda

Rappresentazione schematica del Pioneer 10.

Il corpo principale del Pioneer 10 aveva la forma di un prisma alto 36 centimetri, di base esagonale, avente lato di 76 centimetri. Ospitava il propellente per controllare l'orientamento della sonda ed 8 degli 11 strumenti scientifici. L'equipaggiamento era protetto dai meteoriti tramite pannelli a sandwich con honeycomb in alluminio. Coperture di BoPET e kapton provedevano al controllo termico passivo. Poiché i componenti elettrici nel compartimento generavano calore dissipando una potenza compresa tra 70 e 120 W, erano presenti anche degli schermi mobili (louvers) regolabili in base alle necessità.

La sonda aveva una massa al lancio di 260 chilogrammi, dei quali 36 di idrazina liquida monopropellente in un serbatoio sferico di 42 centimetri di diametro. L'orientazione del veicolo era regolata attraverso 6 propulsori da 4,5 N, montati in 3 coppie. Ad una di esse era assegnato il compito di mantenere la sonda in rotazione attorno al proprio asse ad una velocità costante di 4,8 giri al minuto; un'altra direzionava il propulsore principale, mentre la terza regolava l'assetto. A quest'ultima era demandata il controllo della sonda nelle manovre di scansione conica per tracciare la Terra nella sua orbita. Le informazioni sulla navigazione erano ottenute da un sensore stellare capace di rilevare Canopo e da due sensori solari.

Sistema elettrico

Il Pioneer 10 era dotato di quattro generatori termoelettrici a radioisotopi SNAP-19, posizionati alle estremità di due bracci a tre aste, lunghi 3 metri e inclinati di 120° rispetto all'asta del magnetometro. Questo perché si riteneva che fosse una distanza sicura dai sensibili strumenti scientifici trasportati a bordo. Gli RTG fornivano complessivamente una potenza di 155 W al lancio, che si sarebbe ridotta a 140 W al momento del sorvolo di Giove. La potenza necessaria ad alimentare tutti i sistemi della sonda era di 100 W. I generatori erano alimentati da plutonio 238 (238Pu), racchiuso in una capsula a più strati protetta da una copertura di grafite.

Nella fase di sviluppo era stato richiesto che lo SNAP-19 fornisse energia per almeno due anni nello spazio, requisito largamente superato durante la missione. Il 238Pu ha un'emivita di 87,74 anni; dopo 29 anni quindi la radiazione generata dagli RTG sarebbe stata l'80% della sua intensità al lancio. Tuttavia, a causa del deterioramento dei giunti delle termocoppie (che convertono in energia elettrica il calore generato dal decadimento del 238Pu), la riduzione nell'energia fornita dai quattro dispositivi è stata molto più veloce, e nel 2005 la potenza in uscita totale era di 65 W. In conseguenza di ciò, quando la potenza disponibile è scesa al di sotto della soglia dei 100 W, si è operata una razionalizzazione nell'attivazione degli strumenti.

Sistema di comunicazione

Il sistema di comunicazione della sonda presentava delle ridondanze e si componeva di un'antenna ad alto guadagno (dal fascio quindi piuttosto stretto), di un'antenna omnidirezionale ed una a medio guadagno. Il piatto parabolico dell'antenna ad alto guadagno aveva 2,74 metri di diametro ed era realizzato in alluminio con struttura a sandwich, con nido d'ape. La stabilizzazione a singolo-spin garantiva che fosse mantenuto il puntamento verso la Terra dell'antenna ad alto guadagno, il cui asse coincideva con quello di rotazione della sonda. Ogni trasmittore assorbiva 8 W e trasmetteva dati in banda S a 2 110 MHz in uplink dalla Terra e 2292 MHz nel downlink alla Terra attraverso il Deep Space Network. I dati erano codificati in modo convenzionale e la maggior parte degli errori di comunicazione poteva quindi essere corretta dall'attrezzatura di ricezione sulla Terra. La velocità di trasmissione dei dati al lancio era di 256 bit/s con un ritmo di degrado di 1,27 mbit/s al giorno.

A differenza delle successive sonde Voyager, le due Pioneer erano dotate di processori dalla capacità di calcolo molto limitata, che non permetteva loro di operare in modalità semi-automatica. Le lunghe sequenze di comando venivano quindi sviluppate dagli operatori a terra e successivamente trasmesse alla sonda, che le eseguiva. La sonda era anche in grado di mantenere in memoria fino a cinque comandi delle 222 possibilità che erano state previste.Ciascuna sonda era dotata di un'unità di archiviazione dei dati, che avevano una memoria di 6 144 B. L'unità di telemetria digitale era utilizzata per convertire i dati raccolti in uno dei 13 formati previsti prima della loro trasmissione sulla Terra.

Strumenti scientifici

Helium Vector Magnetometer (HVM)
Questo strumento ha misurato la struttura fine del campo magnetico interplanetario, mappato il campo magnetico gioviano e fornito misurazioni dello stesso per valutare l'interazione del vento solare con Giove. Il magnetomentro consisteva in una cella caricata con elio e montata su un braccio lungo 6,6 metri per isolare parzialmente lo strumento dal campo magnetico della sonda.

Quadrispherical Plasma Analyzer
Guardava attraverso un buco nella larga antenna a forma di piatto per individuare particelle del vento solare provenienti dal Sole.

Charged Particle Instrument (CPI)
Ha rilevato raggi cosmici nel Sistema Solare.

Cosmic Ray Telescope (CRT)
Ha ottenuto dati sulla composizione delle particelle che compongono i raggi cosmici e i loro campi energetici.

Geiger Tube Telescope (GTT)
Ha rilevato l'intensità, lo spettro energetico e la distribuzione angolare degli elettroni e protoni lungo il percorso della sonda attraverso le fasce di radiazioni di Giove.

Trapped Radiation Detector (TRD)
Includeva:
un contatore Cerenkov sfocato che rilevava la luce emessa da una direzione particolare secondo le particelle che passavano davanti ad essa, registrando gli elettroni da 0,5 a 12 MeV;
un rilevatore di dispersione di elettroni da 100 a 400 keV;
un rilevatore di minima ionizzazione consistente in un diodo a stato solido che misurava le particelle a ionizzazione minima (<3MeV) e i protoni in un intervallo tra 50 e 350 MeV.

Meteoroid Detectors
Dodici pannelli di celle pressurizzate che registrarono gli impatti penetranti di piccoli meteoridi, montati dietro all'antenna principale.

Asteroid/Meteoroid Detector (AMD)
AMD guardava nello spazio attraverso quattro telescopi per inseguire le particelle vicine, da piccole polveri a grandi asteroidi lontani.

Ultraviolet Photometer
La luce ultravioletta veniva percepita per determinare le quantità di idrogeno ed elio nello spazio e su Giove.

Imaging Photopolarimeter (IPP)
L'esperimento di fotografia faceva affidamento sulla rotazione della sonda spaziale per perlustrare un piccolo telescopio attorno al pianeta, con lo scopo di acquisire, nella luce rossa e blu, sottili strisce di immagini larghe solo 0.03°. Queste strisce vennero poi processate per costruire un'immagine visuale del pianeta.

Infrared Radiometer
Forniva informazioni sulla temperatura delle nuvole e sull'uscita di calore da Giove.

Il veicolo di lancio

Il veicolo di lancio Atlas aveva una spinta di 1823,771 kN, consistente in due boosters da 778,44 kN, un motore di spinta ausiliaria di 266,893 kN e due motori Vernier da 3,002 kN. I propellenti utilizzati erano ossigeno liquido (LOX) e RP-1.

Il secondo stadio Centaur ha due motori con una spinta totale di 129,888 kN. Questo motore trasportava i pannelli di insolazione che venivano gettati appena usciti dall'atmosfera terrestre e venivano usati per prevenire il calore o l'attrito dell'aria, cause dell'evaporazione dell'idrogeno liquido (LH2) durante il volo attraverso l'atmosfera. I propellenti utilizzati erano idrogeno liquido e ossigeno liquido.

Il terzo stadio TE364-4 alimentato a combustibile solido sviluppava approssimativamente 66,723kN di spinta. Questo stazio inoltre avviava la rotazione della sonda.

Lancio e prima fase di crociera: la fascia principale

Il Pioneer 10 è stato lanciato il 3 marzo 1972 alle 01:49:00 UTC (2 marzo ora locale) dal Space Launch Complex 36A del Kennedy Space Center, in Florida, a bordo di un vettore Atlas-Centaur. Il terzo stadio consisteva in un TE364-4 a propellente solido sviluppato specificatamente per le missioni Pioneer ed ha fornito circa 66 700 N (15.000 libbre) di spinta e avviato la rotazione della sonda a 30 rpm. L'estensione dei tre bracci della sonda, avvenuta venti minuti dopo il lancio, rallentò la rotazione a 4,8 rpm - valore che fu mantenuto costante per tutta la durata del viaggio. Il lanciatore operò per 17 minuti, fornendo al Pioneer 10 la velocità di 51.682 km/h.

Stabilito il primo contatto attraverso l'antenna ad alto guadagno, fu attivata la maggior parte degli strumenti per eseguire delle prove mentre la sonda attraversava le fasce di radiazione della Terra. Novanta minuti dopo il lancio, la sonda raggiunse lo spazio interplanetario; oltrepassò la Luna in 11 ore, divenendo l'oggetto più veloce mai lanciato dall'uomo fino ad allora. Due giorni dopo il lancio vennero attivati tutti gli strumenti scientifici, a partire dal rilevatore dei raggi cosmici. La fase di attivazione fu completata in dieci giorni.

Durante i primi 7 mesi di viaggio la sonda eseguì tre manovre di correzione di rotta. Fu verificato lo stato di funzionamento degli strumenti a bordo del veicolo, con i fotometri che furono utilizzati per osservare Giove e la luce zodiacale, mentre con altri strumenti venivano misurati i raggi cosmici, i campi magnetici e il vento solare. L'unico inconveniente occorso durante questo intervallo di tempo fu il guasto del sensore stellare, che obbligò ad utilizzare i restanti sensori solari per rilevare l'assetto del veicolo d'allora in avanti.

La traiettoria

Nell'attraversamento dello spazio interplanetario, il Pioneer 10 rilevò per la prima volta atomi di elio. Rilevò inoltre ioni altamente energetici di alluminio e sodio nel vento solare. Il Pioneer 10 fu la prima sonda ad entrare nella fascia principale (15 luglio 1972), posta tra le orbite di Marte e Giove. I progettisti si attendevano un attraversamento della fascia in sicurezza, dal momento che la traiettoria seguita avrebbe portato il Pioneer 10 ad avvicinarsi non meno di 8,8 × 106 km dagli asteroidi conosciuti. Uno degli avvicinamenti più stretti avvenne con l'asteroide 307 Nike il 2 dicembre 1972.

Gli esperimenti a bordo misurarono una carenza di particelle più piccole del micrometro (μm) nella fascia, se confrontata con lo spazio in prossimità della Terra. La densità delle particelle di polvere dal diametro compreso tra 10–100 µm non variò significativamente durante il viaggio dalla Terra alle località più lontane della fascia principale; mentre la densità delle particelle con diametro compreso tra 100 µm a 1 mm triplicò nella fascia principale. Non furono rivelati nella fascia frammenti più grandi di un millimetro, suggerendo che questi dovessero essere rari; sicuramente molto meno comuni di quanto atteso. La sonda non subì alcuna collisione che potesse danneggiarla ed emerse pienamente operativa all'altro lato della fascia principale il 15 febbraio 1973.

Sorvolo di Giove

Traiettoria del Pioneer 10 nell'attraversamento del sistema di Giove.

Le prime prove degli strumenti fotografici iniziarono il 6 novembre 1973, quando il Pioneer 10 distava 25 milioni di km da Giove. I dati ricevuti tramite il Deep Space Network confermarono il loro funzionamento. Fu quindi inviata alla sonda una serie di 16.000 comandi, che avrebbero controllato le sue operazioni nel sorvolo ravvicinato nei seguenti sessanta giorni. L'8 novembre, il Pioneer 10 attraversò l'orbita della luna più esterna allora nota, Sinope. Il bow shock della magnetosfera gioviana fu attraversato il 16 novembre, come indicato da un calo della velocità del vento solare da 451 a 225 km/h. La magnetopausa fu poi passata il giorno successivo. Gli strumenti della sonda confermarono che il campo magnetico di Giove era inverso rispetto a quello terrestre. Il 29 del mese vennero oltrepassate le orbite della maggior parte delle lune esterne.

Il fotopolarimetro acquisì immagini di Giove nella lunghezza d'onda del rosso e del blu; da queste, ne furono prodotte di artificiali nel verde, che permisero di comporre le immagini in "veri colori" consegnate alla stampa. Il 26 novembre furono ricevute 20 immagini; dal 2 dicembre, la qualità delle immagini raccolte dal Pioneer 10 superò quella delle migliori che potevano essere ottenute attarverso i telescopi sulla Terra. La NASA decise di mostrarle in tempo reale, fatto per il quale il Programma Pioneer ricevette un Premio Emmy. Durante il sorvolo di Giove furono raccolte di più di 500 immagini in totale; le distorsioni geometriche in esse introdotte dal moto della sonda furono successivamente corrette da rielaborazioni computerizzate.

Immagine di Giove acquisita dal Pioneer 10.

La traiettoria percorsa dalla sonda era prossima a piano equatoriale magnetico di Giove, in prossimità del quale si concentra la radiazione degli ioni presente nella magnetosfera del pianeta. I flussi di picco furono 10.000 volte più potenti di quelli massimi registrati attorno alla Terra. Dal 3 dicembre, l'intensità delle radiazioni raggiunse livelli tali da determinare errori nei comandi del Pioneer. Molti di questi furono corretti tramite interventi d'emergenza, ma un'immagine di Io e alcune immagini ravvicinate di Giove furono perse. Analoghi falsi comandi si manifestarono anche durante l'allontanamento dal pianeta. Il Pioneer 10 riuscì con successo a fotografare Ganimede ed Europa. L'immagine di Ganimede mostrò un basso albedo nel centro e in prossimità del polo sud, mentre il polo nord apparve più luminoso. Europa era troppo lontano perché fosse possibile ottenere un'immagine dettagliata, quindi alcune formazioni d'albedo risultarono in seguito illusorie.

I satelliti medicei ripresi dal Pioneer 10.

La scelta della traiettoria era stata compiuta anche per osservare Io dal retro, riuscendo così ad analizzarne l'atmosfera con esperimenti radio. Fu così dimostrato che all'incirca 700 km sopra la superficie del lato illuminato di Io era presente una ionosfera, la cui densità era di 60.000 elettroni per centimetro cubico sul lato diurno e 9.000 sul lato notturno. Risultò invece inaspettata la scoperta che Io orbitasse dentro una nuvola di idrogeno estesa per 805.000 km, con un'altezza e una larghezza di 402.000 km. Si ritenne che le rilevazioni in prossimità di Europa attestassero una struttura analoga, ma di 110.000 km.

Nel momento del massimo avvicinamento la velocità della sonda era di 132.000 km/h. La sonda transitò ad una distanza di 132.252 km dall'atmosfera superiore di Giove. Furono raccolte immagini della Grande Macchia Rossa e del terminatore, dopodiché le comunicazioni cessarono mentre la sonda passava dietro il pianeta. I dati dell'occultazione radio permisero di misurare la struttura verticale delle temperature nell'atmosfera superiore, rilevando un'inversione di temperatura tra le altitudini corrispondenti a 10 e 100 mbar di pressione. Le temperature al livello di 10 mbar erano tra -122° a -113 °C, mentre quelle a 100 mbar erano tra -183° e -163 °C. La sonda generò una mappa di Giove nell'infrarosso, che confermò l'opinione che il pianeta irradiasse più calore di quanto ne ricevesse dal Sole.

Durante l'allontanamento del pianeta furono riprese immagini della falce crescente di Giove. Mentre si dirigeva verso l'esterno, la sonda passò nuovamente il bow shock. Poiché questo fronte è sempre in movimento nello spazio a causa della sua interazione dinamica con il vento solare, il veicolo l'attraversò per ben 17 volte prima di uscire completamente dalla magnetosfera gioviana.

Immagini riprese dal Pioneer 10 nella fase di allontanamento di Giove.

Seconda fase di crociera

Il Pioneer 10 oltrepassò l'orbita di Saturno nel 1976 e l'orbita di Urano nel 1979. Il 13 giugno 1983 superò l'orbita di Nettuno, il pianeta più distante dal Sole in quel momento, e quindi divenne il primo oggetto costruito dall'uomo a lasciare lo spazio nelle vicinanze dei pianeti del sistema solare. Durante questa seconda fase di crociera, la sonda proseguì a raccogliere dati e informazioni sul mezzo interplanetario, comunicandoli regolarmente a terra. Nonostante la sonda fosse ancora funzionante, la sua missione è stata terminata ufficialmente dalla NASA il 31 marzo 1997, quando si trovava ad una distanza di 67 UA dal Sole.

Analisi dei dati del tracciamento radio dei Pioneer 10 e 11, nella fase in cui le sonde si trovavano a distanze comprese tra 20 e 70 UA dal Sole, hanno rivelato un debole ma anomalo spostamento Doppler della frequenza del segnale. Ciò indicava che le sonde erano soggette ad un'accelerazione costante di (8,74 ± 1,33) × 10−10 m/s² diretta approssimativamente verso il Sole. Sebbene si sospettasse che l'effetto derivasse da un errore sistematico, gli studiosi non riuscivano ad individuarne l'origine e furono avanzate numerose ipotesi per quella che fu definita l'"Anomalia Pioneer". Slava Turyshev e colleghi hanno condotto un'analisi dettagliata dei dati nel 2012 ed individuato la fonte dell'anomalia in un'asimmetria nell'irraggiamento del calore da parte della sonda (parte del calore irradiato dalla sonda viene riflesso nella direzione opposta al Sole dalla superficie della grande antenna parabolica).

La NASA ha continuato a seguire il debole segnale del Pioneer 10 attraverso il Deep Space Network anche dopo la conclusione della missione, allo scopo di formare i nuovi controllori di volo nel processo di acquisizione dei segnali radio dallo spazio profondo. Il NASA Institute for Advanced Concepts ha applicato la teoria del caos per estrarre dati coerenti dal segnale che progressivamente si faceva sempre più debole.

L'ultima ricezione riuscita della telemetria è avvenuta il 27 aprile 2002; i segnali successivi erano appena rilevabili e non fornirono dati utilizzabili. L'ultimo segnale ricevuto dal Pioneer 10 risale al 23 gennaio 2003, quando la sonda era a 12 miliardi km (80 UA) dalla Terra. Tentativi successivi non hanno avuto successo. Nonostante ciò, è stato condotto un ultimo tentativo (senza successo) la sera del 4 marzo del 2006, perché dopo di allora l'antenna della sonda avrebbe perso il corretto allineamento con la Terra. La NASA concluse che la potenza generata dalle unità RTG fosse ormai scesa sotto la soglia necessaria al funzionamento del trasmettitore. Da allora non sono stati effettuati ulteriori tentativi di contatto.

Cronologia della missione
Rendering del Pioneer 10 a Giove
Data Ora (UTC) Evento
3 marzo 1972 01:49:04 Lancio
25 maggio 1972 Attraversamento dell'orbita di Marte
15 luglio 1972 Ingresso nella fascia principale
15 febbraio 1973 Uscita dalla fascia principale
6 novembre 1973 Inizio fase osservativa di Giove
8 novembre 1973 Attraversamento dell'orbita di Sinope
16 novembre 1973 Attraversamento del bow shock della magnetosfera gioviana
17 novembre 1973 Attraversamento della magnetopausa
3 dicembre 1973 12:26:00 Sorvolo di Callisto a 1.392.300 km
3 dicembre 1973 13:56:00 Sorvolo di Ganimede a 446.250 km
3 dicembre 1973 19:26:00 Sorvolo di Europa a 321.000 km
3 dicembre 1973 22:56:00 Sorvolo di Io a 357.000 km
4 dicembre 1973 02:26:00 Massimo avvicinamento da Giove, a 200.000 km
4 dicembre 1973 02:36:00 Attraversamento piano equatoriale di Giove
4 dicembre 1973 02:41:45 Inizio occultazione di Io
4 dicembre 1973 02:43:16 Termine occultazione di Io
4 dicembre 1973 03:42:25 Inizio occultazione di Giove
4 dicembre 1973 03:42:25 Ingresso nell'ombra di Giove
4 dicembre 1973 04:15:35 Termine occultazione di Giove
4 dicembre 1973 04:47:21 Uscita dall'ombra di Giove
1º gennaio 1974 Inizio della Pioneer Interstellar Mission
13 giugno 1983 Attraversamento dell'orbita di Nettuno
31 luglio 1997 Termine ufficiale della missione. Il contatto è mantenuto per registrare la telemetria della sonda.
17 febbraio 1998 Il Voyager 1 supera il Pioneer 10 divenendo l'oggetto più distante dal Sole a 69,419 UA
2 marzo 2002 Ricezione della telemetria con successo: 39 minuti di dati vennero ricevuti ad una distanza di 79,83 UA dal Sole.
27 aprile 2002 Ultima ricezione della telemetria con successo: 33 minuti di dati ricevuti a una distanza di 80,22 UA.
23 gennaio 2003 Ultimo segnale ricevuto dalla sonda. Ricezione molto debole e segnali seguenti difficilmente recuperati.
7 febbraio 2003 Tentativo di contattare la sonda fallito.

Stato attuale

La traiettoria della sonda nel 2012

Posizioni della sonda confrontata con le Voyager 1 & 2 e Pioneer 11 anno per anno dal 1972 al 1992

Il 1 gennaio 2016 il Pioneer 10 si trovava a 114,07 UA (circa 10 miliardi di miglia) dalla Terra ad una velocità di fuga di 12,04 km/s relativa al Sole, allontanandosi ogni anno di 2,54 UA, e nell'aprile 2019 il Voyager 2 lo supererà. La luce solare impiega 14,79 ore per raggiungere il Pioneer 10 e la sua luminosità dalla sonda è di −16,6. Il Pioneer 10 è diretto verso la costellazione del Toro.

Se lasciati indisturbati, i Pioneer 10 e 11, così come le due sonde Voyager e la New Horizons, lasceranno il Sistema Solare per raggiungere lo spazio interstellare medio. La traiettoria seguita dal Pioneer 10 lo porterà in direzione della stella Aldebaran, attualmente ad una distanza di circa 68 anni luce. Se Aldebaran non avesse velocità relativa, ci vorrebbero più di 2 miliardi di anni per raggiungerla.

Un'unità di backup, Pioneer H, è attualmente in mostra nella galleria "Milestones of Flight" al National Air and Space Museum di Washington. Molti elementi della missione furono critici per la pianificazione del Programma Voyager.

Pioneer 10 il brutto anatroccolo con un messaggio importante

Il Pioneer 10 fu il brutto anatroccolo, che visse per anni all'ombra del cigno Voyager. A differenza del Voyager il Pioneer 10 fu la prima sonda spaziale ad attraversare la fascia principale degli asteroidi del sistema solare, la prima ad effettuare osservazioni dirette di Giove e il primo oggetto creato dall'uomo a lasciare il Sistema solare il 13 giugno 1983, quando oltrepassò l'orbita di Nettuno, il pianeta più distante dal Sole. Essendo stato il primo oggetto creato dall'uomo a lasciare il sistema solare, e destinato probabilmente addirittura a sopravvivere all'uomo stesso, si decise di dotarlo di un messaggio destinato ad eventuali esseri extraterrestri che dovessero un giorno raccoglierlo. Il messaggio è inciso su una placca detta Placca del Pioneer.

La placca in oro del Pioneer 10

Il Pioneer 10, a bordo non aveva soltanto la strumentazione in grado di fotografare ed analizzare le atmosfere dei maggiori pianeti del Sistema Solare: fissata su una parete della sonda vi era anche una placca d'oro con incise due figure umane (un uomo ed una donna) in quello che per noi, è un segno di saluto e, accanto a loro, le posizioni di 14 pulsar che costituivano una mappa mediante la quale risalire al pianeta da cui la sonda era partita. Fortemente voluta da Carl Sagan, la placca del Pioneer 10 è una sorta di messaggio in una bottiglia abbandonata nell'Oceano Universo. Esaurita la sua missione di esplorazione scientifica, la sonda, ha continuato il suo viaggio e si è persa nell'infinito recando con sé il primo messaggio umano mai inviato nell'Universo.

 
 

 


Dati
Massa della sonda 502.9 Kg
Missione: Venere Mercurio
Lancio: Cape Canaveral 3 Novembre 1973 ore 05:45 UTC
Strumentazione: 2 fotocamere, radiometro infrarosso, spettrometro per la rilevazione della radiazione emessa dall'atmosfera, spettrometro ad occultazione nell'ultravioletto, 2 magnetometri, charged particle telescope, esperimento per l'analisi del plasma.
Esito: Missione conclusa con successo

Mariner 10

Il Mariner 10 (indicato anche come Mariner Venus/Mercury 1973 e Mariner-J) è stata una sonda spaziale statunitense dedicata all'esplorazione di Venere e, in particolare, di Mercurio. Venne lanciata il 3 novembre 1973, sorvolò Venere nel febbraio dell'anno seguente e raggiunse Mercurio meno di due mesi dopo, il 24 marzo 1974. La sonda era stata progettata per eseguire due sorvoli del pianeta e non per l'ingresso in orbita attorno a Mercurio. Un'oculata strategia di missione, tuttavia, permise ben tre sorvoli del pianeta, l'ultimo dei quali ebbe luogo il 16 marzo 1975.

Al Mariner 10 spettano numerosi primati: è stata la prima sonda a visitare due pianeti, la prima ad utilizzare l'effetto fionda, la prima ad utilizzare la pressione solare a scopo propulsivo, la prima ad aver visitato Mercurio, la prima sonda statunitense ad aver fotografato Venere e la prima ad avere eseguito più sorvoli dello stesso corpo celeste.

La sonda si avvicinò fino ad alcune centinaia di chilometri da Mercurio, trasmettendo circa 6000 fotografie e mappando il 40% circa della superficie del pianeta. Scoprì l'esistenza di una tenue atmosfera e del campo magnetico del pianeta.

La missione - costata approssimativamente 100 milioni di dollari, poco meno di un quinto del costo dell'intero Programma Mariner - fu la più complessa fino ad allora lanciata. Nonostante ciò, rientrava in un piano di esplorazione spaziale a basso costo che, come il successivo Programma Discovery, fu funestato da numerosi guasti ed avarie che quasi condussero al fallimento della missione stessa.

Sviluppo

La traiettoria percorsa dal Mariner 10 dal lancio al primo sorvolo di Mercurio

Nel 1963 Michael Minovitch, uno studente universitario che lavorava in estate presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, sviluppò il concetto della propulsione gravitazionale, cioè pensò di utilizzare l'effetto fionda a scopo propulsivo in modo sistematico, determinando una riduzione netta del propellente necessario per missioni multiplanetarie. Nel rapporto tecnico in cui espose la sua scoperta propose, tra i vari scenari considerati, una missione esplorativa diretta verso Venere e Mercurio che avrebbe sfruttato il sorvolo del primo pianeta per raggiungere il secondo. Individuò, inoltre, delle date utili al lancio nel 1970 e nell'ottobre-novembre del 1973.

Lo Space Science Board dell'Accademia nazionale delle scienze si espresse a favore della missione nel 1968. L'anno seguente fu approvata dalla NASA, in vista del lancio nel 1973. Nel gennaio del 1970, la missione fu inquadrata nel Programma Mariner ed il suo sviluppo assegnato al Jet Propulsion Laboratory. La direzione del progetto fu assegnata a Walker E. Giberson, mentre la costruzione della sonda alla Boeing. Ne furono prodotti due esemplari, nel caso in cui fosse fallito il lancio del primo. Il secondo è conservato presso il National Air and Space Museum, a Washington.

Nel 1970, Giuseppe Colombo, professore ordinario di Meccanica applicata presso la facoltà di Ingegneria di Padova in visita al JPL, propose una modifica determinante. Colombo constatò che il periodo dell'orbita della sonda dopo il fly-by di Mercurio sarebbe coinciso con il doppio del periodo di rivoluzione del pianeta stesso e suggerì di sfruttare tale risonanza per programmare molteplici sorvoli di Mercurio. Nei mesi seguenti, la sua modifica fu prontamente implementata nel piano di missione dagli ingegneri e matematici del JPL e permise tre sorvoli di Mercurio, praticamente al costo di uno, prima che la sonda esaurisse il propellente.

Caratteristiche tecniche

Mariner 10

Il corpo principale della sonda aveva la forma di un prisma, alto 0,46 m, a base ottagonale, dal diametro di 1,39 m. Da esso dipartivano: due pannelli fotovoltaici, ognuno dei quali lungo 2,69 m e largo 0,97 m, che fornivano una potenza in prossimità di Mercurio di 820 W; l'antenna parabolica ad alto guadagno, di 1,39 m di diametro; l'antenna di basso guadagno, all'estremità di un'asta di 2,85 m; l'asta del magnetometro di 5,8 m; lo scudo termico ed altre appendici minori. Al lancio, pesava 502,9 kg, 29 dei quali di propellente e 78 di strumentazione scientifica.

La sonda era spinta da un motore a razzo a propellente liquido (nello specifico, idrazina), il cui ugello fuoriusciva dal centro dello scudo solare. Il propulsore generava una spinta di 222 N. La sonda era stabilizzata su tre assi ed il controllo d'assetto veniva eseguito attraverso due gruppi di tre coppie di razzi ad azoto freddo, posti all'estremità dei pannelli fotovoltaici, ed era guidato dal computer di bordo che riceveva come input le misurazioni di un sensore stellare posto sulla superficie opposta al Sole, che puntava la stella Canopo; dei sensori solari, alle estremità dei pannelli fotovoltaici; e di una piattaforma giroscopica.

Parte degli strumenti erano posizionati su una piattaforma con due gradi di libertà, posta sulla superficie opposta rispetto al Sole; altri sporgevano da un lato della sonda. I pannelli fotovoltaici e l'antenna da alto guadagno erano orientabili.

Strumenti ed esperimenti scientifici

Per il Mariner 10 furono selezionati sette strumenti che avrebbero permesso una caratterizzazione di massima di Mercurio.

Fotocamere

Spaccato di una delle fotocamere a bordo del Mariner 10

Sul Mariner 10 erano installate due fotocamere identiche, indicate come Television Cameras nei documenti ufficiali. Furono prodotte dalla Xerox Electro Optical Systems. Loro referente fu B. Murray del California Institute of Technology. Le due fotocamere riprendevano immagini in modo alternato, ogni 42 secondi, che venivano inviate direttamente a Terra, fornendo, pertanto, una sequenza quasi in tempo reale.

Ogni fotocamera era montata su un telescopio Cassegrain per le immagini ad alta risoluzione. Era inoltre presente un sistema ausiliario per le riprese grandangolari. Lo spostamento da un sistema all'altro avveniva grazie ad uno specchio mobile. Ogni fotocamera era dotata di otto filtri. L'immagine si formava su un rilevatore sensibile alla luce (vidicon) che la convertiva in segnali elettrici, assegnando un opportuno valore alla luminosità puntuale in ognuno degli 832 pixel che componevano una riga (span line). L'immagine finale si componeva poi di circa 700 righe.

Radiometro infrarosso

Il radiometro sensibile all'infrarosso misurava l'entità della radiazione termica emessa dagli strati superiori delle nubi di Venere e dalla superficie di Mercurio alle lunghezze d'onda di 11 e 45 μm. Era così in grado di rilevare le proprietà e le formazioni della superficie mercuriana, con una risoluzione di 45 km. Inoltre, consentiva di desumere informazioni fino ad una profondità di circa 5 cm da misurazioni del tempo di raffreddamento della superficie, osservando la zona a ridosso del terminatore.

Lo strumento si componeva di due telescopi Cassegrain ed era basato su quelli volati con le precedenti missioni del Programma Mariner.


Extreme Ultraviolet Experiment

L'esperimento veniva condotto attraverso due spettrometri indipendenti.

Il primo, uno spettrometro ad occultazione nell'ultravioletto, identificato attraverso l'acronimo UVSO, era stato progettato per la rilevazione di un'eventuale atmosfera di Mercurio e fu operativo solo durante i sorvoli del pianeta. Ricavava l'informazione desiderata dall'osservazione del lembo del pianeta mentre Mercurio occultava il Sole, quando cioè la sonda entrava ed usciva dalla sua ombra.

Il secondo era indicato come ultraviolet airglow spectrometer (spettrometro per la rilevazione della radiazione emessa dall'atmosfera, airglow, nell'ultravioletto) ed attraverso l'acronimo UVSA. Lo strumento è stato attivo durante tutta la missione. Nella fase di crociera venne utilizzato per l'osservazione della sfera celeste soprattutto nella frequenza di 122 nm, corrispondente alla riga α di emissione dell'idrogeno nella serie di Lyman. Nei sorvoli planetari fu utilizzato per l'individuazione di idrogeno, elio, carbonio, ossigeno, argon e neon, ritenuti i costituenti più probabili dell'eventuale atmosfera di Mercurio. Era posizionato nella piattaforma che ospitava anche le fotocamere, sulla sommità della sonda.

L'esperimento fu seguito da A. Lyle Bradfoot e M. I. S. Belton dell'osservatorio di Kitt Peak e da M. B. McElroy dell'Università di Harvard.

Magnetometro

La sonda era equipaggiata con due magnetometri, montati su una stessa asta, a distanze diverse, allo scopo di distinguere il disturbo magnetico generato dalla sonda stessa dal campo magnetico del plasma interplanetario. Il campo magnetico generato dalla sonda era stato caratterizzato prima del lancio ed era stato stimato che la sua intensità potesse variare tra 1 e 4 × 10-5 Oe; per quella del campo associato al vento solare, invece, ci si aspettava circa 6 × 10-5 Oe. I sensori producevano rilevazioni tridimensionali. L'esperimento era indicato come Magnetic Field Experiment.

Lo strumento era stata sviluppato dal Goddard Space Flight Center

Charged Particle Telescope

Lo strumento si componeva di due telescopi sensibili alle particelle cariche, che operavano ad intervalli energetici diversi: il più piccolo rilevava protoni con un'energia compresa tra 0,4 e 9 MeV e particella alfa con energia tra 1,6 e 25 MeV; il più grande rilevava gli elettroni aventi un'energia compresa tra 200 keV e 30 MeV, protoni con energia superiore a 0,55 MeV e particelle alfa con energia superiore a 40 MeV. Entrambi erano in grado di rilevare i nuclei atomici ionizzati (con una massa al più pari a quella dell'ossigeno) dei raggi cosmici e valutarne il comportamento entro l'eliosfera ed in prossimità dei due pianeti visitati. Lo strumento era una rielaborazione di quelli presenti a bordo delle sonde Pioneer 10 ed 11.

Lo strumento era stato progettato da John A. Simpson e J. E. Lamport, presso l'Enrico Fermi Institute dell'Università di Chicago.

Plasma Science Experiment

Il Plasma Science Experiment (esperimento per l'analisi del plasma) fu selezionato per analizzare la distribuzione del vento solare nello spazio interplanetario e valutarne l'interazione con Venere e Mercurio. Sporgeva da un fianco della sonda, montato su un motore elettrico che lo direzionava verso il Sole. Si componeva di due rilevatori di plasma: il primo, indicato come Scanning Electrostatic Analyzer, era rivolto nella direzione del Sole e misurava la velocità e l'angolo d'ingresso di protoni ed elettroni del vento solare incidente; il secondo, indicato come Scanning Electron Spectrometer, era rivolto nella direzione opposta e contava gli elettroni che entravano nello strumento da quella direzione.

Dei due rilevatori, il primo non fornì alcuna misura del flusso di elettroni in seguito al guasto del meccanismo di apertura dello sportellino che proteggeva lo strumento prima del lancio. Referente dell'esperimento fu H. Bridge del Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Celestial Mechanics and Radio Science Experiment

Con Celestial Mechanics and Radio Science Experiment non si indica un vero e proprio strumento presente a bordo quanto piuttosto l'utilizzo della sonda stessa e del suo sistema di comunicazione per condurre degli esperimenti che permisero di desumere informazioni sulla massa, sulle dimensioni e sulla struttura di Venere e Mercurio.

Nel Celestial Mechanics Experiment furono sfruttate le rilevazioni telemetriche della sonda e le modifiche impartite alla sua orbita dai pianeti nel corso dei sorvoli, che venivano confrontate con i modelli matematici dell'orbita stessa.

Nel corso del Radio Science Experiment, che fu condotto durante i sorvoli di Venere e Mercurio, ma anche durante il periodo di congiunzione superiore con il Sole, fu comandato alla sonda di inviare verso i radiotelescopi dell'osservatorio Goldstone, nel deserto del Mojave in California, un segnale prestabilito nella banda X e nella banda S. Misurando gli istanti di scomparsa e ricomparsa dei segnali, mentre la sonda transitava dietro il pianeta rispetto alla congiungente con la Terra, fu possibile misurare il raggio dei due pianeti. L'attenuazione dei due segnali fornì inoltre informazioni sull'opacità alle microonde ed alle onde radio dell'atmosfera venusiana e della corona solare.

L'esperimento fu seguito da una squadra di lavoro i cui membri provenivano dal Center of Radar Astronomy dell'Università di Stanford, dal JPL e dal MIT. H. T. Howard dell'Università di Stanford ne fu il referente.

Panoramica della missione (Video)

Lancio e prima fase di crociera

La sonda fu lanciata il 3 novembre 1973 alle 05.45.00 UTC a bordo di un vettore Atlas/Centaur, dal complesso di lancio 36A presso la Cape Canaveral Air Force Station, in Florida.

Il primo stadio (l'Atlas) posizionò la sonda su un'orbita di parcheggio, a 188 km di altitudine. Dopo poco più di quattro minuti dal lancio, si attivò il secondo stadio (il Centaur) che, in due accensioni successive, impartì alla sonda la spinta necessaria a fuggire dal campo gravitazionale terrestre. La sonda si allontanò quindi nella direzione opposta rispetto al moto della Terra, con una velocità di 11,3 km/s.

Immagine della Terra ripresa dal Mariner 10 durante la fase di allontanamento

Sedici ore dopo il lancio, la sonda fu rivolta verso la Terra e le telecamere a bordo videro la prima luce. Scopo delle osservazioni fu quello di calibrare gli strumenti in vista dell'incontro con Venere. In questa circostanza si registrò anche un guasto nell'esperimento sul plasma interstellare il cui sportellino non si aprì, impedendo così il funzionamento dello strumento per il resto della missione. Le misure sul vento solare, quindi, furono fornite solo dallo spettrometro elettronico a scansione.

La sonda eseguì, inoltre, delle osservazioni della Luna e, data la particolare traiettoria percorsa, raccolse immagini di grande dettaglio della regione del Polo Nord lunare.

Il 13 novembre la sonda eseguì una manovra di correzione di rotta, fondamentale perché al sorvolo di Venere potesse seguire l'incontro con Mercurio. Ad essa corrispose un delta-v di 7,8 m/s e nei 20 s di accensione del motore furono bruciati 1,8 kg di propellente. La manovra fu eseguita con successo, sebbene incorse in un incidente: il sensore stellare (star-tracker) perse Canopo, sulla cui osservazione era basata la navigazione, probabilmente a causa di un brillante fiocco di vernice espulso dalla sonda. La stella fu recuperata in modo automatico e, come detto, la manovra eseguita con successo, ma il problema si ripresentò nel corso della missione. La crociera fu funestata inoltre da occasionali reset del computer di bordo e da problemi periodici con l'antenna di alto guadagno.

Nel gennaio del 1974 la sonda eseguì delle osservazioni nell'ultravioletto della Cometa Kohoutek, che diedero buoni risultati grazie al fatto che la sonda, a differenza di tutti gli altri strumenti di osservazione dell'epoca, era fuori dall'esosfera della Terra. Gli strumenti osservativi nel visibile, invece, non riuscirono a distinguere particolare dettagli anche perché l'attività della cometa stessa risultò inferiore alle aspettative.

Infine, il 21 gennaio 1974 fu eseguita una seconda manovra di correzione di rotta.

Sorvolo di Venere

Immagine composta di Venere nel visibile

Immagine di Venere nell'ultravioletto

Il Mariner 10 sorvolò Venere il 5 febbraio 1974 ed il massimo avvicinamento fu raggiunto alle 17:01 UT quando la sonda transitò a 5 768 km dalla superficie. Nei giorni che precedettero il passaggio si era verificato un guasto nel funzionamento dei giroscopi di bordo. Per questo, la navigazione durante lo swing-by fu affidata ai sensori stellari e solari, comportando il rischio che l'ingresso di Venere nel loro campo visivo avrebbe potuto causare un mutamento nell'assetto della sonda e la perdita di puntamento degli strumenti di osservazione. Ciò non avvenne e l'incontro si rivelò un successo.

Il Mariner 10 era la prima sonda statunitense a visitare Venere che fosse munita di strumenti ottici nel visibile e nell'ultravioletto. Entrambi inviarono a Terra immagini della spessa coltre nuvolosa che riveste il pianeta. Quelle nel visibile si rivelarono deludenti, perché non permisero l'individuazione di particolari dettagli. Viceversa, le immagini nell'ultravioletto rivelarono un gran numero di dettagli, permisero l'individuazione di cirri uncinus e, dall'analisi della progressione delle immagini, della cosiddetta super-rotazione dell'atmosfera di Venere: l'intero strato nuvoloso citereo compie una rotazione completa attorno al pianeta in soli 4 giorni mentre il periodo di rotazione di Venere è pari a ben 243 giorni.

Attraverso la conduzione del Radio Science Experiment durante il sorvolo fu possibile misurare l'opacità alle onde radio dell'atmosfera venusiana (ovvero di sondare l'atmosfera di Venere). Era stato infatti comandato alla sonda di trasmettere in modo continuo due segnali prestabiliti verso Terra durante tutta la fase del sorvolo, nel corso del quale la sonda sarebbe scomparsa dietro il pianeta per riapparire circa venti minuti dopo.

Furono inoltre eseguite osservazioni nell'infrarosso e fu studiata l'interazione tra la ionosfera venusiana ed il vento solare. Nonostante Venere possegga un campo magnetico estremamente debole, l'azione della ionosfera riesce comunque a contrastare efficacemente il vento solare e ad impedire che questo impatti direttamente con l'atmosfera.

Primo sorvolo di Mercurio

Mercurio, il 28 marzo 1974
sei ore prima del massimo avvicinamento.

Superato il sorvolo di Venere, le energie furono destinate al raggiungimento dell'obiettivo successivo, Mercurio. Il problema riscontrato nei giroscopi si ripresentò nuovamente, con ulteriori difficoltà del sensore stellare nell'acquisizione di Canopo. La terza manovra di correzione di rotta fu sospesa e riprogrammata per il 16 marzo 1974, quando fu possibile eseguirla senza la necessità di modificare l'assetto della sonda. Tuttavia, ciò comportò che il sorvolo di Mercurio sarebbe avvenuto dal lato notturno. La manovra impresse una variazione alla velocità della sonda di 17,8 m/s.

Il massimo avvicinamento fu raggiunto il 29 marzo 1974 alle 20:47 UT ad una distanza di 703 km dalla superficie del pianeta, allora in ombra. La sonda riprese immagini del pianeta sia nella fase di avvicinamento, sia in quella di allontanamento. Le prime immagini risalgono al 23 marzo (da una distanza di 5,3 milioni di chilometri), le ultime al 3 aprile (da una distanza di 3,5 milioni di chilometri oltre Mercurio). Tuttavia, la sonda non riuscì a fotografare la superficie nella mezz'ora di massimo avvicinamento, a causa delle scarse condizioni di illuminazione.

Mercurio apparve come un pianeta altamente craterizzato, nell'aspetto assai simile alla Luna. Il primo elemento distinto nelle immagini fu il cratere Kuiper, cui corrispondeva il 25% del'albedo della superficie osservata. Rispetto alla superficie lunare, quella di Mercurio si rivelò più omogenea ed anche le misurazioni termiche confermarono le somiglianze tra di esse. La struttura di maggiori dimensioni ad essere osservata fu la Caloris Planitia, un cratere da impatto ampio 1 550 km.

Anche il periodo di massimo avvicinamento fornì informazioni sorprendenti. Contro tutte le previsioni degli astronomi, si rivelò che Mercurio possedeva un campo magnetico in grado di sostenere una dinamica magnetosfera.

In un messaggio al direttore della NASA, l'allora Presidente degli Stati Uniti Gerald Ford così salutò la riuscita dell'impresa:

« The successful flight of Mariner 10 to the planet Mercury marks another historic milestone in America's continuing exploration of the solar system. With this mission, we will begin to end centuries of speculation about our planetary neighbor closest to the Sun.

On behalf of all Americans, I extend warmest congratulation to NASA and the Mariner 10 team on their outstanding performance. The hard work, skill, and ingenuity that contributed to the success of Mariner 10 is in keeping with that historical tradition which began when men landed at Plymouth Rock and has continued through the landing of men on the Moon. »

« Il riuscito viaggio del Mariner 10 al pianeta Mercurio segna un'altra pietra miliare nella progressiva esplorazione americana del sistema solare. Con questa missione, inizieremo a porre fine a secoli di speculazioni sul pianeta più vicino al Sole.

A nome di tutti gli Americani, porgo le più calorose congratulazioni alla NASA ed alla squadra che dirige il Mariner 10 per la loro prestazione eccezionale. Il duro lavoro, l'abilità e l'ingegnosità che hanno contribuito al successo del Mariner 10 è in linea con la tradizione storica iniziata quando degli uomini sbarcarono presso la Roccia di Plymouth ed è continuata con l'atterraggio di uomini sulla Luna. »
(Messaggio del Presidente degli Stati Uniti Gerald Ford al Dr. James C. Fletcher, allora presidente della NASA.)

Secondo sorvolo di Mercurio

Immagine composita dell'emisfero meridionale di Mercurio, formata con le immagini acquisite dal Mariner 10 nel corso del secondo incontro

Affinché la sonda potesse tornare su Mercurio una seconda e potenzialmente una terza volta, fu necessario eseguire un'importante manovra di correzione di rotta che in due stadi, il 9 ed il 10 maggio, impartì una variazione alla velocità rispettivamente di 50 e 27,6 m/s. Il 2 giugno fu raggiunta la congiunzione superiore, ovvero la sonda si trovò dal lato opposto del Sole rispetto alla Terra. Durante tale circostanza, vengono interrotte le comunicazioni tra una sonda e la base a Terra per evitare che errori nella trasmissione dei messaggi, causati dall'interferenza del Sole, possano portare alla perdita dei dati scientifici o all'esecuzione errata o incompleta dei comandi ricevuti. È tuttavia possibile sfruttare tale circostanza per misurare l'interferenza solare, comandando in precedenza alla sonda di inviare a Terra un segnale standard. Così come era accaduto durante il sorvolo di Venere, quindi, il Mariner 10 inviò in direzione della Terra onde radio che furono sfruttate per sondare gli strati più esterni del Sole. Il 3 luglio fu infine eseguita una quinta manovra di correzione di rotta (3,32 m/s) affinché al secondo incontro potesse seguirne poi un terzo.

Il secondo sorvolo di Mercurio ebbe luogo il 21 settembre 1974. In tale circostanza risultava illuminato lo stesso emisfero di Mercurio precedentemente osservato, del quale, quindi, fu possibile completare la mappatura. Viceversa, rimasero oscure le caratteristiche superficiali dell'emisfero in ombra. Nel punto di massimo avvicinamento, comunque, il Mariner 10 raggiunse una distanza di 48,069 km dalla superficie. Questo perché si scelse di "sacrificare" il secondo incontro affinché il terzo passaggio potesse risultare sufficientemente stretto da poter confermare, o smentire, l'esistenza del campo magnetico planetario.

Terzo sorvolo di Mercurio

Schema del sorvolo di Mercurio.

Iniziò quindi una terza fase di crociera, durante la quale sarebbero state necessarie altre tre manovre di correzione di rotta per migliorare le condizioni del terzo incontro. Per ridurre il consumo di carburante, i pannelli solari e l'antenna ad alto guadagno furono utilizzati come vele solari nel controllo di assetto. Tuttavia il 6 ottobre 1974 si verificò un grave incidente. Il sensore stellare, sulle cui misure era basato il controllo dell'assetto, perse Canopo, attirato da una particella brillante che era transitata nel suo campo visivo. I tentativi automatici di recuperare il controllo fallirono ed anzi condussero allo spreco di prezioso propellente, il cui livello risultò inferiore a quello necessario per ottenere il terzo incontro quando alla fine si riuscì a riprendere il controllo del veicolo.

Per farlo, i controllori di missione scelsero di abbandonare il controllo d'assetto a tre assi e lo sostituirono con una lenta rotazione, controllata attraverso piccoli riorientamenti dei pannelli solari che furono utilizzati come delle piccole vele solari. Tuttavia, i sensori stellari non poterono più essere utilizzati per la rilevazione dell'assetto e gli ingegneri dovettero pensare ad un'alternativa. Alla fine, la trovarono nell'intensità del segnale dell'antenna a basso guadagno, che subiva delle variazioni periodiche a causa della posizione eccentrica rispetto al corpo della sonda ed alla direzionalità del segnale emesso e che poterono essere poste in relazione con la velocità di rotazione della sonda stessa. Queste soluzioni complicarono la navigazione, ma comportarono una riduzione del 25% nel consumo di propellente necessario per la fase di crociera, fornendo un margine molto stretto per recuperare l'incontro con Mercurio. Cosa che avvenne grazie a tre manovre di correzione di rotta.

Quando ormai la sonda era in rotta per eseguire quello che sarebbe stato l'incontro più stretto con il pianeta, un fallito tentativo di recuperare Canopo come riferimento causò l'interruzione delle comunicazioni con la Terra. Queste furono recuperate grazie all'aiuto offerto dal team di guida della sonda Helios I, che permise che parte del tempo di trasmissione loro assegnato dal Deep Space Network, fosse utilizzato per le comunicazioni con il Mariner 10.

Il terzo incontro ebbe quindi luogo il 16 marzo 1975, quando la sonda transitò a 327 km dalla superficie di Mercurio, in corrispondenza del Polo Nord. Furono così ottenute immagini con una risoluzione molto superiore alle precedenti, tuttavia, vari problemi nelle stazioni del Deep Space Network condussero ad una riduzione complessiva nella capacità di ricezione e fu comandato alla sonda di trasmettere a Terra solo un quarto di ogni immagine ripresa. Nel corso dell'incontro fu confermata l'esistenza del campo magnetico planetario, sufficientemente intenso da formare una magnetosfera attorno al pianeta.

Fine della missione

Il propellente a bordo si esaurì il 24 marzo 1975. Dalla Terra fu allora inviato il comando di spegnimento della trasmittente. Da allora, il Mariner 10 percorre silenzioso la propria orbita attorno al Sole.

Principali risultati scientifici

Immagine processata al computer di Mercurio, basata su quelle raccolte dal Mariner 10

Il bilancio conclusivo della missione del Mariner 10 è nettamente positivo sotto vari punti di vista. I tre sorvoli di Mercurio hanno contribuito enormemente alla nostra comprensione del pianeta. Hanno permesso di rilevare l'esistenza del campo magnetico e di una tenue atmosfera composta principalmente di elio, così come hanno fornito indizi sul nucleo ricco di ferro al centro del pianeta. È stato possibile misurare la temperatura superficiale, trovando che sono raggiunti -183 °C durante la notte e 187 °C durante il giorno. Si è potuto fotografare il 40-45% della superficie del pianeta, ottenendo mappe complete (o quasi) di sei delle quindici maglie di Mercurio (Shakespeare, Beethoven, Kuiper, Michelangelo, Tolstoj e Discovery) e parziali di altre tre (Borealis, Bach e Victoria) che hanno permesso di produrre la prima cartografia moderna di Mercurio.

Al di là della importanza che tali informazioni rivestono per lo studio di Mercurio, esse sono state altrettanto significative per la comprensione del Sistema solare, della sua formazione e dell'evoluzione cui possono andare incontro i pianeti terrestri. In particolare, la superficie altamente craterizzata di Mercurio ha fornito ulteriore prova che l'intenso bombardamento tardivo ha interessato tutto il Sistema solare interno e non solo la Luna e Marte.

Anche il sorvolo di Venere ha prodotto informazioni importanti. Le osservazioni nell'ultravioletto, in particolare, hanno permesso di cogliere alcuni dettagli dell'atmosfera venusiana e di osservarne, se pur solo per poche ore, l'evoluzione. È stata così misurata la velocità di rotazione delle nubi. Inoltre, è stato approfondito lo studio dell'interazione del vento solare con la ionosfera del pianeta e, più in generale, sono state condotte misurazioni sulle caratteristiche del vento solare lungo tutto il tragitto percorso.

La missione ha condotto, inoltre, allo sviluppo di conoscenze tecniche che, una volta acquisite, si sono rilevate fondamentali per la prosecuzione dell'esplorazione del sistema solare. Tra queste, le più significative sono state l'uso dell'effetto fionda per il raggiungimento di Mercurio e lo sfruttamento della risonanza nell'astrodinamica per eseguire passaggi multipli del pianeta. La prima ha condotto, ad esempio, al "Grand Tour" delle missioni Voyager, l'altra alla prolungata esplorazione dei sistemi di Giove e Saturno da parte rispettivamente delle sonde Galileo e Cassini.

L'erronea scoperta di una luna

Il 27 marzo 1974, nel corso della prima fase di avvicinamento a Mercurio, furono rilevate, in due occasioni, delle emissioni nell'ultravioletto estremo provenienti da una sorgente in prossimità di Mercurio, ma scostata da esso. Gli studiosi pensarono inizialmente ad una stella, ma la rilevazione di uno spostamento nella sorgente fece ipotizzare che potesse trattarsi di una luna.

Dopo delle analisi frenetiche – la notizia dell'esistenza della luna, sebbene ancora ipotetica, aveva già raggiunto i giornali – si comprese che l'oggetto osservato non era in orbita attorno al pianeta, bensì una stella molto calda, 31 Crateris. La scoperta si rivelò ad ogni modo importante, perché aprì la strada all'astronomia nell'ultravioletto estremo, smentendo l'opinione che la radiazione ultravioletta fosse completamente assorbita dalla materia interstellare.

 
 

 


Dati
Massa della sonda 3527 Kg
Missione: Marte
Lancio Viking 1: Cape Canaveral 20 Agosto 1975 ore 21:22 UTC
Lancio Viking 2: Cape Canaveral 9 Settembre 1975
Strumentazione: sismografo, gascromatografo, spettrometro
Esito: Le missioni sono state completate

Viking 1 & 2

La missione Viking era costituita da due sonde, la Viking 1 e la Viking 2, ognuna delle quali costituita da un modulo orbitante (orbiter) e un modulo di atterraggio (lander). Gli obiettivi primari della missione erano: ottenere immagini ad alta risoluzione di Marte, caratterizzare la struttura e la composizione dell'atmosfera e della superficie, ricercare tracce di vita aliena

Viking 1

Il Viking 1 fu lanciato il 20 agosto 1975 da Cape Canaveral e giunse su Marte circa 10 mesi più tardi, il 19 giugno 1976. Durante il primo mese di permanenza in orbita, la sonda riprese numerosissime immagini della superficie marziana, alla ricerca di un luogo adatto per l'atterraggio. Il 20 luglio il lander del Viking 1 si staccò dall'orbiter e atterrò sulla superficie di Marte, in Chryse Planitia, a 22,3° latitudine nord e 48,0° Longitudine est, un luogo vicino a quello originariamente programmato come destinazione, ma giudicato non adatto dopo lo studio effettuato sulle immagini ricevute dall'orbiter.

Il lander era stato precedentemente sterilizzato in modo accurato durante l'assemblaggio sulla Terra, allo scopo di evitare qualunque possibile forma di contaminazione del suolo marziano.

La durata prevista della missione era di 90 giorni a partire dal momento dell'atterraggio, ma sia il lander che l'orbiter continuarono ad operare ben oltre i termini previsti. L'orbiter continuò a funzionare per ben 4 anni oltre il termine previsto per la missione Viking 1, inviando, insieme alla sonda gemella Viking 2, più di 1400 immagini del pianeta, con risoluzione compresa tra 300 e 150 metri e, in alcune particolari regioni, addirittura di 8 metri per pixel.

La missione principale del progetto Viking terminò il 15 novembre 1976, 11 giorni prima della congiunzione di Marte (il suo passaggio dietro al Sole). Dopo la congiunzione, a metà dicembre del 1976, i tecnici a Terra ristabilirono i contatti di telemetria e di comando, ed ebbero inizio le operazioni relative alla missione estesa. L'orbiter rimase operativo fino al 7 agosto 1980, quando, dopo aver compiuto 1489 orbite intorno a Marte, esaurì il carburante necessario a mantenere i suoi pannelli solari orientati verso il Sole, e fu quindi spento da Terra. Le trasmissioni del lander cessarono invece l'11 novembre 1982, nonostante i ripetuti tentativi da Terra di ristabilire le comunicazioni, continuati per 6 mesi e mezzo.

La missione fu definitivamente dichiarata terminata il 21 maggio 1983, più di 6 anni e mezzo dopo la data prevista inizialmente dai progettisti.

La missione

Alba marziana ripresa dal Viking 1

Il lander del Viking 1 conteneva diverse apparecchiature scientifiche, tra le quali un sismometro, che però, a differenza di quello montato sulla sonda gemella Viking 2, non funzionò. Tuttavia, quello installato sulla seconda sonda rivelò solo un singolo evento di probabile origine sismica durante tutta la durata della missione.

I tre esperimenti di biologia rivelarono reazioni chimiche strane e inattese sulla superficie marziana, ma non diedero chiara dimostrazione dell'esistenza di microorganismi nel terreno circostante al lander. Secondo gli scienziati, al momento attuale non può esistere vita sulla superficie di Marte, a causa della combinazione di irradiazione ultravioletta, assenza di acqua e natura ossidante del suolo, ma resta aperta la questione sulla possibilità di esistenza di forme di vita su Marte in epoche passate.

I gascromatografi e gli spettrometri di massa installati su entrambi i lander non trovarono traccia della presenza di reazioni chimiche di tipo organico, ma fornirono preziosissimi dati relativi alla composizione del suolo e dell'atmosfera marziana.

Immagine ripresa dall'orbiter del Viking 1, in cui compare il famoso Volto di Marte

Le apparecchiature a bordo del lander erano alimentate da un generatore termoelettrico a radioisotopi che forniva 70 watt di potenza, che dovevano essere opportunamente amministrati per garantire, oltre al funzionamento degli apparati elettronici, anche il mantenimento della giusta temperatura, per garantire la conservazione e il funzionamento di tutto il sistema.

Le temperature nel luogo di atterraggio del Viking 1, situato nella zona "tropicale", variavano tra -14 °C il giorno e -77 °C la notte, mentre nel sito del Viking 2, in zona temperata, variavano tra 4 °C e -120 °C.

La pressione dell'aria, molto variabile nell'arco della giornata a causa della sublimazione e ricondensazione continua delle calotte polari, variava tra 6,8 e 9,0 millibar nel sito del Viking 1, e tra 7,3 e 10,8 in quello del Viking 2. Per confronto, sulla Terra al livello del mare la pressione è di 1000 millibar.

Immagine del suolo di Marte ripresa dal Viking_1

 
 
 
 
 

 


Dati
Massa delle sonde 773 Kg ciascuna
Missione: Giove, Saturno, Spazio Interstellare (Voyager 1) - Giove, Saturno, Urano, Nettuno, Spazio Interstellare (Voyager 2)
Lancio Voyager 1: Cape Canaveral 5 Settembre 1977
Lancio Voyager 2: Cape Canaveral 20 Agosto 1977
Strumentazione: vedi capitolo strumenti scientifici
Esito: La missione primaria è ormai conclusa ma le sonde sono ancora in attività

Programma Voyager

Il programma Voyager è un programma scientifico statunitense che ha condotto al lancio nel 1977 di due sonde spaziali, chiamate Voyager 1 e Voyager 2, per l'esplorazione del sistema solare esterno.

Nella fase iniziale del programma entrambe le sonde hanno osservato i pianeti Giove e Saturno. La sonda Voyager 2 è stata in grado di osservare anche i pianeti Urano e Nettuno sfruttando un allineamento planetario vantaggioso che si verificò alla fine degli anni settanta. A oggi (2015) Voyager 2 è l'unica sonda ad aver effettuato un passaggio ravvicinato di Urano e di Nettuno.

Entrambe le sonde hanno prodotto grandi quantità di informazioni sui giganti gassosi del sistema solare. In particolare i dati ottenuti da Voyager 2 sulla massa di Nettuno hanno consentito di porre limiti all'ipotetica esistenza di nuovi pianeti massicci situati oltre l'orbita di Plutone (un pianeta di questo tipo è detto comunemente Pianeta X). Attualmente le due sonde stanno fornendo dati utili a caratterizzare l'eliopausa, la regione in cui la pressione esercitata dalle particelle del vento solare diminuisce fino diventare pari a quella delle particelle provenienti dall'esterno del sistema solare.

A differenza delle sonde del Programma Pioneer, ormai non più funzionanti, entrambe le sonde Voyager continuano a oggi (2015) a trasmettere dati alle stazioni a terra mentre stanno viaggiando verso l'esterno del sistema solare. Le batterie termoelettriche a isotopi radioattivi di cui sono dotate consentono ancora diversi anni di vita operativa (stimata fino al 2025), anche se diversi strumenti sono stati via via disattivati per ridurre l'assorbimento di energia. A partire dalla fine del 2003 la sonda Voyager 1 ha iniziato l'attraversamento dell'eliopausa. Al 7 luglio 2013 si ritiene che la sonda si trovi in una regione del sistema solare denominata elioguaina. Voyager 1 ha raggiunto una distanza di 100 unità astronomiche (UA) dal Sole il 15 agosto 2006. Nel 2013 ha raggiunto una distanza di circa 125 UA dal Sole. Voyager 2 ha raggiunto una distanza di 100 UA dal Sole il 7 novembre 2012.

Le due sonde sono state costruite presso il Jet Propulsion Laboratory, struttura finanziata dalla NASA. A bordo di ognuna di esse si trova una copia del Voyager Golden Record, un disco registrato che contiene immagini e suoni della Terra insieme a una selezione musicale. Sulla custodia del disco, anch'essa metallica, sono incise le istruzioni per accedere alle registrazioni in caso di ritrovamento.

Le sonde spaziali Voyager

Le sonde Voyager hanno massa 773 kg, di cui 105 kg sono strumenti scientifici. Le due identiche sonde Voyager sono sistemi stabilizzati su tre assi.

Computer

Le Voyager dispongono di tre microprocessori RCA 1802 a 6,3 MHz. I dati sono gestiti dal Flight Data Subsystem (FDS, Sottosistema dei dati di volo) e da un singolo registratore a nastro (DTR) ad otto tracce. L'FDS coordina le operazioni dei vari strumenti, raccoglie dati ingegneristici e scientifici e li prepara per la trasmissione a Terra. Il DTR è utilizzato per registrare dati ad alta velocità dal Plasma Wave Subsystem (PWS). I dati contenuti sul nastro sono mandati a Terra ogni sei mesi. Il Computer Command Subsystem (CCS, sottosistema del computer di comando) fornisce funzioni di controllo e di coordinazione. Il CCS contiene routine fisse, come la decodifica dei comandi e cosa fare in caso di errori. L'Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS, Sottosistema di controllo dell'orientamento e dei bracci meccanici) controlla l'orientamento della sonda, mantiene il puntamento preciso dell'antenna ad alto guadagno verso la Terra, controlla le manovre di orientamento e posiziona le piattaforme con gli strumenti.1

Comunicazioni

La comunicazione verso la sonda è effettuata in banda S a 16 bit per secondo, mentre un trasmettitore in banda X rimanda a Terra i dati rilevati a 160 bit/s, con punte di 1,4 kBit/s per i dati ad alta velocità del PWS. Tutti i dati sono trasmessi e ricevuti tramite l'antenna ad alto guadagno di 3,7 metri di diametro.

Fotocamere

L'Imaging Science Subsystem (ISS), costituito da un ampio angolo e una fotocamera ad angolo ristretto, è una versione modificata della fotocamera Vidicon a lenta scansione che è stata utilizzata nei voli Mariner. L'ISS consiste in due telecamere, ciascuna con otto filtri ognuno in una rotella controllabile montata davanti alla Vidicon. Una di esse ha una risoluzione di 200 mm di lunghezza focale dell'obiettivo grandangolare con un'apertura di f/3, mentre l'altro utilizza una risoluzione più alta da 1500 m con angolo di f/8.5.

La struttura delle sonde Voyager

Strumenti scientifici

Imaging Science System (ISS) – Ha utilizzato un sistema formato da 2 telecamere (a stretto campo e a largo campo) per acquisire immagini di Giove, Saturno e altri oggetti nella traiettoria.
Radio Science System (RSS) – Ha utilizzato il sistema di telecomunicazioni della sonda per determinare le proprietà fisiche dei pianeti e dei satelliti (ionosfere, atmosfere, masse, campi gravitazionali, densità), l'ammonto e grandezza della distribuzione dei materiali negli anelli di Saturno e le dimensioni di questi
Infrared Interferometer Spectrometer (IRIS) – Ha investigato sulla composizione atmosferica di pianeti e satelliti.
Ultraviolet Spectrometer (UVS) – Ha misurato le proprietà atmosferiche e la radiazione
Triaxial Fluxgate Magnetometer (MAG) – Ha investigato sui campi magnetici di Saturno e Giove e l'interazione del vento solare e del campo magnetico interplanetari con il vento solare e il campo magnetico interstellari
Plasma Spectrometer (PLS) – Ha investigato sulle proprietà macroscopiche degli ioni al plasma e sugli elettroni nel campo elettrico da 5 eV a 1 keV
Low Energy Charged Particle Instrument (LECP) – Ha misurato le differenze nei flussi di energia e la distribuzione angolare di ioni ed elettroni e le differenze nella composizione degli ioni carichi
Cosmic Ray System (CRS) – Determina l'origine e i processi di accelerazione, la storia della vita e il contributo dinamico dei raggi cosmici interstellari, la nucleo-sintesi degli elementi nelle fonti di raggi cosmici, il comportamento di questi nello spazio interstellare medio e l'ambiente delle particelle energetiche planetarie intrappolate
Planetary Radio Astronomy Investigation (PRA) – Ha utilizzato un ricevitore radio a frequenza spazzata per lo studio dei segnali radio e delle emissioni di Giove e Saturno.
Photopolarimeter System (PPS) – Ha utilizzato un telescopio Cassegrain di tipo Dahl-Kirkham da 6 pollici e f/1.4 con una rotella contenente 5 analizzatori da 0,60 , 120 , 45 e 135 gradi e un'altra con 8 bande spettrali con una copertura da 2350 a 7500A per raccogliere informazioni sulla composizione dei giganti gassosi, sulle proprietà della dispersione atmosferica e sulla densità di questi pianeti
Plasma Wave System (PWS) – Fornisce continue misurazioni indipendenti dei profili della densità degli elettroni di Giove e Saturno e informazioni basilari sull'interazione locale delle onde di particelle, utile nello studio delle magnetosfere

Alimentazione

La corrente elettrica necessaria al funzionamento della sonda e degli strumenti è fornita da tre generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG). Attualmente essi forniscono circa 285 Watt ad ogni sonda. I generatori termoelettrici a radioisotopi sono alimentati da plutonio e al momento del lancio fornivano circa 470 Watt di potenza a 30 volt DC. Il plutonio-238 è radioattivo, e decade con un'emivita di circa 85 anni, perciò gli RTG che lo usano perdono circa lo 0,81%, di potenza ogni anno. Dopo 23 anni dal lancio, questi RTG potrebbero fornire circa 390 Watt, o circa l'83% della potenza iniziale. Dato che le termocoppie usate per convertire l'energia termica in energia elettrica si degradano anch'esse, all'inizio del 2001 la potenza elettrica disponibile per il Voyager 1 era di 315 Watt, e di 319 per il Voyager 2. La potenza disponibile è comunque maggiore di quanto previsto teoricamente prima del lancio.

Voyager Interstellar Mission (VIM)

Rielaborazione delle immagini di Giove e delle sue lune riprese dalla Voyager 1. In alto a sinistra Io, al centro Europa, sotto Ganimede e a destra Callisto.

La missione primaria delle Voyager è stata completata nel 1989, con il passaggio ravvicinato di Nettuno della Voyager 2. La Voyager Interstellar Mission (VIM) è un'estensione della missione, che ha avuto inizio quando i due veicoli spaziali erano già in volo da oltre 12 anni. La Divisione Eliofisica del NASA Science Mission Directorate ha condotto una Heliophysics Senior Review nel 2008. L'analisi ha rilevato che la VIM "è una missione che è assolutamente da continuare", e che il finanziamento VIM " è vicino al livello ottimale ed è garantito dal finanziamento e miglioramento del DSN (Deep Space Network)".

Alla data attuale, le piattaforme di scansione delle Voyager, insieme a tutti gli strumenti della piattaforma, non è più alimentata. Lo spettrometro a raggi ultravioletti (UVS) della Voyager 1 è stato attivo fino al 2003, quando è stato disattivato. Le operazioni giroscopiche si concluderanno nel 2015 per la Voyager 2 e il 2016 per la Voyager 1. I giroscopi sono utilizzati per ruotare la sonda di 360 gradi sei volte all'anno per misurare il campo magnetico della sonda, che viene poi sottratto dai dati scientifici del magnetometro.

Le due sonde sono ancora in grado di operare e di mandare a Terra dati scientifici. Entrambe hanno abbastanza energia elettrica e carburante per poter funzionare fino a circa il 2020, anche se il totale esaurimento della potenza elettrica disponibile avverrà non prima del 2025, quando non sarà più sufficiente per alimentare alcuno strumento scientifico.


Voyager 1

La sonda spaziale Voyager 1 è stata una delle prime esploratrici del sistema solare esterno, ed è ancora in attività. Fu lanciata nell'ambito del Programma Voyager della NASA il 5 settembre 1977 da Cape Canaveral, a bordo di un razzo Titan IIIE-Centaur, poco dopo la Voyager 2, la sua sonda sorella, in un'orbita che le avrebbe permesso di raggiungere Giove per prima. Le due sonde Voyager sono identiche.

L'orbita in cui fu immessa la sonda la portò a sfiorare i due pianeti giganti, Giove e Saturno, per poi proseguire indisturbata verso l'esterno del sistema solare.

Missione primaria

Giove e Saturno

Immagini in sequenza dell'avvicinamento della Voyager I a Giove, da 58 milioni a 31 milioni di chilometri; le immagini sono state prese ogni 10 ore per 28 giorni alla stessa ora locale gioviana, mostrando sempre la macchia rossa al centro dell'immagine.

La Voyager 1 iniziò a fotografare Giove nel gennaio 1979. La sonda passò vicino a Giove il 5 marzo 1979, e continuò a fotografare il pianeta fino ad aprile. Poco tempo dopo fu la volta della sonda sorella Voyager 2.

Le due Voyager fecero numerose scoperte su Giove e i suoi satelliti. La più sorprendente fu la scoperta di vulcani di zolfo su Io, che non erano mai stati osservati né da Terra né dal Pioneer 10 o dal Pioneer 11.

La sonda proseguì il suo viaggio verso Saturno. Il punto di massimo avvicinamento fu raggiunto il 12 novembre 1980, quando passò ad una distanza di poco più di 120 000 km dal pianeta. La sonda fotografò le complesse strutture degli anelli di Saturno, e studiò l'atmosfera di Saturno e di Titano. La sua orbita, progettata per studiare Titano da vicino, la portò fuori dal piano dell'eclittica, impedendole di visitare altri pianeti.

Missione secondaria

Dopo aver oltrepassato Saturno e le sue lune, la sonda si è progressivamente allontanata dal Sole, dirigendosi verso i confini del Sistema solare.

Termination Shock

Nel novembre 2003 è stato annunciato che secondo l'analisi dei dati registrati la Voyager 1 avrebbe passato il "termination shock" (il confine dove le particelle del vento solare vengono rallentate a velocità subsoniche) nel febbraio 2004. Altri scienziati hanno espresso dubbi in proposito (discussi nella rivista Nature il 6 novembre). Probabilmente serviranno altre analisi, rese difficili anche dal fatto che i rivelatori di vento solare a bordo del Voyager 1 hanno smesso di funzionare nel 1990.

Le ultime dichiarazioni indicano che la sonda avrebbe attraversato il termination shock nel dicembre 2004.

Autostrada magnetica

Dati recenti del dicembre 2012 inviati dalla sonda dimostrano nuove e sensazionali scoperte dei confini del sistema solare. La sonda è entrata in una "autostrada magnetica" che collega il sistema solare allo spazio interstellare. Questa "autostrada" sembrerebbe essere un mezzo di collegamento fra il campo magnetico del sole ed il campo magnetico interstellare. Tutto ciò permette alle particelle cariche all'interno dell'eliosfera di uscire fuori e alle particelle cariche dell'esterno di riversarsi dentro.

Pertanto il Voyager 1 sta analizzando particelle cariche provenienti dall'esterno del sistema solare. Gli esperti ritengono però che i dati sul campo magnetico non fanno pensare che sia già nello spazio interstellare perché la direzione delle linee del campo magnetico dovrebbero mutare, invece non lo stanno facendo. La sonda si sarebbe immessa sull'autostrada magnetica il 28 luglio 2012 e da allora questa regione si è allontanata e riavvicinata ad essa molte volte. La sonda vi è infine rientrata il 25 agosto 2012.

Eliopausa

Mentre la sonda sta viaggiando verso lo spazio interstellare, i suoi strumenti continuano a studiare l'ambiente del sistema solare. Gli scienziati del Jet Propulsion Laboratory della NASA stanno usando gli strumenti a bordo per cercare il punto esatto dell'eliopausa.

Il 13 dicembre 2010 è stato dichiarato che nel giugno 2010, a una distanza di circa 114 UA (circa 17 miliardi di km) dal Sole, la Voyager 1 ha rilevato che la velocità del vento solare è diminuita fino a zero, perciò la sonda potrebbe aver raggiunto l'eliopausa, tuttavia sono in corso ulteriori analisi per averne la certezza.

Il 13 settembre 2013 è stato dichiarato che il 25 agosto del 2012, a una distanza di circa 121 UA dal Sole, avrebbe superato il confine dell'eliopausa. Ad indicarlo fu una nuova misurazione della densità del plasma di particelle a bassa energia che circondano la sonda, che mostrò un brusco incremento compatibile con le previsioni teoriche. Gli strumenti hanno rivelato una brusca diminuzione dei raggi cosmici solari, la cui intensità è scesa verso valori vicini allo zero.

Spazio interstellare

Il 14 giugno 2012 la NASA ha dichiarato che, per effetto del flusso di particelle cosmiche, gli strumenti della sonda hanno registrato segnali nuovi completamente diversi da quelli registrati sinora, per tale ragione si ritiene che la Voyager 1 sia vicina all'ingresso nello spazio interstellare.

Successivamente il 3 agosto 2012 la NASA ha dichiarato che due dei tre segnali chiave (che era stato previsto che sarebbero dovuti cambiare nel momento in cui la sonda sarebbe entrata nello spazio interstellare) sono cambiati rapidamente come non accadeva da 7 anni.

Il 12 settembre 2013 la NASA ha confermato che il 25 agosto del 2012 la Voyager 1, a una distanza di circa 121 UA dal Sole, è entrata ufficialmente nello spazio interstellare.

Stato attuale

Posizione della Voyager I l'8 febbraio 2012: sono visualizzate le orbite planetarie, ma nessun pianeta sarebbe visibile da quella distanza, mentre il Sole avrebbe una magnitudine di -16,4

La Voyager 1 è ancora funzionante ed è attualmente l'oggetto costruito dall'uomo più distante dalla Terra.

Il 23 gennaio 2016 la Voyager 1 si trovava nello spazio interstellare a una distanza di 134,657 UA (equivalenti a 18,665 ore luce o 20,144 miliardi di km) dal Sole.

La sonda si sta allontanando dal sistema solare a una velocità di 17,004 km/s, pari a 3,587 UA all'anno; è in leggerissimo rallentamento a causa dell'attrazione solare.

Futuro

La Voyager 1 è alimentata da una batteria RTG che le permetterà di funzionare, seppure in modo limitato, fino al 2025 quando avrà raggiunto oltre 25 miliardi di chilometri di distanza dalla Terra.
Tuttavia nel 2025 la comunicazione con la sonda sarà molto improbabile perché il giroscopio, che permette di tenere orientata l'antenna verso la Terra, smetterà di funzionare nel 2017 quando è previsto che la sonda si trovi a una distanza dal Sole compresa tra 137 e 141 UA.

In base alle previsioni, la Voyager 1 potrebbe raggiungere e analizzare l'ipotetico muro d'idrogeno (situato tra l'eliopausa e il bow shock), però sarà impossibile che la sonda sia ancora funzionante quando raggiungerà il bow shock situato a circa 230 UA dal Sole; nell'ipotesi che viaggi all'attuale velocità, si può stimare il raggiungimento di tale zona nel 2042, ma in realtà occorrerà più tempo a causa del progressivo leggero rallentamento della sonda.

La sonda si sta dirigendo in direzione della costellazione dell'Ofiuco e tra circa 38.000 anni passerà ad una distanza di circa 1,7 anni luce dalla stella Gliese 445 situata nella costellazione dell'Orsa Minore.[14]

Fra 30.000 anni circa, la Voyager 1 uscirà completamente dalla Nube di Oort ed entrerà nel campo di attrazione gravitazionale di un'altra stella.

Voyager Golden Record (Video)

La custodia del Voyager Golden Record

Il Voyager Golden Record è un disco registrato placcato in oro contenente immagini e suoni della Terra, che la sonda, così come il Voyager 2, porta con sé. I contenuti della registrazione furono selezionati da un comitato presieduto da Carl Sagan. Le istruzioni per accedere alle registrazioni sono incise sulla custodia del disco, nel caso "qualcuno lo trovasse".

Foto dai confini del sistema solare

Nel 1990 la sonda ha scattato diverse fotografie ai pianeti del sistema solare quando si trovava ad oltre 6 miliardi di chilometri dalla Terra. La più celebre è la Pale Blue Dot (pallido puntino blu) che mostra la Terra della dimensione di meno di un pixel.

Un collage delle altre foto forma un'altra nota foto, ritratto di famiglia.

 


Voyager 2

La sonda spaziale Voyager 2 è stata una delle prime esploratrici del sistema solare esterno, ed è ancora in attività. Fu lanciata il 20 agosto 1977 dalla NASA da Cape Canaveral, a bordo di un razzo Titan III-Centaur, poco prima della sua sonda sorella, la Voyager 1, in un'orbita che l'avrebbe portata più tardi a visitare i pianeti. Le due sonde appartengono allo stesso programma Voyager e sono identiche.

L'orbita in cui fu immessa la sonda la portò a sfiorare i due pianeti giganti, Giove e Saturno. Durante il viaggio, i tecnici si resero conto che potevano sfruttare un allineamento planetario piuttosto raro per far proseguire la sonda verso Urano e Nettuno. Dalla Voyager 2 vengono la maggior parte delle informazioni che abbiamo su questi due pianeti.

Da allora la sonda prosegue indisturbata verso l'esterno del sistema solare.

Missione primaria

Illustrazione del Voyager 2 mentre passa dietro Nettuno

La Voyager 2 ha visitato quattro pianeti:

Giove (9 luglio 1979)
Saturno (26 agosto 1981)
Urano (24 gennaio 1986)
Nettuno (25 agosto 1989)

Passando accanto ai primi due, la Voyager 2 integrò le immagini e gli studi fatti dalla Voyager 1. I passaggi vicino a Urano e Nettuno furono invece i primi (e a tutt'oggi gli unici) incontri ravvicinati con questi due pianeti. Da allora la sonda si sta allontanando dal Sole, a velocità inferiore rispetto alla Voyager 1.

Missione secondaria

Dopo aver superato Nettuno, la sonda si è progressivamente allontanata dal Sole, dirigendosi verso i confini del sistema solare.

Termination Shock

L'11 dicembre 2007 è stato comunicato che la sonda ha attraversato il "termination shock", una zona di spazio dopo la quale il campo magnetico del Sole non ha più influenza; anche la Voyager 1 ha attraversato la stessa zona circa 3 anni prima, però non si avevano a disposizione dati certi a causa del rilevatore di vento solare non funzionante. La Voyager 2 è stata quindi la prima sonda ad avere rilevato e misurato il termination shock.

Le ultime informazioni indicano che la Voyager 2 avrebbe attraversato il termination shock nel settembre 2007.

Stato attuale

La Voyager 2 è ancora funzionante ed è il terzo oggetto costruito dall'uomo più distante dalla Terra, dopo la sonda Voyager 1 e Pioneer 10, la Voyager 2 non sorpasserà mai la prima, mentre dovrebbe sorpassare la seconda nel 2023, anno stimato non considerando il diverso progressivo leggero rallentamento delle due sonde.

Il 13 agosto 2012 la Voyager 2 supera il record di longevità detenuto fino ad allora dalla sonda Pioneer 6 con 34 anni e 357 giorni di servizio.

Il 23 gennaio 2016 la Voyager 2 si trovava nell'eliosheath alla distanza di 110,158 UA (equivalenti a 15,269 ore luce o 16,479 miliardi di km) dal Sole.

La sonda si sta allontanando dal Sole alla velocità di 15,380 km/s, pari a 3,244 UA all'anno; la sua velocità è in leggerissimo rallentamento.

Futuro

La Voyager 2 è alimentata da una batteria RTG che le permetterà di funzionare, seppure in modo limitato, fino al 2025.
Tuttavia nel 2025 la comunicazione con la sonda sarà molto improbabile, perché il giroscopio, che permette di tenere orientata l'antenna verso la Terra, smetterà di funzionare nel 2016 quando è previsto che la sonda si trovi a una distanza dal Sole compresa tra 110 e 114 UA.

Secondo le previsioni, dopo aver raggiunto ed analizzato l'eliopausa pochi anni dopo la Voyager 1, che l'ha raggiunta nell'agosto 2012, dovrebbe in seguito raggiungere e analizzare anche lo spazio interstellare e l'ipotetico muro d'idrogeno (situato tra l'eliopausa e il bow shock), però sarà impossibile che la sonda sia ancora funzionante quando raggiungerà il bow shock situato a circa 230 UA dal Sole; nell'ipotesi che viaggi all'attuale velocità, si può stimare il raggiungimento di tale zona nel 2052, ma in realtà occorrerà più tempo a causa del progressivo leggero rallentamento della sonda.

Tra circa 40.000 anni passerà a circa 1,7 anni luce dalla stella Ross 248, distante dal Sole 10,32 anni luce, situata nella costellazione di Andromeda (a quell'epoca Ross 248 sarà la stella più vicina al Sole, a circa 3 anni luce).

Invece tra circa 296.000 anni passerà a circa 4,3 anni luce dalla stella Sirio, distante dal Sole 8,6 anni luce.

 
 

 


Dati
Massa della sonda 582,7 Kg
Missione: Flyby Cometa Halley e flyby cometa Grigg-Skjellerup
Lancio: Guiana Space Center 2 Luglio 1985 ore 11:23 UTC
Strumentazione: spettrometri di massa, misuratori di impatto, di energia, analizzatori di ioni.
Esito: Missione conclusa con successo

Missione

La sonda Giotto dell'Agenzia Spaziale Europea è progettata per studiare la cometa di Halley. La sonda prende il nome dal pittore medioevale Giotto. Egli osservò la cometa di Halley nel 1301 e da questa prese l'ispirazione per la stella di Betlemme raffigurata nella natività della cappella degli Scrovegni.

Originariamente avrebbe dovuto esserci una sonda statunitense a raggiungere la cometa insieme alla sonda Giotto, ma tagli di bilancio costrinsero la NASA ad annullare il progetto e a limitarsi al riutilizzo della sonda ISEE-3 (in seguito ribattezzata ICE), per effettuare delle misure da lontano. Inoltre, quando la cometa di Halley si sarebbe trovata in prossimità della Terra, erano previste misurazioni scientifiche utilizzando gli strumenti installati a bordo dello Shuttle, ma il disastro del Challenger impedì la realizzazione della missione.

Il programma di ricerca scientifica si è basato totalmente sull'utilizzo di sonde. Vennero mandate cinque sonde per studiare la cometa: la sonda Giotto, due sonde dall'Unione Sovietica, Vega 1 e 2 e due sonde dal Giappone, Sakigake e Suisei. Il piano prevedeva che le sonde giapponesi e la sonda americana International Cometary Explorer avrebbero studiato la cometa da lontano, seguite dalle sonde russe, che avrebbero individuato la posizione precisa del nucleo e avrebbero fornito alla sonda Giotto misure precise per meglio indirizzare la sonda e i suoi strumenti. Poiché Giotto sarebbe passata molto vicino al nucleo della cometa, era opinione diffusa all'ESA che la sonda non sarebbe sopravvissuta all'incontro, per via dei molti microimpatti che avrebbe subito. L'insieme delle sonde veniva indicato come l'armata Halley.

La Sonda

La sonda derivava dal satellite di ricerca GEOS, sviluppato dalla British Aerospace: era un cilindro di 110 cm di lunghezza e 185 cm di diametro, con 3 piattaforme interne; il cilindro terminava con un treppiede al di sotto del quale era posizionata l'antenna, per una altezza totale di 285 cm.

Il razzo principale era posizionato al centro del cilindro, con l'ugello che sporgeva da sotto.

Lo scudo protettivo esterno era uno scudo di Whipple, formato da uno strato di alluminio spesso 1 mm e da uno strato di kevlar spesso 12 mm, separati da uno spazio vuoto di 25 cm che avrebbe dovuto essere in grado di resistere all'impatto con particelle fino a 1 g di massa.

L'antenna ad alto guadagno, di 1,5 m di diametro, operava nella banda X (facente parte delle microonde) ed era inclinata in modo da puntare costantemente verso la Terra.

L'equipaggiamento scientifico era composto da una telecamera, spettrometri di massa, misuratori di impatto, di energia, analizzatori di ioni, e altri ancora.

Il computer di bordo fu fornito dalla allora LABEN di Milano (ora integrata in Thales Alenia Space con sede in Gorgonzola (MI)).

Schema delle orbite

Cronologia della missione

La missione viene approvata dall'ESA nel 1980 e lanciata dal razzo Ariane 1 (volo 14v) il 2 luglio 1985 da Kourou.

La missione sovietica Vega 1 iniziò a fornire immagini della cometa il 4 marzo 1986 e fu in assoluto la prima a fornire immagini del suo nucleo. Il suo flyby avvenne il 6 marzo, mentre il flyby di Vega 2 avvenne il 9 marzo.

Giotto passò ad appena 596 km dal nucleo della cometa il 13 marzo 1986, ad una distanza di 0,89 UA dal Sole e a 0,98 UA dalla Terra. A dispetto delle aspettative, sopravvisse all'incontro nonostante l'impatto con diversi corpuscoli. Un impatto ne modificò però l'asse di rotazione, cosicché l'antenna non restò più costantemente puntata verso la Terra e, soprattutto, la nuova angolazione non consentiva più allo scudo anti-polveri di proteggere gli strumenti. Dopo 32 minuti la sonda si ristabilizzò, grazie al computer di bordo progettato anche per fronteggiare questa evenienza dalla allora LABEN[1] di Milano (oggi Thales Alenia Space Italia, con sede a Gorgonzola), e riprese a raccogliere e inviare dati scientifici.

Un altro impatto distrusse l'Halley Multicolor Camera, ma non prima che lo strumento avesse ripreso spettacolari immagini ravvicinate del nucleo.

La traiettoria di Giotto venne modificata per permetterne il ritorno alla Terra e gli strumenti scientifici vennero spenti il 15 marzo 1986 alle 2:00 UTC.

Il 2 luglio 1990 raggiunse la Terra, passando ad una distanza minima di circa 16 300 km alle 10:01:18 UTC e compiendo fra gli altri anche un esame del campo magnetico terrestre. Venne quindi reindirizzata verso la sua prossima cometa.

Giotto ha incontrato la Cometa Grigg-Skjellerup il 10 luglio 1992, arrivando con una velocità relativa di 13,99 km/s, ad una distanza minima di circa 200 km dalla cometa. In quel momento la distanza dal Sole era di 1,01 UA e dalla Terra era di 1,43 UA. Il 23 luglio 1992 gli strumenti vennero nuovamente spenti.

Il 1º luglio 1999, approssimativamente alle 2:40 UTC, la sonda Giotto ha raggiunto nuovamente la Terra ad una distanza minima di circa 219 000 km con una velocità relativa di circa 3,5 km/s.

Risultati

Le immagini hanno mostrato che il nucleo della cometa è formato da un corpo scuro a forma di arachide lungo 15 km e spesso 10 km. Solo il 10% della superficie era attiva, con tre violenti getti nel lato illuminato dal Sole. Le analisi hanno determinato che la cometa si è formata 4,5 miliardi di anni fa, con l'accumularsi di ghiaccio su polvere interstellare e che, dalla sua formazione, il nucleo è rimasto sostanzialmente immutato.

Del materiale espulso dalla 1P/Halley, l'80% del volume è acqua, il 10% è ossido di carbonio e il 2,5% è un insieme di metano e ammoniaca. Sono state individuate tracce di idrocarburi, ferro e sodio.

Il nucleo della cometa è più scuro della fuliggine, il che fa pensare che possa essere ricoperto da uno spesso strato di polvere.[2]

La superficie del nucleo era porosa e la densità massima stimata era di 0,3 kg/m³.[2]

La quantità di materiale espulso dalla cometa era di circa 3 t per secondo dai sette getti: la ridotta quantità di materiale espulso dalla cometa le ha consentito una lunga vita.

La polvere espulsa dalla cometa aveva una densità paragonabile a quella del fumo di sigaretta: i frammenti maggiori pesavano circa 40 mg. Anche se non si è potuto misurare il peso del frammento che ha fatto deviare l'asse di rotazone di Giotto, si stima che il frammento pesasse tra 0,1 e 1 g.

Due tipologie di polvere sono state individuate: la prima era composta da carbone, idrogeno ossigeno e azoto; l'altra era formata da calcio, ferro, magnesio, silicio e sodio.

Il rapporto delle quantità di elementi leggeri nella cometa, escluso l'azoto (ovvero idrogeno, carbonio, ossigeno) era lo stesso di quello del Sole. Ciò implica che i costituenti della cometa sono fra i più antichi nel sistema solare.

Lo spettrometro al plasma e agli ioni ha mostrato che Halley ha una superficie ricca di carbonio.

 

 


 
 
 

 

 

 

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La missione Kepler è una missione spaziale della NASA parte del programma Discovery, il cui scopo è la ricerca e conferma di pianeti simili alla Terra in orbita attorno a stelle diverse dal Sole, tramite l'utlizzo del telescopio spaziale Kepler. Il veicolo spaziale, chiamato in onore dell'astronomo tedesco del diciassettesimo secolo Johannes Kepler, è stato lanciato con successo il 7 marzo 2009.

Il telescopio Kepler è stato "specificatamente progettato per monitorare una porzione della nostra regione della Via Lattea e scoprire dozzine di pianeti simili alla Terra vicino o nella zona abitabile e determinare quante delle miliardi di stelle della nostra galassia posseggano pianeti". Per fare ciò, un fotometro monitora costantemente la luminosità di più di 145 000 stelle di sequenza principale nel suo campo di vista fissato, presso le costellazioni del Cigno, della Lira e del Drago. I dati sono trasmessi a terra, dove vengono analizzati in cerca di periodiche diminuzioni di luminosità delle stelle causate da pianeti extrasolari che transitano di fronte alla loro stella. Nell'aprile 2013 il team di Kepler aveva individuato 2 740 candidati pianeti e confermato altri 121. Nel gennaio 2013 un gruppo di astronomi dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ha stimato dai dati di Kepler che nella Via Lattea risiedano "almeno 17 miliardi" di esopianeti simili alla Terra.

Il programma Discovery, di cui Kepler è parte, consiste in missioni scientifiche di basso costo focalizzate su obiettivi precisi. La costruzione del telescopio e le operazioni iniziali sono state gestite dal Jet Propulsion Laboratory, insieme alla Ball Aerospace, responsabile dello sviluppo del sistema di volo. L'Ames Research Center è invece responsabile dello sviluppo dei sistemi a Terra, delle operazioni di missione dal dicembre 2009 e dell'analisi dei dati scientifici. Il tempo previsto per la missione è stato inizialmente di 3,5 anni, ma nel 2012 è stata estesa al 2016, in parte per difficoltà dovute all'analisi dell'enorme volume di dati raccolti dal telescopio.
Tuttavia, il 15 maggio 2013 la NASA ha annunciato un guasto ad un giroscopio tale da compromettere il sistema di puntamento del telescopio stesso. Nell'agosto seguente sono cessati gli studi della NASA volti a recuperare la piena funzionalità del telescopio, mentre è iniziata la valutazione di «nuove potenziali missioni» per Kepler.

 

Lista dei pianeti extrasolari comfermati scoperti dalla Kepler

Stella  A.R Dec. Costel. Magn. App Dist. Pc  Spettro Pianeta Massa (Mj) Raggio (Mj) Periodo (g) Semiasse M. (UA) ecc. Metodo Anno
Kepler-457[6] 18h 49m 30s +44° 41′ 41″ Lira - - - b - 0,21 31,81 0,161 - Transito 2015
Kepler-456[7] 19h 15m 58s +41° 13′ 23″ Lira - - - b - 0,589 1320,1 - - Transito 2015
Kepler-455 19h 39m 48s +38° 36′ 19″ Cigno - - - b - 0,62 1322,3 - - Transito 2015
Kepler-448 19h 49m 48s +41° 00′ 40″ Cigno 11,51 426 - b 10 1,43 17,8552 0,151 0 Transito[8] 2015
Kepler-430[9] 19h 31m 14s +49° 34′ 46″ Cigno - - - b - 0,29 35,968 0,2244 - Transito 2015
c - 0,29 110,979 0,4757 - Transito 2015
Kepler-431[10] 18h 44m 26s +43° 13′ 40″ Lira - - - b - 0,0682 6,803 0,0719 - Transito 2015
c - 0,0596 8,703 0,0847 - Transito 2015
d - 0,099 11,922 0,1045 - Transito 2015
Kepler-539 19h 56m 29s +41° 52′ 00″ Cigno 12,5 - G2 V b 0,97 0,747 125,632 0,4988 0,39 Transito[11] 2016
c 2,4 - 1350 2,4 0,53 TTV[12] 2016
TRAPPIST-1[13] 23h 06m 29s -05° 02′ 29″ Aquario 18,8 12,1 M8 b - 0,0993 1,511 0,0111 0 Transito 2016
c - 0.0936 2,422 0,015 0 Transito 2016
d - 0,104 18,202 0,08 0 Transito 2016
HATS-16[14] 23h 54m 14s -30° 00′ 47″ Scultore 13,834 774 - b 3,27 1,3 2,6865 0,0374 0 Transito[11] 2015
HATS-15 20h 44m 22s -19° 26′ 15″ Capricorno 14,77 689 - b 2,17 1,105 1,747 0,0271 0 Transito[11] 2014
HATS-7[15] 13h 55m 25s -21° 12′ 28″ Vergine 6,1 257 K2 b 0,12 0,563 3,1853 0,0401 0 Transito[11] 2015
HD 221585 23h 32m 54s +63° 09′ 20″ Cassiopea 7,474 - G8 IV b 4,77 - 1173 2,148 0,637 Velocità radiali[11] 2016
HD 214823 22h 40m 19s +31° 47′ 15″ Pegaso 8,078 - G0 V b 19,2 - 1877 3,18 0,154 Velocità radiali[11] 2016
HD 191806 20h 09m 28s +52° 16′ 35″ Cigno 8,093 - - b 8,52 - 1606,3 2,8 0,259 Velocità radiali[11] 2016
EPIC 205117205 16h 10m 15s -19° 19′ 09″ Scorpione 16 145 M 3.3 b - 0,451 - - 0 Transito 2016
OGLE-2012-BLG-0724L 17h 55m 52s -29° 49′ 07″ Sagittario - 6700 M b 0,47 - - 1,6 - Microlensing[16] 2016
HD 9174 01h 30m 01s -19° 36′ 16″ Balena 8,4 78,93 G8 IV b 1,11 - 1179 2,2 0,12 Velocità radiali[11] 2016
HD 68402 08h 05m 24s -74° 24′ 38″ Pesce Volante 9,11 78 G5 IV/V b 3,07 - 1103 2,18 0,03 Velocità radiali[11] 2016
HD 72892 08h 34m 53s -14° 27′ 24″ Idra 8,83 72,78 G5 V b 5,45 - 39,475 0,228 0,423 Velocità radiali[11] 2016
HD 128356 14h 37m 05s -25° 48′ 09″ Idra 8,29 26,03 K3 V b 0,89 - 298,2 0,87 0,57 Velocità radiali[11] 2016
HD 224538 23h 58m 52s -61° 35′ 12″ Tucano 8,06 77,76 F9 IV/V b 5,97 - 1189,1 2,28 0,464 Velocità radiali[11] 2016
HD 165155 18h 05m 57s -29° 55′ 02″ Sagittario 9,36 64,98 G8 V b 2,89 - 434,5 1,13 0,2 Velocità radiali[11] 2016
HD 147873 16h 25m 45s -33° 27′ 13″ Scorpione 7,96 104,93 G1 V b 5,14 - 116,596 0,522 0,207 Velocità radiali[11] 2016
c 2,3 - 491,54 1,36 0,23 Velocità radiali[11] 2016
Pr0211 08h 42m 11s +19° 16′ 37″ Cancro 12,15 - G9 b 1,88 - 2,146 0,032 0,017 Velocità radiali[11] 2012
c 7,95 - 5300 5,8 0,7 Velocità radiali[11] 2016
TYC-3667-1280-1 05h 13m 30s +58° 25′ 34″ Giraffa 9,9 431 - b 5,4 - 26,468 0,21 0,036 Velocità radiali[11] 2016
HD 5583 00h 57m 57s +34° 59′ 08″ Andromeda 7,6 221 K0 b 5,78 - 139,35 0,53 0,076 Velocità radiali[11] 2016
BD+15 2375 11h 45m 56s +14° 36′ 59″ Leone 10,3 - 774 b 1,06 - 153,22 0,576 0,001 Velocità radiali[11] 2016
OGLE-2014-BLG-1760L 17h 57m 38s -28° 57′ 47″ Sagittario - 6060 - b 0,573 - - 1,75 - Microlensing[16] 2016
WASP-157 13h 26m 37s -08° 19′ 03″ Vergine 12,9 - G2 V b 0,574 1,045 3,9516 0,0529 0 Velocità radiali[11] 2016
HATS-11 19h 17m 36s -22° 23′ 24″ Sagittario 14 906 G0 b 0,85 1,51 3,6192 0,0461 0,34 Transito[11] 2016
HATS-12 19h 16m 49s -19° 21′ 21″ Sagittario 12,76 981 F b 2,38 1,35 3,1428 0,0479 0,085 Transito[11] 2016
HATS-17 12h 48m 46s -47° 36′ 49″ Centauro 12,4 339 F b 1,338 0,777 16,2546 0,1308 0,029 Transito[11] 2016
OGLE-2014-BLG-0257L 18h 01m 48s -28° 15′ 43″ Sagittario - 1250 M b 36 - - 0,61 - Microlensing 2014
HIP 74890 15h 18m 17s -41° 25′ 14″ Lupo 7,05 91,6 K1 III b 2,4 - 822,3 2,1 0,07 Velocità radiali[11] 2016
HIP 8541 01h 50m 06s -54° 27′ 54″ Eridano 7,9 169 K2 III b 5,59 - 1560 2,8 0,16 Velocità radiali[11] 2016
K2-26 06h 16m 50s +24° 35′ 45″ Gemelli 13 - M1 b - 0,238 14,5665 - - Transito 2015
Kepler-167 19h 30m 38s +38° 20′ 43″ Cigno - - - b - 0,13 4,425391 0,056 - Transito 2014
c - 0,122 7,406097 0,068 - Transito 2014
d 0,006 0,1065 21,8038 0,1405 0 Transito[17] 2016
e 4 0,91 1071,23 1,89 0,06 Transito[17] 2016
OGLE-2015-BLG-0954L 18h 00m 44s -28° 39′ 39″ Sagittario - 600 - b 4,4 - - 1,2 - Microlensing[16] 2015
DW Lyn 07h 07m 09s +60° 38′ 50″ Lince - - SdB D b 5,58 - - 1148 - Velocità radiali[11] 2013
HD 4732 00h 49m 13s -24° 08′ 12″ Balena 5,9 56,5 K0 IV b 2,37 - 360,2 1,19 0,13 Velocità radiali[11] 2013
c 2,37 - 2732 4,6 0,23 Velocità radiali[11] 2013

 

 

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1958
USA  Pioneer 1  Luna  orbiter
1958
USA  Pioneer 3  Luna  Flyby
1959
URSS  Luna 1  Luna  Flyby, scoperto il vento solare
1959
USA  Pioneer 4  Luna  Flyby
1959
URSS  Luna 2  Luna  Prima sonda ad impattare sulla superficie lunare
1959
URSS  Luna 3  Luna  Flyby, viene ripresa la prima immagine del lato nascosto della Luna
1960
USA  Pioneer 5  Sole 
1960
URSS  Mars 1960A  Marte 
1960
URSS  Mars 1960B  Marte 
1961
URSS  Venera 1  Venere 
1961
USA  Mariner 2  Venere  Primo satellite ad inviare dati su Venere
1962
USA  Ranger 3  Luna  Missione fotografica
1962
USA  Ranger 4  Luna  Missione fotografica
1962
USA  Ranger 5  Luna  La sua missione fotografica divenne un Flyby
1962
URSS  Mars 1962A  Marte 
1962
URSS  Mars 1  Marte 
1962
URSS  Mars 1962B  Marte 
1963
URSS  Luna 4  Luna 
1964
URSS  Zond 1  Venere 
1964
USA  Ranger 6  Luna 
1964
USA  Ranger 7  Luna  Missione fotografica
1964
USA  Mariner 3  Marte 
1964
USA  Mariner 4  Marte  Prima sonda a raggiungere con successo Marte
1964
URSS  Zond 2  Marte 
1965
USA  Pioneer 6  Sole 
1965
URSS  Venera 2  Venere 
1965
URSS  Venera 3  Venere 
1965
USA  Ranger 8  Luna  Missione fotografica
1965
USA  Ranger 9  Luna  Missione fotografica
1965
URSS  Luna 5  Luna 
1965
URSS  Luna 6  Luna 
1965
URSS  Zond 3  Luna 
1965
URSS  Luna 7  Luna 
1965
URSS  Luna 8  Luna 
1965
USA  Mariner 4  Marte  Prime immagini chiare di Marte
1966
USA  Pioneer 7  Sole 
1966
URSS  Luna 9  Luna  Prime fotografie riprese dalla superficie della luna
1966
URSS  Luna 10  Luna  Prima sonda ad orbitare attorno alla luna
1966
USA  Surveyor 1  Luna 
1966
USA  Lunar Orbiter 1  Luna 
1966
URSS  Luna 11  Luna 
1966
USA  Surveyor 2  Luna 
1966
URSS  Luna 12  Luna 
1966
USA  Lunar Orbiter 2  Luna 
1966
URSS  Luna 13  Luna 
1967
USA  Pioneer 8  Sole 
1967
URSS  Venera 4  Venere  Primi dati inviati da sotto lo strato di nubi del pianeta
1967
USA  Mariner 5  Venere 
1967
USA  Lunar Orbiter 3  Luna 
1967
USA  Lunar Orbiter 4  Luna 
1967
USA  Surveyor 3  Luna 
1967
USA  Explorer 35  Luna 
1967
USA  Lunar Orbiter 5  Luna 
1967
USA  Surveyor 5  Luna 
1967
USA  Surveyor 6  Luna 
1968
USA  Pioneer 9  Sole 
1968
USA  Surveyor 7  Luna 
1968
URSS  Luna 14  Luna 
1968
URSS  Zond 5  Luna 
1968
URSS  Zond 6  Luna 
1968
USA  Apollo 8  Luna  Primo orbiter a compiere un flyby lunare con equipaggio
1969
URSS  Venera 5  Venere 
1969
URSS  Venera 6  Venere 
1969
USA  Apollo 10  Luna  Orbiter con equipaggio
1969
URSS  Luna 15  Luna 
1969
USA  Apollo 11  Luna  Lander con equipaggio che portò il primo uomo sulla Luna
1969
URSS  Zond 7  Luna  Flyby
1969
USA  Apollo 12  Luna  Lander con equipaggio
1969
USA  Mariner 6  Marte  Flyby
1969
USA  Mariner 7  Marte  Flyby
1970
URSS  Venera 7  Venere  Primo lander ad atterrare su un altro pianeta
1970
USA  Apollo 13  Luna 
1970
URSS  Luna 16  Luna  Lander che per primo effettuò un ritorno automatizzato di campioni lunari
1970
URSS  Zond 8  Luna  flyby
1970
URSS  Luna 17/Lunochod 1  Luna  Primo lander/rover ad effettuare una esplorazione automatizzata
1971
USA  Apollo 14  Luna 
1971
USA  Apollo 15  Luna 
1971
URSS  Luna 18  Luna  lander
1971
URSS  Luna 19  Luna  orbiter
1971
USA  Mariner 8  Marte  flyby
1971
URSS  Mars 2  Marte  orbiter e lander, primo artefatto umano su Marte
1971
URSS  Mars 3  Marte  orbiter e lander, primo atterraggio con successo su Marte
1971
USA  Mariner 9  Marte  orbiter, riprese le prime foto della lune di Marte
1972
Russia  Venera 8  Venere  lander
1972
Russia  Luna 20  Luna  lander
1972
USA  Apollo 16  Luna  lander con equipaggio
1972
USA  Apollo 17  Luna  lander con equipaggio
1973
USA  Explorer 49  Luna 
1973
USA  Explorer 50  Sole  sonda solare
1973
USA  Mariner 10  Venere Mercurio  prima sonda destinata a due pianeti
1973
URSS  Luna 21/Lunochod 2  Luna  lander/rover
1973
URSS  Mars 4  Marte 
1973
URSS  Mars 5  Marte 
1973
URSS  Mars 6  Marte 
1973
URSS  Mars 7  Marte 
1974
Germania  Helios 1  Sole 
1974
URSS  Luna 22  Luna  orbiter
1974
URSS  Luna 23  Luna 
1975
URSS  Venera 9  Venere  scattate le prime immagini della superficie di Venere
1975
URSS  Venera 10  Venere  orbiter e lander
1975
USA  Viking 1  Marte  orbiter e lander; atterra su Marte nel 1976
1975
USA  Viking 2  Marte  orbiter e lander; atterra su Marte nel 1976
1976
Germania  Helios 2  Sole 
1976
URSS  Luna 24  Luna  lander
1978
USA  Pioneer Venus 1  Venere  orbiter
1978
USA  Pioneer Venus 2  Venere  sonda atmosferica
1978
URSS  Venera 11  Venere  flyby e lander
1978
URSS  Venera 12  Venere  flyby e lander
1979
USA  Voyager 1 e Voyager 2  Giove  scattate le prime immagini di Giove e del suo sistema
1980
USA  Solar Maximum Mission  Sole  prima sonda ad essere riparata in orbita terrestre
1980
USA  Voyager 1  Saturno  scattate le prime immagini di Saturno e del suo sistema
1981
URSS  Venera 13  Venere  inviata la prima fotografia a colori della superficie di Venere
1981
URSS  Venera 14  Venere  flyby e lander
1981
USA  Voyager 2  Saturno  scattate immagini di Saturno e del suo sistema
1983
URSS  Venera 15  Venere  orbiter
1983
URSS  Venera 16  Venere  orbiter
1984
URSS  Vega 1  Venere/Cometa di Halley  flyby, sonda atmosferica e lander
1984
URSS  Vega 2  Venere/Cometa di Halley  flyby, sonda atmosferica e lander
1986
Europa  Sonda Giotto  Cometa di Halley  flyby
1986
USA  Voyager 2  Urano  riprese immagini di Urano e del suo sistema
1988
URSS  Phobos 1  Marte  orbiter e lander
1988
URSS  Phobos 2  Marte  orbiter e lander
1989
USA  Sonda Magellano  Venere  orbiter, mappato il 99% della superficie di Venere (con risoluzione di 300 m)
1989
USA  Sonda Galileo  Venere/Luna/Giove  sonda atmosferica e orbiter
1989
USA  Voyager 2  Nettuno  riprese immagini di Nettuno e il suo sistema
1990
USA  Ulysses  Sole  flyby solare
1990
Giappone  MUSES-1  Luna 
1991
Giappone  Yohkoh  Sole 
1992
USA  Mars Orbiter  Marte 
1994
USA  Clementine  Luna
1995
USA  SOHO  Sole  sonda solare
1996
USA  Mars Global Surveyor  Marte  orbiter
1996
USA  Mars Pathfinder  Marte  prima esplorazione automatizzata di un altro pianeta
1996
Russia  Mars 96  Marte  orbiter e lander
1997
Europa  Cassini-Huygens  Saturno/Titano  giunta in orbita il 1º luglio 2004 e atterrata su Titano il 14 gennaio 2005
1998
USA  Lunar Prospector  Luna  orbiter
1998
Giappone  Nozomi (Planet B)  Marte 
1998
USA  Mars Climate Orbiter  Marte 
1999
USA  Stardust  Cometa Wild 2  raccolta campioni di polvere cometaria e rientro a Terra
1999
USA  Mars Polar Lander  Marte 
1999
USA  Deep Space 2  Marte 
2001
USA  Sonda Genesis  Sole  raccolta campioni di vento solare, parzialmente distrutta al rientro
2001
USA  Mars Odyssey  Marte 
2003
NASA  CONTOUR  Cometa Encke 
2003
Europa  Smart 1  Luna 
2003
Europa  Mars Express  Marte  orbiter, il lander Beagle 2 è stato distrutto
2004
Europa  Rosetta  Cometa 67P  lander atterrato il 12 novembre 2014
2004
USA  MESSENGER  Mercurio  missione terminata schiantatasi su Mercurio il 30 aprile 2015
2005
USA  Deep Impact  Cometa Tempel 1  missione terminata
2005
USA  Mars Reconnaissance Orbiter  Marte  attualmente in orbita
2005
Europa  Venus Express  Venere  attualmente in orbita
2006
USA  New Horizons  Plutone  studio di Plutone e satelliti in corso
2007
Giappone  SELENE  Luna  missione terminata, schiantatasi sulla Luna il 10 giugno 2009
2007
USA  Missione Dawn  Vesta, Cerere  studio di Cerere
2007
USA  Phoenix Mars Lander  Marte  missione completata
2007
Cina  Chang'e 1  Luna  missione terminata, schiantatasi sulla Luna il 1º marzo 2009
2008
India  Chandrayaan-1  Luna  missione lunare terminata in anticipo per perdita di contatto radio
2009
USA  Lunar Reconnaissance Orbiter  Luna  attualmente in orbita
2009
USA  Lunar Crater Observation and Sensing Satellite  Luna  impatto avvenuto del razzo Centaur, rivelazioni effettuate
2011
USA  Juno  Giove  orbiter
2011
Russia  Fobos-Grunt  Marte  lander su Fobos
2011
Cina  Yinghuo-1  Marte  orbiter, lanciato insieme alla sonda Fobos- Grunt