Pioneer 10

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Pioneer 10
Immagine del veicolo
Pioneer 10 or 11 in outer solar system.jpg
Dati della missione
Operatore NASA
Numero di catalogazione 1972-012A
Fly-by di Giove
Esito missione conclusa
attualmente in viaggio verso la stella Aldebaran
Vettore Atlas/Centaur/TE364-4
Lancio 2 marzo 1972[1]
Programma Pioneer
Missione precedente Missione successiva
Pioneer 9 Pioneer 11

Il Pioneer 10 (originariamente designata come Pioneer F) è una sonda spaziale americana, pesante 258 chilogrammi, che completò la prima missione verso Giove. Dopo, divenne la prima sonda spaziale ad ottenere velocità di fuga dal Sistema Solare. Questo progetto di esplorazione spaziale è stato condotto dal NASA Ames Research Center in California, e le sonde spaziali sono state costruite da TRW. Il Pioneer 10 è stato assemblato intorno a un bus esagonale con un’antenna parabolica ad alto guadagno da 2,74 metri di diametro, ed era stabilizzato tramite una rotazione attorno agli assi dell’antenna. L’energia elettrica è stata fornita da 4 generatori termoelettrici a radioisotopi che hanno provveduto a una potenza combinata di 155 watt al lancio. 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 degli asteroidi. Cominciò a fotografare Giove dal 6 novembre 1973, ad una distanza di 25.000.000 km, e trasmise un totale di 500 immagini circa. L’approccio più vicino 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 ed eventualmente i luoghi più lontani dell’eliosfera. Le comunicazioni radio con la sonda vennero perse il 23 gennaio 2003 a causa della perdita di potenza elettrica alla sua radio trasmittente, ad una distanza di 80 UA dalla Terra.

Sfondo della missione[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Lo stesso argomento in dettaglio: Storia e struttura dei Pioneer 10 e 11.

Profilo di missione[modifica | modifica wikitesto]

Lancio e traiettoria[modifica | modifica wikitesto]

Il lancio
La traiettoria

Il Pioneer 10 è stato lanciato il 3 marzo 1972 alle 01:49:00 UTC (2 marzo ora locale) dalla NASA dal Space Launch Complex 36A 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. Questo stadio ha dato 15.000 libbre di spinta e ha cominciato la rotazione della sonda di 30 rpm. 20 minuti dopo il lancio, vennero estesi i 3 bracci della sonda, i quali rallentarono la rotazione a 4,8 rpm. Quest’ultimo valore venne mantenuto costante per tutta la durata del viaggio. Il veicolo di lancio ha accelerato il veicolo per un intervallo di 17 minuti, acquisendo una velocità di 51.682 km/h. Dopo il primo contatto con l’antenna ad alto guadagno, venne attivata la maggior parte degli strumenti per dei test durante l’attraversamento delle fasce di radiazione della Terra. 90 minuti dopo il lancio, la sonda raggiunse lo spazio interplanetario. Il Pioneer 10 oltrepassò la Luna in 11 ore e divenne l’oggetto più veloce mai lanciato dall’uomo all’epoca. 2 giorni dopo il lancio vennero attivati tutti gli strumenti scientifici, a partire dal telescopio a raggi cosmici. 10 giorni dopo tutti gli strumenti divennero attivi. Durante i primi 7 mesi di viaggio la sonda fece 3 correzioni di rotta. Gli strumenti a bordo subirono controlli, i fo tometri esaminarono Giove e la luce zodiacale e i pacchetti degli esperimenti vennero utilizzati per misurare i raggi cosmici, campi magnetici e il vento solare. L’unica anomalia durante questo intervallo è stato il fallimento del sensore di Canopo, il quale era strettamente necessario per mantenere l’orientamento della sonda assieme agli altri 2 solari. Durante il passaggio dello spazio interplanetario medio il Pioneer 10 divenne la prima missione a rilevare atomi di elio interplanetari. Inoltre ha osservato gli ioni ad alta energia di alluminio e sodio del vento solare. Il 15 luglio 1972 divenne la prima sonda spaziale ad entrare nella fascia degli asteroidi, localizzata tra le orbite di Marte e Giove. I progettisti si aspettavano un passaggio sicuro nella fascia, e la traiettoria avrebbe portato il Pioneer 10 vicino ad un asteroide conosciuto ad una distanza di 8,8 × 106 km. Uno degli approcci più vicini fu quello con l’asteroide 307 Nike il 2 dicembre 1972. Gli esperimenti a bordo dimostrarono una carenza di particelle più piccole di un micrometro nella fascia, comparata con la vicinanza della Terra. La densità delle particelle di polvere tra 10–100 μm non variò significativamente durante il viaggio dalla Terra alle località più lontane della fascia. Solo per particelle con diametro da 100 μm a 1 mm mostrarono un cambiamento, da un fattore di 3 regioni della fascia. Nessun frammento più grande di un millimetro sono  stati osservati nella fascia, indicando che questi sono rari; certamente molto meno comuni di quanto anticipato. Siccome la sonda non ha colliso con nessuna particella di dimensioni sostanziali passò in modo sicuro la fascia, emergendo dall’altro lato il 15 febbraio 1973.

Incontro con Giove[modifica | modifica wikitesto]

Immagine di Giove acquisita dal fotopolarimetro
Rendering del Pioneer 10 a Giove

Il 6 novembre 1973 la sonda Pioneer 10 era ad una distanza di 25 milioni di km da Giove. Iniziarono i test del sistema fotografico e vennero ricevuti con successo i dati tramite il Deep Space Network. Una serie di 16.000 comandi vennero poi inviati alla sonda per controllare le operazioni di flyby durante i prossimi 60 giorni. L’orbita della luna esterna Sinope venne attraversata l’8 novembre. Il bow shock della magnetosfera gioviana venne raggiunto il 16 novembre, come indicato da un calo della velocità del vento solare da 451 km/h a 225 km/h. La magnetosfera è stata poi passata il giorno dopo. Gli strumenti della sonda confermarono che il campo magnetico di Giove era inverso rispetto a quello terrestre. Il 29 vennero oltrepassate le orbite della maggior parte delle lune esterne. Vennero generate immagini rosse e blu di Giove dal fotopolarimetro grazie alla rotazione della sonda che trasportò gli strumenti davanti Giove. Questi colori rossi e blu vennero uniti per produrre un’immagine verde sintetica, permettendo una combinazione a 3 colori per produrre poi un’immagine reale. Il 26 novembre vennero ricevute un totale di 20 immagini. Dal 2 dicembre la qualità delle immagini superò quella delle migliori rese della Terra. Queste vennero inviate in tempo reale indietro sulla Terra e il programma Pioneer avrebbe poi ricevuto un Emmy award per questa presentazione ai media. Il movimento della sonda provocò distorsioni geometriche che poi vennero corrette da processi al computer. Durante l’incontro un totale di più di 500 immagini venne trasmesso. La traiettoria della sonda la portò attorno all’equatore magnetico di Giove, dove la radiazione degli ioni era concentrata. I flussi di picco di questa radiazione elettronica sono 10.000 volte più potenti della massima radiazione attorno alla Terra. A partire dal 3 dicembre la radiazione attorno a Giove causò la generazione di comandi errati. Molti di questi vennero corretti tramite interventi ma un’immagine di Io e un paio di primi piani vennero persi. Comandi falsi simili vennero poi generati durante l’allontanamento dal pianeta. Nonostante ciò, il Pioneer 10 ebbe successo nel fotografare Ganimede ed Europa. L’immagine di Ganimede mostrò un basso albedo nel centro e vicino al polo sud, mentre il polo nord apparve più luminoso. Europa era troppo lontano per ottenere un’immagine dettagliata, quindi alcune caratteristiche dell’albedo furono apparenti. La traiettoria venne scelta per portare il Pioneer 10 dietro Io, permettendo un’analisi dell’atmosfera della luna grazie allo studio dei segnali radio e dell’effetto refrattario. Questo dimostrò che la ionosfera della luna era all’incirca 700 km sopra la superficie del lato illuminato, e la densità era tra 60.000 elettroni per centimetro cubico nel lato diurno e 9.000 nel lato notturno. Una scoperta inaspettata era che Io orbitava dentro una nuvola di idrogeno estesa per 805.000 km, con un’altezza e una larghezza di 402.000 km. Una minore nuvola di 110.000 km si pensò sarebbe stata rilevata vicino Europa. Al momento dell’approccio più vicino la velocità della sonda era di 132.000 km/h. La sonda arrivò a 132.252 km di distanza dall’atmosfera superiore di Giove. Immagini della Grande Macchia Rossa e del terminatore vennero ottenute. Le comunicazioni vennero interrotte quando essa passò dietro il pianeta. I dati dell’occultazione radio permisero l’identificazione della temperatura dell’atmosfera superiore mostrando un’inversione di temperatura tra le altitudini con 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 infrarossa del pianeta la quale confermò l’idea che il pianeta radiasse più calore di quanto ricevuto dal Sole. Immagini crescenti del pianeta ritornarono durante l’allontanamento del pianeta. Mentre si dirigeva verso l’esterno, la sonda passò nuovamente il bow shock della magnetosfera gioviana. Poiché questo fronte è sempre in movimento nello spazio a causa della sua interazione dinamica con il vento solare, il veicolo ha attraversato il bow shock per un totale di 17 volte prima di uscirne completamente.

Spazio profondo[modifica | modifica wikitesto]

Il Pioneer 10 superò 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 al momento, e quindi divenne il primo oggetto costruito dall’uomo ad uscire dal Sistema Solare. La missione finì ufficialmente il 31 marzo 1997 quando raggiunse una distanza di 67 UA dal Sole, anche se il veicolo spaziale era ancora in grado di trasmettere dati coerenti dopo tale data. Analisi sul tracciamento dei dati radio dal Pioneer 10 e 11 a distanze tra 20 e 70 UA dal Sole indicò un debole ma anomalo attrito di frequenza Doppler. L’attrito può essere interpretato come una costante accelerazione di (8.74 ± 1.33) × 10−10 m/s2 diretta verso il Sole. Anche se si sospetta ci sia un'origine sistematica dell'effetto, non è stato trovato nulla. Come risultato , vi è interesse sostenuto nella natura di questa cosiddetta "Anomalia del Pioneer". Un’avanzata analisi dei dati di missione di Slava Turyshev e colleghi ha determinato la fonte dell'anomalia essere la radiazione termica asimmetrica. Nel mese di luglio 2012, l’anomalia del Pioneer è stata spiegata come una forza di rinculo termico (fuga di calore) che agisce sulla faccia opposta al Sole dei Pioneer. Dopo il 31 marzo 1997 il debole segnale del Pioneer 10 ha continuato ad essere seguito dal Deep Space Network per aiutare la formazione dei controllori di volo nel processo di acquisizione di segnali radio nello spazio profondo. C'è stato uno studio Advanced Concepts applicando la teoria del caos per estrarre dati coerenti dalla dissolvenza del segnale. L'ultima ricezione di telemetria riuscita è stata ricevuta dal Pioneer 10 il 27 aprile 2002; segnali successivi erano appena sufficienti per essere rilevati, e non hanno fornito dati utilizzabili. L’ultimo segnale ricevuto dal Pioneer 10 è stato ricevuto il 23 gennaio 2003, quando era a 12 miliardi km (80 UA) dalla Terra. Ulteriori tentativi per contattare la navicella non hanno avuto successo. Un ultimo tentativo è stato fatto la sera del 4 marzo del 2006, l'ultima volta in cui l'antenna sarebbe stata allineata correttamente con la Terra. Nessuna risposta è pervenuta dal Pioneer 10. La NASA ha concluse che le unità RTG fossero probabilmente scese sotto la soglia di potenza necessaria al funzionamento del trasmettitore. Quindi non sono stati effettuati ulteriori tentativi di contatto. 

Cronologia della missione[modifica | modifica wikitesto]

Data

Evento

1972-03-03

Lancio

1972-06-

Attraversamento dell’orbita di Marte.

1972-07-15

Entrata nella fascia degli asteroidi.

1972-07-15

Inizio fase osservativa di Giove.

Data

Evento

1973-12-03

Incontro con il sistema gioviano

12:26:00

Flyby di Callisto a 1,392,300 km

13:56:00

Flyby di Ganimede a 446,250 km

19:26:00

Flyby di Europa a 321,000 km

22:56:00

Flyby di Io a 357,000 km

1973-12-04

02:26:00

Approccio a Giove più vicino a 200,000 km

02:36:00

Attraversamento piano equatoriale di Giove

02:41:45

Inizio occultazione di Io

02:43:16

Fine occultazione di Io

03:42:25

Inizio occultazione di Giove

03:42:25

Entrata nell’ombra di Giove

04:15:35

Uscita occultazione di Giove

04:47:21

Uscita dall’ombra di Giove

1974-01-01

Fine della fase.

1974-01-01

Inizio della Pioneer Interstellar Mission.

Altro

1975-02-10

Esce un francobollo commemorative del Pioneer 10.

1983-04-25

Superamento orbita di Plutone, ancora definite come un pianeta al momento (l’orbita irregolare di Plutone lo porta ad essere più vicino al Sole rispetto a Nettuno.

1983-06-13

Superamento dell’orbita di Nettuno, il pianeta più lontano dal Sole al momento, diventando il primo oggetto costruito dall’uomo ad uscire dal Sistema Solare. Componendo 1-900-410-4111 , si potrebbe accedere a una registrazione fornita da TRW che è stata fatta rallentando e convertendo i dati del Pioneer 10 in suoni analogici.

1997-03-31

Fine della missione. Il contatto è mantenuto per registrar la telemetria della sonda.

1998-02-17

La Voyager 1 supera il Pioneer 10 divenendo l’oggetto più distante dal Sole a 69,419 UA. Il Voyager 1 si sta allontanando dal Sole ad una velocità maggiore di 1 UA all’anno rispetto al Pioneer 10.

2002-03-02

Ricezione della telemetria con successo. 39 minuti di dati vennero ricevuti ad una distanza di 79.83 UA dal Sole.

2002-04-27

Ultima ricezione telemetrica con successo. 33 minuti di dati ricevuti a una distanza di 80,22 UA.

2003-01-23

Ultimo segnale ricevuto dalla sonda. Ricezione veramente debole e segnali seguenti difficilmente recuperati.

2003-02-07

Tentativo di contattare la sonda fallito

2005-12-30

Pioneer 10 a una distanza di 89,7 UA, viaggiando ad una velocità di 12,51 km/s

2009-10-

Pioneer 10 raggiunge 100 UA. A questo punto, la sonda è a circa 271.000 UA dalla stella più vicina, Proxima Centauri

Stato attuale[modifica | modifica wikitesto]

Il francobollo commemorativo
La traiettoria della sonda nel 2012

Il 9 settembre 2012 il Pioneer 10 si trovava a 106,696 UA dalla Terra e a 106,676 UA dal Sole, viaggiando a 12,037 km/s cioè 2,539 UA per anno. La luce solare impiega 14,79 ore a raggiungere la sonda. La luminosità del Sole ha un magnitudo di 16,6. Il Pioneer 10 prosegue il suo viaggio in direzione della costellazione del Toro. La sua traiettoria lo porterà ad avvicinarsi alla stella Aldebaran, attualmente ad una distanza di 68 anni luce dal Sole. Se la stella non avesse velocità relativa, il Pioneer 10 impiegherebbe circa 2 milioni di anni per raggiungerla. Un’unità di backup, Pioneer H, è attualmente in mostra nel Milestones Of Flights del National Air and Space Museum in Washington, D.C. Molti elementi della missione furono critici per lo sviluppo delle Voyager.

Film ufficiale della missione[modifica | modifica wikitesto]

Jupiter Odyssey, il film ufficiale della missione fatto dall’Ames Research Center per i Pioneer 10 e 11, è stato prodotto da George Van Valkenburg Productions, e guadagnò numerosi premi internazionali, incluso un Golden Eagle dal Council negli International Nontheatrical Events del 1975.

Note[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Programma Pioneer
Pioneer 11 at Saturn
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  1. ^ Pioneer 10 Launch information