Voyager: la mission NASA dai pianeti Giove e Saturno ai quattro giganti esterni

Le sonde Voyager della NASA partirono nel 1977 con l’obiettivo di studiare da vicino Giove e Saturno, compresi gli anelli di Saturno e le lune maggiori di entrambi i pianeti. Il piano si ampliò quando fu possibile prolungare l’itinerario di Voyager 2 fino a Urano e Nettuno. Nel complesso, i due veicoli esplorarono i quattro pianeti giganti esterni, 48 delle loro lune e i sistemi di anelli e i campi magnetici di quei mondi, secondo la storia della missione Voyager pubblicata dalla NASA.

La geometria dei pianeti e l’assistenza gravitazionale

Il progetto della missione sfruttò una configurazione poco frequente dei pianeti esterni, che si verifica all’incirca ogni 175 anni. Seguendo una traiettoria adeguata, un veicolo spaziale può passare da un pianeta al successivo senza aver bisogno di grandi sistemi di propulsione a bordo. Durante ogni incontro, la gravità del pianeta curva la traiettoria del veicolo e ne aumenta la velocità, aiutandolo a proseguire verso la destinazione successiva. Questa tecnica è nota come assistenza gravitazionale.

La NASA indica che, grazie a questa configurazione, il tempo di volo previsto fino a Nettuno fu ridotto da 30 a 12 anni. Sebbene si sapesse che un percorso attraverso quattro pianeti era possibile, fu considerato troppo costoso costruire un veicolo spaziale capace di coprire quella distanza, trasportare gli strumenti necessari e funzionare per il tempo richiesto. Per questo il programma finanziato si concentrò sui sorvoli di Giove e Saturno. Prima di selezionare le rotte furono studiate più di 10.000 traiettorie. Quelle scelte consentivano incontri ravvicinati con Giove e la sua luna Io, e con Saturno e la sua luna Titano; la traiettoria di Voyager 2 mantenne aperta la possibilità di proseguire verso Urano e Nettuno.

Due lanci e un percorso prolungato

Voyager 2 decollò per prima, il 20 agosto 1977, da Cape Canaveral, in Florida. Voyager 1 fu lanciata il 5 settembre su una traiettoria più rapida e breve. Entrambe viaggiarono a bordo di razzi Titan-Centaur e furono costruite per una missione di cinque anni. Con il progredire del viaggio, i gruppi a terra riprogrammarono inoltre le sonde per dotarle di capacità aggiuntive.

Voyager 1 raggiunse Giove il 5 marzo 1979 e Saturno il 12 novembre 1980. Voyager 2 passò vicino a Giove il 9 luglio 1979 e a Saturno il 25 agosto 1981. La sua traiettoria dopo Saturno le consentì di proseguire fino a Urano, raggiunto nel gennaio 1986, e poi fino a Nettuno, raggiunto nell’agosto 1989. La NASA autorizzò le fasi aggiuntive man mano che la missione avanzava. La rotta di Voyager 1, invece, era stata progettata per passare vicino a Titano e dietro gli anelli di Saturno e la portò a nord del piano in cui orbitano la maggior parte dei pianeti.

Giove e Io: attività vulcanica e magnetosfera

Le fotocamere delle due sonde scattarono più di 33.000 immagini di Giove e dei suoi cinque satelliti principali, oltre a registrare altre misurazioni. Secondo la NASA, i sorvoli rivelarono processi fisici, geologici e atmosferici che non erano noti sulla base delle osservazioni precedenti. Una scoperta di rilievo fu l’attività vulcanica di Io, la prima occasione in cui furono osservati vulcani attivi su un altro corpo del sistema solare.

Le osservazioni collegarono anche l’attività di Io all’ambiente di Giove. Sul margine esterno della magnetosfera del pianeta furono rilevati zolfo, ossigeno e sodio. Secondo la spiegazione della NASA, questi elementi sarebbero stati espulsi dai vulcani di Io oppure strappati dalla sua superficie dall’impatto di particelle ad alta energia. La magnetosfera è la regione dello spazio che circonda un pianeta ed è influenzata principalmente dal suo campo magnetico. Il materiale osservato collocò così l’attività della luna nel contesto più ampio del sistema gioviano.

Saturno: venti, atmosfera e una possibile spiegazione

I sorvoli di Saturno fornirono osservazioni ravvicinate e dati ad alta risoluzione. Nei pressi dell’equatore le sonde misurarono venti di circa 500 metri al secondo. Registrarono anche strutture atmosferiche, emissioni ultraviolette dell’idrogeno e aurore nelle regioni polari. Entrambi i veicoli misurarono la rotazione di Saturno in 10 ore, 39 minuti e 24 secondi.

Voyager 1 rilevò che l’elio costituiva circa il 7% del volume dell’alta atmosfera di Saturno; la pagina della NASA confronta questa proporzione con l’11% dell’atmosfera di Giove. La fonte ipotizza che la minore proporzione di elio negli strati superiori di Saturno possa indicare che l’elio, più pesante, stia lentamente sprofondando attraverso l’idrogeno. Aggiunge che questa possibilità potrebbe contribuire a spiegare il calore in eccesso emesso da Saturno rispetto all’energia che riceve dal Sole. La spiegazione è formulata come una possibilità, non come una conclusione definitiva.

Urano, Nettuno e la portata della missione

Nel gennaio 1986 Voyager 2 passò vicino a Urano e trasmise immagini e numerosi dati sul pianeta, le sue lune, i suoi anelli, l’atmosfera, l’interno e l’ambiente magnetico. Le immagini delle sue cinque lune maggiori mostrarono superfici con storie geologiche diverse. Le fotocamere rilevarono anche 11 lune mai osservate prima e gli strumenti identificarono due nuovi anelli. Nell’agosto 1989 la sonda completò il suo incontro con Nettuno.

La successione delle visite trasformò la missione, inizialmente incentrata su Giove e Saturno, in un viaggio attraverso i quattro giganti esterni. La NASA quantifica in 48 le lune esplorate da Voyager 1 e Voyager 2, oltre ai sistemi di anelli e ai campi magnetici di questi pianeti. Le osservazioni di Io, le misurazioni dei venti di Saturno e i dati inviati da Urano illustrano la varietà dei risultati ottenuti durante i sorvoli. Nel caso di Saturno, la fonte continua a presentare come possibile spiegazione il rapporto ipotizzato tra l’elio e il calore emesso dal pianeta.