El 1967 les sondes Pioneer F i G van ser transferides des de la divisió de ciència solar de la NASA a la de ciència planetària i el seu projecte es va fusionar amb la Galactic Jupiter Probe. Així, les Pioneer F i G visitarien Júpiter i estarien dotades de RTGs en comptes de panells solars. El 8 de febrer de 1969 el nou projecte Pioneer Jupiter va ser aprovat formalment amb dos objectius científics prioritaris: Determinar el perill que comportava el pas pel cinturó d'asteroides (de cara a futures missions) i estudiar el propi planeta Júpiter. Els investigadors sospitaven que Júpiter estava envoltat de potents cinturons de radiació i ningú volia arriscar-se a enviar una sonda més complexa sense saber prèviament el risc que existia realment. El contractista principal del projecte seria l'empresa TRW Systems i les sondes serien construïdes a la planta de Redondo Beach, a Califòrnia.
2. LES NAUS
Les Pioneer F i G eren unes petites naus d'uns 258 kg de pes i 2,9 metres d'alçada. La seva estructura estava dominada per una gran antena d'alt guany de 2,74 metres de diàmetre acoplada a un cos central de forma hexagonal d'1,42 metres d'amplada i 33,5 cm d'alçada. A diferència de les naus Voyager que serien llançades uns anys després, les Pioneer estaven estabilitzades mitjançant gir, el que simplificava el seu disseny a canvi de complicar el procés de presa de dades per part dels instruments d'abord (imagineu la dificultat de prendre dades o fer fotografies d'un objecte determinat mentre no pares de girar...). Per a garantir la seva estabilitat, doncs, la nau giraria contínuament sobre el seu eix a 4,8 revolucions per minut. L'interior de la nau es mantindria a una temperatura d'entre 23 i 38 ºC.
Dins del cos hexagonal es trobava el tanc principal de combustible, amb 27 kg d'hidrazina. El sistema de direcció i maniobra estava compost per tres parells de propulsors. L'orientació quedava a càrrec d'un sensor estel·lar centrat en l'estrella Canopus i dos sensors solars. La memòria de la nau o DSU (Data Storage Unit) era un primitiu disc dur de 49152 bits (no arribava a 50 K), però que no estava gens malament per a l'època...
Quatre RTGs (Generadors de Radioisòtops) de Plutoni-238 serien els encarregats de generar l'electricitat necessària per al funcionament de la nau. Gràcies a ells, les Pioneer passarien a la història com les primeres sondes interplanetàries equipades amb bateries nuclears. Els RTGs estaven situats en parelles, a l'extrem de dos pals desplegables separats entre si en un angle de 120 º i situats a una distància de 3 metres del centre de la nau: Això era un intent de minimitzar la dosi de radiació que pogués arribar a la resta de la sonda, sobretot als seus delicats instruments. Un tercer pal, de 6,6 metres de llarg, sortia de la nau aguantant el magnetòmetre a l'extrem.
3. LES COMUNICACIONS
Per a les comunicacions s'utilitzarien l'anteriorment esmentada antena d'alt guany, una antena de mig guany situada sobre l'anterior, en un suport de tres potes, i una antena de baix guany que sobresortia 76 cm per la part posterior de la nau, aquesta última a utilitzar durant la fase inicial de la missió. La freqüència de comunicacions Terra-nau era de 2110 MHz, mentre que la freqüència del senyal provinent de la sonda era de 2292 MHz. Les dades s'enviaven a 2048 bps durant la trobada amb Júpiter i a tan sols 16 bps en finalitzar la seva missió. Un sistema anomenat CONSCAN (Conical Scan) s'assegurava que l'eix de l'antena no es desviés més de 0,3 graus de la direcció òptima cap a la Terra. Un aspecte que sovint ens passa desapercebut és que a les sondes espacials l'antena parabòlica ha d'estar sempre mirant cap a la Terra, és a dir, que la nau avança per l'espai amb l'antena a la part del darrera i no a l'inrevés, com moltes il·lustracions ens podrien fer pensar.
4. ELS INSTRUMENTS
Les Pioneer estaven dotades d'onze instruments científics (alguns sistemes funcionaven com diversos instruments alhora). El més important de cara al públic seria l'IPP (Imaging Photopolarimeter), encarregat de prendre les primeres imatges de Júpiter i Saturn a curta distància. Això sí, no era una càmera de televisió, sinó un instrument molt més modest. L'òptica estava formada per un petit telescopi de tipus Maksutov de 2,54 cm de diàmetre amb un camp de visió de 0,0028º quadrats que podia girar 151º respecte a la nau. El format de telemetria de 6 bits només obtenia imatges monocromes amb 64 tons de gris i cada fotografia s'obtenia aprofitant la rotació de la nau, la qual cosa permetia a l'IPP captar una imatge d'un 14è de longitud. Posteriorment, el telescopi es desviava lleugerament mentre la imatge s'emmagatzemava en la memòria en menys de 12 segons, el temps que trigava la sonda a girar sobre si mateixa. Quan l'IPP tornava a apuntar a l'objectiu, prenia una altra imatge de 14º. El procés es repetia fins a formar la imatge definitiva. Un sistema alternatiu que es faria servir a les proximitats de Júpiter i Saturn seria emprar el moviment relatiu del planeta en el camp de visió de l'IPP per a crear la imatge. L'IPP portava dos filtres, un de blau i un altre verd.
Per la seva banda, el fotòmetre ultravioleta mesuraria la llum emesa per l'hidrogen i l'heli de l'atmosfera de Júpiter, mentre que el radiòmetre infraroig observaria la calor emesa per Júpiter i Saturn en dues regions de l'infraroig (14-25 i 25-56 micres) mitjançant un petit telescopi. Un altre instrument era el magnetòmetre, situat a l'extrem del pal de 6,6 metres: Era capaç de detectar des de camps magnètics febles d'una 10 milionèsima de Gauss fins a camps de 1,4 Gauss. L'experiment per el vent solar i l'heliosfera seria capaç d'analitzar partícules carregades amb energies d'entre 0,1 i 8 keV en el mode d'alta resolució o d'entre 0,1 i 18 keV en mode de poca resolució. El detector de partícules carregades complementaria l'experiment anterior i podria mesurar la composició dels raigs còsmics i partícules energètiques amb energies d'1 a 500 MeV, a més de detectar els protons i nuclis d'heli amb energies de 0,4 a 10 MeV. Un altre experiment semblant (Energy Spectra of Cosmic Rays) també estaria dedicat als rajos còsmics. El següent instrument tenia per objectiu detectar les partícules carregades en el sistema jovià i consistia en set detectors Geiger-Mueller capaços de detectar protons amb energies superiors als 5 MeV i electrons de 2-50 MeV. Els cinturons de radiació de Júpiter s'estudiarien amb un altre instrument format per un comptador Cherenkov.
5. EL MISSATGE
L'escriptor Eric Burgess va ser el primer a proposar que les dues sondes Pioneer portessin un missatge de cara a una possible civilització extraterrestre. La idea era crear un missatge que pogués desxifrar una raça intel·ligent en l'improbable cas que trobessin les Pioneer enmig del buit interestel·lar, d'aquí molts milions d'anys. Burgess va parlar-ne amb el periodista Don Bane i tots dos van dirigir-se a l'astrònom Carl Sagan. Sagan va quedar entusiasmat amb el projecte i va pressionar insistentment a la NASA perquè s'inclogués el missatge a les sondes.
Carl Sagan i Frank Drake (el de la famosa equació) van concebre un missatge que fos el més neutral i objectiu possible, mentre que Linda Salzman (esposa de Sagan) es va encarregar del disseny artístic. La NASA va aprovar el disseny del missatge, una decisió que no va estar exempta de polèmiques, des de qüestions puritanes a grotescos temors d'invasions extraterrestres. A més, molts científics de primer nivell als quals se'ls va presentar la placa no van ser capaços de desxifrar-la. Malgrat tot, les plaques foren col·locades. Es van subjectar als suports de sota les antenes, per a protegir-les de les radiacions de l'espai interestel·lar.
El missatge està protagonitzat per les figures nues d'un home i una dona posant davant d'una representació estilitzada de la Pioneer, per tal de donar una idea de l'escala. La longitud d'ona de l'hidrogen (21 cm aproximadament) multiplicada pel nombre binari que representa la xifra '8' dibuixada al costat de la dona ens dóna l'altura de la mateixa. L'home apareix aixecant la mà dreta en senyal de pau i, almenys en teoria, demostrant així que els humans posseïm extremitats mòbils. A la part inferior apareix una representació del Sistema Solar, on s'assenyala la Terra com el lloc originari de la sonda. A la part esquerra hi ha el missatge principal, que no és altra cosa que la posició del Sol respecte a 14 púlsars de la Via Làctia, cadascun d'ells amb la seva freqüència de rotació expressada en binari. Les distàncies i freqüències s'expressen com a múltiples de la transició hiperfina de l'àtom d'hidrogen neutre (1420 MHz), i per això s'inclou un esquema d'aquesta transició a la part superior esquerra de la placa. Una civilització intel·ligent hauria de deduir que les xifres que apareixen al costat dels púlsars representen temps, i així podran calcular no tan sols "on" sinó també "quan" va ser llençada la sonda.
Tot això, evidentment, té més de simbòlic que de real. És pràcticament impossible que mai ningú trobi aquestes sondes enmig de la immensitat de l'espai. En tot cas, serem nosaltres mateixos els qui les retrobem d'aquí uns pocs segles, quan arribem a disposar de naus espacials capaces de viatjar en poc temps a les immediacions del nostre Sistema Solar. A la seva velocitat actual, les Pioneer trigaran milenis a recòrrer el primer any-llum...
6. LA PIONEER 10
El 2 de març de 1972 un coet Atlas-Centaur es va enlairar de Cap Canyaveral amb la primera sonda destinada a estudiar els planetes exteriors. Per aquelles coses dels americans, només quan va ser a l'espai la Pioneer F es va convertir oficialment en la Pioneer 10. La nau va desplegar les seves antenes i els pals amb els RTG, reduint la seva velocitat de gir gràcies al principi de conservació del moment angular. L'ordinador d'abord va ordenar a la sonda canviar la seva orientació per tal que l'antena apuntés cap a la Terra. La sonda anava tan ràpid que va sobrepassar l'òrbita lunar en tot just 11 hores, tot i que encara no havia assolit la velocitat d'escapament del Sistema Solar. Dos dies després de l'enlairament es va activar el sensor de raigs còsmics, seguit poc després per la resta d'instruments. La Pioneer 10 ja era en ruta cap a Júpiter!
La trajectòria havia estat escollida de tal manera que la data d'arribada a Júpiter no pertorbés el desenvolupament de la missió Mariner 10, optimitzant a més les hores de recepció de les diferents antenes de la xarxa d'espai profund (DSN) de la NASA. Per aquest motiu, el 7 de març es va dur a terme una petita correcció de velocitat de tan sols 50,4 km/h per a modificar l'hora d'arribada al sistema jovià. Durant la primera fase de la missió la nau es va encarregar d'estudiar la llum zodiacal (la brillantor provocat per la llum reflectida en milions de partícules de cometes i asteroides que suren pel pla de l'eclíptica) i, en concret, la llum Gegenschein. La Pioneer 10 va demostrar que el Gegenschein era un fenomen real associat a la llum zodiacal i que no estava provocat per partícules situades a prop de la Terra. Pocs mesos després, en creuar l'òrbita de Mart, la sonda es va internar en territori desconegut: Mai cap nau havia anat tan lluny...
El 15 de juliol de 1972, la Pioneer 10 va entrar oficialment al cinturó d'asteroides. Ningú esperava un xoc catastròfic amb un asteroide: Al contrari del que el cinema ens vol fer creure, la densitat d'objectes dins del cinturó d'asteroides és increïblement baixa. De fet, el més a prop que va estar la Pioneer 10 d'un asteroide catalogat van ser uns 8,8 milions de quilòmetres. Els investigadors però, no sabien la densitat de micropartícules de pols que podria haver en aquella zona. Una sola partícula lleugerament més gran que la mitjana podia deixar fora de servei la sonda. A més, sempre hi havia la possibilitat que els models teòrics del Sistema Solar que es feien servir en aquells dies estiguessin totalment equivocats. Per tant, un dels objectius primordials de la missió era determinar la seguretat del pas pel cinturó d'asteroides, de cara a futures exploracions. La Pioneer 10 estava fent història!
I al febrer de 1973 la sonda va sortir del cinturó d'asteroides sense cap esgarrinxada. O més ben dit, intacta, perquè sí que va rebre alguns impactes sense importància de partícules de pols interplanetària. El sensor de micrometeors havia detectat 55 impactes amb la nau, però la densitat mitjana semblava ser constant durant tota la trajectòria. El cinturó d'asteroides no presentava cap perill per a l'exploració futura del Sistema Solar!
La Pioneer 10 va continuar la seva ruta fins a Júpiter i el 8 de novembre va travessar l'òrbita de Sinope, en aquells dies el satèl·lit més exterior de Júpiter conegut. La nau ja era oficialment dins del sistema jovià. El 6 de novembre la sonda va començar a transmetre imatges. Inicialment es van transmetre 12 imatges preses amb els filtres vermell i blau. Per a generar una tercera imatge de color verd i poder crear així fotografies a color es va usar el sistema PICS (Pioneer Image Converter System). La utilitat científica de les imatges creades per aquest sistema era més aviat nul·la (si 'inventes' una imatge en un color estàs fent trampa!), però va permetre que el públic s'interessés per la missió. La NASA es va encarregar de difondre les imatges amb una celeritat inusitada en aquella època, gairebé a 'temps real' (almenys, el més semblant a 'temps real' que hi havia abans d'internet), un esforç de comunicació que va arribar a ser recompensat amb un premi EMMY. El 26 de novembre la nau es va endinsar en l'ona de xoc de la magnetosfera joviana i l'1 de desembre va penetrar en el camp magnètic de Júpiter pròpiament dit. Com s'esperava, aquest era molt més gran i intens que el terrestre. En realitat, si fos visible a simple vista, des de la Terra... tindria la mida de la Lluna plena! Es va haver d'esperar al 2 de desembre per a que la qualitat de les fotografies superés a l'obtinguda pels telescopis terrestres (que en aquells dies tampoc eren gran cosa).
 | ||
Les Pioneer F i G eren unes petites naus d'uns 258 kg de pes i 2,9 metres d'alçada. La seva estructura estava dominada per una gran antena d'alt guany de 2,74 metres de diàmetre acoplada a un cos central de forma hexagonal d'1,42 metres d'amplada i 33,5 cm d'alçada. A diferència de les naus Voyager que serien llançades uns anys després, les Pioneer estaven estabilitzades mitjançant gir, el que simplificava el seu disseny a canvi de complicar el procés de presa de dades per part dels instruments d'abord (imagineu la dificultat de prendre dades o fer fotografies d'un objecte determinat mentre no pares de girar...). Per a garantir la seva estabilitat, doncs, la nau giraria contínuament sobre el seu eix a 4,8 revolucions per minut. L'interior de la nau es mantindria a una temperatura d'entre 23 i 38 ºC.
Dins del cos hexagonal es trobava el tanc principal de combustible, amb 27 kg d'hidrazina. El sistema de direcció i maniobra estava compost per tres parells de propulsors. L'orientació quedava a càrrec d'un sensor estel·lar centrat en l'estrella Canopus i dos sensors solars. La memòria de la nau o DSU (Data Storage Unit) era un primitiu disc dur de 49152 bits (no arribava a 50 K), però que no estava gens malament per a l'època...
 |
| La Pioneer 10, en construcció |
Quatre RTGs (Generadors de Radioisòtops) de Plutoni-238 serien els encarregats de generar l'electricitat necessària per al funcionament de la nau. Gràcies a ells, les Pioneer passarien a la història com les primeres sondes interplanetàries equipades amb bateries nuclears. Els RTGs estaven situats en parelles, a l'extrem de dos pals desplegables separats entre si en un angle de 120 º i situats a una distància de 3 metres del centre de la nau: Això era un intent de minimitzar la dosi de radiació que pogués arribar a la resta de la sonda, sobretot als seus delicats instruments. Un tercer pal, de 6,6 metres de llarg, sortia de la nau aguantant el magnetòmetre a l'extrem.
 |
| La Pioneer 11, a punt per al llançament |
3. LES COMUNICACIONS
Per a les comunicacions s'utilitzarien l'anteriorment esmentada antena d'alt guany, una antena de mig guany situada sobre l'anterior, en un suport de tres potes, i una antena de baix guany que sobresortia 76 cm per la part posterior de la nau, aquesta última a utilitzar durant la fase inicial de la missió. La freqüència de comunicacions Terra-nau era de 2110 MHz, mentre que la freqüència del senyal provinent de la sonda era de 2292 MHz. Les dades s'enviaven a 2048 bps durant la trobada amb Júpiter i a tan sols 16 bps en finalitzar la seva missió. Un sistema anomenat CONSCAN (Conical Scan) s'assegurava que l'eix de l'antena no es desviés més de 0,3 graus de la direcció òptima cap a la Terra. Un aspecte que sovint ens passa desapercebut és que a les sondes espacials l'antena parabòlica ha d'estar sempre mirant cap a la Terra, és a dir, que la nau avança per l'espai amb l'antena a la part del darrera i no a l'inrevés, com moltes il·lustracions ens podrien fer pensar.
4. ELS INSTRUMENTS
Les Pioneer estaven dotades d'onze instruments científics (alguns sistemes funcionaven com diversos instruments alhora). El més important de cara al públic seria l'IPP (Imaging Photopolarimeter), encarregat de prendre les primeres imatges de Júpiter i Saturn a curta distància. Això sí, no era una càmera de televisió, sinó un instrument molt més modest. L'òptica estava formada per un petit telescopi de tipus Maksutov de 2,54 cm de diàmetre amb un camp de visió de 0,0028º quadrats que podia girar 151º respecte a la nau. El format de telemetria de 6 bits només obtenia imatges monocromes amb 64 tons de gris i cada fotografia s'obtenia aprofitant la rotació de la nau, la qual cosa permetia a l'IPP captar una imatge d'un 14è de longitud. Posteriorment, el telescopi es desviava lleugerament mentre la imatge s'emmagatzemava en la memòria en menys de 12 segons, el temps que trigava la sonda a girar sobre si mateixa. Quan l'IPP tornava a apuntar a l'objectiu, prenia una altra imatge de 14º. El procés es repetia fins a formar la imatge definitiva. Un sistema alternatiu que es faria servir a les proximitats de Júpiter i Saturn seria emprar el moviment relatiu del planeta en el camp de visió de l'IPP per a crear la imatge. L'IPP portava dos filtres, un de blau i un altre verd.
 |
| La càmera (IPP) de les Pioneer |
Per la seva banda, el fotòmetre ultravioleta mesuraria la llum emesa per l'hidrogen i l'heli de l'atmosfera de Júpiter, mentre que el radiòmetre infraroig observaria la calor emesa per Júpiter i Saturn en dues regions de l'infraroig (14-25 i 25-56 micres) mitjançant un petit telescopi. Un altre instrument era el magnetòmetre, situat a l'extrem del pal de 6,6 metres: Era capaç de detectar des de camps magnètics febles d'una 10 milionèsima de Gauss fins a camps de 1,4 Gauss. L'experiment per el vent solar i l'heliosfera seria capaç d'analitzar partícules carregades amb energies d'entre 0,1 i 8 keV en el mode d'alta resolució o d'entre 0,1 i 18 keV en mode de poca resolució. El detector de partícules carregades complementaria l'experiment anterior i podria mesurar la composició dels raigs còsmics i partícules energètiques amb energies d'1 a 500 MeV, a més de detectar els protons i nuclis d'heli amb energies de 0,4 a 10 MeV. Un altre experiment semblant (Energy Spectra of Cosmic Rays) també estaria dedicat als rajos còsmics. El següent instrument tenia per objectiu detectar les partícules carregades en el sistema jovià i consistia en set detectors Geiger-Mueller capaços de detectar protons amb energies superiors als 5 MeV i electrons de 2-50 MeV. Els cinturons de radiació de Júpiter s'estudiarien amb un altre instrument format per un comptador Cherenkov.
Les Pioneer també portaven quatre telescopis de 20 cm de diàmetre connectats a tubs fotomultiplicadors capaços de detectar la llum reflectida per asteroides o partícules de grans dimensions mentre les naus passaven pel cinturó d'asteroides. I és que determinar les característiques del cinturó era una de les prioritats de la missió, per això que les sondes incorporessin dos detectors de micrometeors situats en la direcció d'avançament de la nau. El detector estava format per 13 cel·les farcides de nitrogen i argó. Si una partícula perforava una de les cel·les, es podria saber la seva grandària mesurant el ritme de buidatge de cada cel·la. Les cel·les de la Pioneer F podien detectar partícules d'una milionèsima de gram com a mínim, però les de la Pioneer G tenien menor sensibilitat.
5. EL MISSATGE
L'escriptor Eric Burgess va ser el primer a proposar que les dues sondes Pioneer portessin un missatge de cara a una possible civilització extraterrestre. La idea era crear un missatge que pogués desxifrar una raça intel·ligent en l'improbable cas que trobessin les Pioneer enmig del buit interestel·lar, d'aquí molts milions d'anys. Burgess va parlar-ne amb el periodista Don Bane i tots dos van dirigir-se a l'astrònom Carl Sagan. Sagan va quedar entusiasmat amb el projecte i va pressionar insistentment a la NASA perquè s'inclogués el missatge a les sondes.
Carl Sagan i Frank Drake (el de la famosa equació) van concebre un missatge que fos el més neutral i objectiu possible, mentre que Linda Salzman (esposa de Sagan) es va encarregar del disseny artístic. La NASA va aprovar el disseny del missatge, una decisió que no va estar exempta de polèmiques, des de qüestions puritanes a grotescos temors d'invasions extraterrestres. A més, molts científics de primer nivell als quals se'ls va presentar la placa no van ser capaços de desxifrar-la. Malgrat tot, les plaques foren col·locades. Es van subjectar als suports de sota les antenes, per a protegir-les de les radiacions de l'espai interestel·lar.
El missatge està protagonitzat per les figures nues d'un home i una dona posant davant d'una representació estilitzada de la Pioneer, per tal de donar una idea de l'escala. La longitud d'ona de l'hidrogen (21 cm aproximadament) multiplicada pel nombre binari que representa la xifra '8' dibuixada al costat de la dona ens dóna l'altura de la mateixa. L'home apareix aixecant la mà dreta en senyal de pau i, almenys en teoria, demostrant així que els humans posseïm extremitats mòbils. A la part inferior apareix una representació del Sistema Solar, on s'assenyala la Terra com el lloc originari de la sonda. A la part esquerra hi ha el missatge principal, que no és altra cosa que la posició del Sol respecte a 14 púlsars de la Via Làctia, cadascun d'ells amb la seva freqüència de rotació expressada en binari. Les distàncies i freqüències s'expressen com a múltiples de la transició hiperfina de l'àtom d'hidrogen neutre (1420 MHz), i per això s'inclou un esquema d'aquesta transició a la part superior esquerra de la placa. Una civilització intel·ligent hauria de deduir que les xifres que apareixen al costat dels púlsars representen temps, i així podran calcular no tan sols "on" sinó també "quan" va ser llençada la sonda.
Tot això, evidentment, té més de simbòlic que de real. És pràcticament impossible que mai ningú trobi aquestes sondes enmig de la immensitat de l'espai. En tot cas, serem nosaltres mateixos els qui les retrobem d'aquí uns pocs segles, quan arribem a disposar de naus espacials capaces de viatjar en poc temps a les immediacions del nostre Sistema Solar. A la seva velocitat actual, les Pioneer trigaran milenis a recòrrer el primer any-llum...
 |
| La placa de les Pioneer |
6. LA PIONEER 10
El 2 de març de 1972 un coet Atlas-Centaur es va enlairar de Cap Canyaveral amb la primera sonda destinada a estudiar els planetes exteriors. Per aquelles coses dels americans, només quan va ser a l'espai la Pioneer F es va convertir oficialment en la Pioneer 10. La nau va desplegar les seves antenes i els pals amb els RTG, reduint la seva velocitat de gir gràcies al principi de conservació del moment angular. L'ordinador d'abord va ordenar a la sonda canviar la seva orientació per tal que l'antena apuntés cap a la Terra. La sonda anava tan ràpid que va sobrepassar l'òrbita lunar en tot just 11 hores, tot i que encara no havia assolit la velocitat d'escapament del Sistema Solar. Dos dies després de l'enlairament es va activar el sensor de raigs còsmics, seguit poc després per la resta d'instruments. La Pioneer 10 ja era en ruta cap a Júpiter!
La trajectòria havia estat escollida de tal manera que la data d'arribada a Júpiter no pertorbés el desenvolupament de la missió Mariner 10, optimitzant a més les hores de recepció de les diferents antenes de la xarxa d'espai profund (DSN) de la NASA. Per aquest motiu, el 7 de març es va dur a terme una petita correcció de velocitat de tan sols 50,4 km/h per a modificar l'hora d'arribada al sistema jovià. Durant la primera fase de la missió la nau es va encarregar d'estudiar la llum zodiacal (la brillantor provocat per la llum reflectida en milions de partícules de cometes i asteroides que suren pel pla de l'eclíptica) i, en concret, la llum Gegenschein. La Pioneer 10 va demostrar que el Gegenschein era un fenomen real associat a la llum zodiacal i que no estava provocat per partícules situades a prop de la Terra. Pocs mesos després, en creuar l'òrbita de Mart, la sonda es va internar en territori desconegut: Mai cap nau havia anat tan lluny...
 |
| Trajectòria de la Pioneer 10 |
El 15 de juliol de 1972, la Pioneer 10 va entrar oficialment al cinturó d'asteroides. Ningú esperava un xoc catastròfic amb un asteroide: Al contrari del que el cinema ens vol fer creure, la densitat d'objectes dins del cinturó d'asteroides és increïblement baixa. De fet, el més a prop que va estar la Pioneer 10 d'un asteroide catalogat van ser uns 8,8 milions de quilòmetres. Els investigadors però, no sabien la densitat de micropartícules de pols que podria haver en aquella zona. Una sola partícula lleugerament més gran que la mitjana podia deixar fora de servei la sonda. A més, sempre hi havia la possibilitat que els models teòrics del Sistema Solar que es feien servir en aquells dies estiguessin totalment equivocats. Per tant, un dels objectius primordials de la missió era determinar la seguretat del pas pel cinturó d'asteroides, de cara a futures exploracions. La Pioneer 10 estava fent història!
I al febrer de 1973 la sonda va sortir del cinturó d'asteroides sense cap esgarrinxada. O més ben dit, intacta, perquè sí que va rebre alguns impactes sense importància de partícules de pols interplanetària. El sensor de micrometeors havia detectat 55 impactes amb la nau, però la densitat mitjana semblava ser constant durant tota la trajectòria. El cinturó d'asteroides no presentava cap perill per a l'exploració futura del Sistema Solar!
La Pioneer 10 va continuar la seva ruta fins a Júpiter i el 8 de novembre va travessar l'òrbita de Sinope, en aquells dies el satèl·lit més exterior de Júpiter conegut. La nau ja era oficialment dins del sistema jovià. El 6 de novembre la sonda va començar a transmetre imatges. Inicialment es van transmetre 12 imatges preses amb els filtres vermell i blau. Per a generar una tercera imatge de color verd i poder crear així fotografies a color es va usar el sistema PICS (Pioneer Image Converter System). La utilitat científica de les imatges creades per aquest sistema era més aviat nul·la (si 'inventes' una imatge en un color estàs fent trampa!), però va permetre que el públic s'interessés per la missió. La NASA es va encarregar de difondre les imatges amb una celeritat inusitada en aquella època, gairebé a 'temps real' (almenys, el més semblant a 'temps real' que hi havia abans d'internet), un esforç de comunicació que va arribar a ser recompensat amb un premi EMMY. El 26 de novembre la nau es va endinsar en l'ona de xoc de la magnetosfera joviana i l'1 de desembre va penetrar en el camp magnètic de Júpiter pròpiament dit. Com s'esperava, aquest era molt més gran i intens que el terrestre. En realitat, si fos visible a simple vista, des de la Terra... tindria la mida de la Lluna plena! Es va haver d'esperar al 2 de desembre per a que la qualitat de les fotografies superés a l'obtinguda pels telescopis terrestres (que en aquells dies tampoc eren gran cosa).
El 4 de desembre de 1973 a les la Pioneer 10 va passar a 132.252 kms de Júpiter. Ningú sabia del cert si la sonda resistiria els perillosos cinturons de radiació joviana, però ho va fer. No obstant això, la radiació va provocar errors puntuals en diversos sistemes i va saturar el fotopolarímetre, impedint que la sonda fotografiés Io, el satèl·lit situat just en un dels cinturons més letals. Les imatges de la resta de satèl·lits no eren precisament molt cridaneres. Les millors van ser les fotografies de Ganímedes preses a 750.000 quilòmetres de distància. Per sort, sis anys més tard arribarien les Voyager amb millors càmeres i instruments. 78 minuts després de la trobada, la nau es va internar darrera del disc de Júpiter vist des de la Terra. Com ja s'havia fet amb altres sondes, l'ocasió va ser aprofitada per a estudiar l'atmosfera mesurant l'atenuació del senyal de ràdio a mesura que la sonda s'ocultava darrera del planeta. Gràcies a aquest experiment, la Pioneer 10 va descobrir que els cinturons atmosfèrics de color fosc que caracteritzen Júpiter estaven a situats a menor alçada i posseïen una temperatura més elevada que les bandes de color clar. La sonda va prendre unes cinc-centes imatges de Júpiter, la majoria d'elles amb una qualitat molt pobre per als estàndards actuals. Tot i això, van permetre comprovar el moviment de rotació contrari a les agulles del rellotge de la Gran Taca Vermella, amb un període de sis dies i mig. La gravetat de Júpiter va accelerar la sonda a la tremenda velocitat de 132.000 km/h, aconseguint per primera vegada a la història la velocitat d'escapament del Sistema Solar. La Pioneer 10 ja no era un satèl·lit del Sol: La seva trajectòria la conduïa de forma irremeiable fora del Sistema Solar, cap a l'espai interestel·lar! El 1976 la sonda va superar l'òrbita de Saturn i el 1983 la de Neptú, en aquell moment més lluny del Sol que Plutó (ja en parlarem algun dia, de l'excèntrica òrbita de Plutó). Fins el 17 de febrer de 1998, la Pioneer 10 va ser l'objecte humà més llunyà mai construït: Aquell dia la va superar la Voyager 1, llençada uns anys més tard però molt més ràpida.
Després de 1997, la feble senyal de la Pioneer 10 va continuar sent rastrejada per la NASA com a part d'un nou concepte en l'estudi de la tecnologia de comunicacions basat a extreure missatges coherents usant la teoria del caos d'una senyal saturada de soroll. També va ser usada en l'entrenament de controladors de vol. La darrera recepció clara de telemetria va ser el 27 d'abril de 2002 i els senyals subsegüents a penes van ser detectables. L'increment de la distància i el desgast dels RTG eren ja definitius. L'última feble senyal de la Pioneer 10 va ser rebuda el 23 de gener de 2003, quan estava a 12000 milions de quilòmetres de la Terra...
Actualment la nau es dirigeix cap a l'estrella Aldebaran, en la constel·lació de Taure, a prop de la qual passarà d'aquí a 1.690.000 anys.
7. LA PIONEER 11, A JÚPITER
Mentre la Pioneer 10 es dirigia cap a Júpiter, la seva germana bessona esperava el seu torn per a viatjar a l'espai. La finestra de llançament de la Pioneer G s'obria el 5 d'abril de 1973. El coet es va enlairar aquell mateix dia, col·locant a l'ara anomenada oficialment Pioneer 11 en una trajectòria d'escapament pel que fa a la Terra. Durant unes hores la tensió va planar pel control de la missió mentre un dels pals dels RTGs no va voler desplegar-se correctament. Si el braç no es desplegava, la sonda no podria assolir la velocitat angular de rotació prevista i la missió podia donar-se per perduda. Afortunadament, el problema es va solucionar en poc temps usant els propulsors de la nau per a desencallar el braç malmés. La segona sonda no seria una simple repetició de la Pioneer 10: La Pioneer 11 havia de sobrevolar Júpiter, però realitzant una maniobra d'assistència gravitatòria que li permetria visitar Saturn el 1979. D'aquesta forma la Pioneer 11 aplanaria el camí a la futura missió Mariner Jupiter-Saturn (posteriorment coneguda com Voyager).
El 20 de març de 1974 la sonda va travessar el cinturó d'asteroides, registrant només vint impactes de micrometeors i confirmant així els resultats de la seva germana. Després del sobrevol de Júpiter per part de la Pioneer 10, la Pioneer 11 va realitzar una maniobra per a corregir la velocitat i passar així a una distància de Júpiter tres vegades inferior a la prevista. La Pioneer 10 havia demostrat que els cinturons de radiació de Júpiter, encara que perillosos, no suposaven un perill mortal. Però... què passaria si una nau s'apropava encara més? No era una pregunta retòrica: A més de l'interès científic, un sobrevol molt proper permetria augmentar l'eficiència de la maniobra d'assistència gravitatòria de forma significativa. A més, calia assegurar-se que les futures Voyager no experimentarien cap dany catastròfic durant la seva visita a Júpiter. Alguns membres de l'equip es van oposar a aquesta decisió, ja que consideraven massa arriscat posar en perill la trobada amb Saturn. Per a minimitzar el risc, la nau sobrevolaria Júpiter passant pels pols, reduint d'aquesta manera l'exposició a la radiació dels cinturons equatorials. Així, si la Pioneer 10 va ser la primera sonda a visitar Júpiter, la Pioneer 11 seria la primera que veiés les seves regions polars.
 |
| Júpiter, vist per la Pioneer 11 |
El 7 de novembre de 1974 la Pioneer 11 va passar la frontera del sistema jovià en travessar l'òrbita d'Hades (Sinope) i el dia 25 d'aquell mes va penetrar a l'enorme magnetosfera de Júpiter. Després d'obtenir dues-centes imatges dels satèl·lits galileans (una mica borroses), la Pioneer 11 es va ocultar darrera el disc de Júpiter abans d'arribar al màxim acostament al planeta. En aquesta ocasió, la interrupció de les comunicacions coincidiria amb el pas pels cinturons de radiació. Al control de la missió molts creien que mai tornarien a rebre un senyal de la nau. La Pioneer 11 va passar, el 3 de desembre de 1974, a només 42.760 quilòmetres de núvols de Júpiter, en silenci i fora del contacte amb les estacions terrestres. La sonda va reaparèixer 43 minuts després: Havia sobreviscut als temibles cinturons de radiació en gran part gràcies a l'enorme velocitat amb què els havia travessat, ni més ni menys que 171.000 km/h.
Com en el cas de la seva germana, l'assistència gravitatòria de Júpiter va canviar la trajectòria de la sonda. Però en aquest cas no la va situar en una trajectòria d'escapament del Sistema Solar, sinó en una òrbita solar amb una gran inclinació respecte a l'eclíptica: La nau va sortir disparada de Júpiter gairebé en sentit contrari a la seva trajectòria d'entrada! I així, la sonda podria visitar Saturn el 1979. El 2 i el 18 desembre de 1975 la nau va realitzar maniobres de correcció, seguides d'una altra el 26 de maig de 1976. A l'agost d'aquell any es va situar a una distància de 150 milions de quilòmetres (1 Unitat Astronòmica) per sobre del pla de l'eclíptica, esdevenint així la primera nau a sortir del plànol en el qual es mouen els planetes del Sistema Solar. I va quedar així en la ruta d'intercepció de Saturn, el senyor dels anells.
 |
| Trajectòria de la Pioneer 11 |
8. PER FI, SATURN!
A la NASA van discutir llargament la trajectòria a seguir quan la Pioneer 11 passès per Saturn. Els més agosarats proposaven fer passar la nau entre l'anell C -el més intern conegut aleshores- i el planeta, mentre que els més conservadors eren partidaris de sobrevolar el gegant anellat a major distància, fora de l'anell A. El descobriment de l'anell D, situat a la part interior de l'anell C, semblava haver segellat el destí de la Pioneer 11: creuar el petit espai existent entre aquest anell i el planeta semblava enormement arriscat. Però l'equip de la missió volia comprovar de primera mà si això era cert. No en va, també s'havia cregut que creuar el cinturó d'asteroides era perillós i no havia estat així. D'altra banda, la futura Voyager 2 hauria de passar lluny de Saturn si volia sobrevolar Urà, una opció que la NASA no havia aprovat encara de forma oficial. Per aquest motiu, molts eren partidaris d'un sobrevol llunyà per tal d'estudiar la hipotètica trajectòria de la Voyager 2. Això volia dir que el futur de la missió Voyager a Urà i Neptú depenia ara de la Pioneer 11...
L'1 de novembre de 1977 es va reunir l'equip de la missió i 13 dels 14 membres van decidir anar a per totes i arriscar-se, escollint el pas entre els anells i Saturn en contra de l'opinió dels peixos grossos de la NASA i de l'equip de la Voyager. Però de forma bastant inusual, la cúpula de la NASA va optar per vetar la decisió de l'equip i imposar una trobada a major distància. Els resultats científics serien menys interessants, però la missió Voyager a Urà i Neptú tindria més possibilitats de ser aprovada. El 13 de juliol de 1978 la Pioneer 11 va realitzar una maniobra per encarar la nova trajectòria. Faltava encara un any per arribar a Saturn i seria la primera vegada que la humanitat el podria veure de prop. Seria realment tan bonic com ens el mostraven els telescopis?
El 27 d'agost de 1979, la sonda va passar a 9,2 milions de quilòmetres de Febe, la lluna més externa de Saturn. El 31 d'agost, quan es trobava a 1,5 milions de quilòmetres del planeta, la nau es va endinsar a la magnetosfera de Saturn, demostrant per primera vegada la seva existència de forma directa (encara que ningú dubtava de la mateixa). L'1 de setembre a les 14:36 UTC, la Pioneer 11 va travessar el pla dels anells de Saturn a una distància segura i a les 16:31 UTC es va produir el màxim acostament al planeta, sobrevolant els núvols del pol sud del gegant anellat a 20.900 quilòmetres de distància mentre viatjava a 114.000 km / h. A les 18:24 UTC la Pioneer 11 va tornar a creuar el pla dels anells a 4000 quilòmetres de l'anell A, aquesta vegada en direcció nord. El sensor de micrometeors no va detectar cap augment destacable en la quantitat de partícules durant el pas pel pla dels anells i les dosis de radiació van resultar ser molt inferiors a les de Júpiter. Amb aquests resultats, la Voyager 2 tenia el camí lliure cap a Urà. Malauradament, es van perdre algunes dades per culpa del mal temps que regnava a les rodalies de l'antena d'Austràlia de la xarxa DSN de la NASA. A més, algunes dades enviades el 3 de setembre van patir les interferències del satèl·lit soviètic Kosmos 1124. No obstant això, es van obtenir 440 imatges de Saturn i els seus satèl·lits en total, encara que només Tità apareixia com una cosa més que un punt lluminós. Les fotografies van permetre confirmar l'existència del finíssim anell F i descobrir la lluna Epimeteu, tot i que la seva existència va haver de ser ratificada per les Voyager. La temperatura mitjana del planeta va resultar ser d'uns -180º C i l'atmosfera tot just presentava alguna característica visible, encara que paradoxalment la sonda va detectar evidències de vents molt més forts que els de Júpiter
Durant cert temps es va pensar en enviar
la Pioneer 11 cap Urà o fins i tot una altra vegada cap a Júpiter, però
la NASA va estimar que les probabilitats que els instruments seguissin
funcionant per llavors eren massa baixes. La trobada amb Saturn va
atorgar a la Pioneer 11 la velocitat suficient per escapar del Sistema
Solar, acompanyant així a la Pioneer 10 en la seva trajectòria cap a
l'espai interestel·lar, encara que amb una velocitat lleugerament
inferior. El 23 de febrer de 1990, la Pioneer 11 va creuar l'òrbita de Neptú, sent la quarta nau en fer-ho després de la Pioneer 10 i les dues Voyager.
9. INTERESTEL·LARS!
A la NASA van discutir llargament la trajectòria a seguir quan la Pioneer 11 passès per Saturn. Els més agosarats proposaven fer passar la nau entre l'anell C -el més intern conegut aleshores- i el planeta, mentre que els més conservadors eren partidaris de sobrevolar el gegant anellat a major distància, fora de l'anell A. El descobriment de l'anell D, situat a la part interior de l'anell C, semblava haver segellat el destí de la Pioneer 11: creuar el petit espai existent entre aquest anell i el planeta semblava enormement arriscat. Però l'equip de la missió volia comprovar de primera mà si això era cert. No en va, també s'havia cregut que creuar el cinturó d'asteroides era perillós i no havia estat així. D'altra banda, la futura Voyager 2 hauria de passar lluny de Saturn si volia sobrevolar Urà, una opció que la NASA no havia aprovat encara de forma oficial. Per aquest motiu, molts eren partidaris d'un sobrevol llunyà per tal d'estudiar la hipotètica trajectòria de la Voyager 2. Això volia dir que el futur de la missió Voyager a Urà i Neptú depenia ara de la Pioneer 11...
L'1 de novembre de 1977 es va reunir l'equip de la missió i 13 dels 14 membres van decidir anar a per totes i arriscar-se, escollint el pas entre els anells i Saturn en contra de l'opinió dels peixos grossos de la NASA i de l'equip de la Voyager. Però de forma bastant inusual, la cúpula de la NASA va optar per vetar la decisió de l'equip i imposar una trobada a major distància. Els resultats científics serien menys interessants, però la missió Voyager a Urà i Neptú tindria més possibilitats de ser aprovada. El 13 de juliol de 1978 la Pioneer 11 va realitzar una maniobra per encarar la nova trajectòria. Faltava encara un any per arribar a Saturn i seria la primera vegada que la humanitat el podria veure de prop. Seria realment tan bonic com ens el mostraven els telescopis?
 |
| Saturn, vist per la Pioneer 11 |
El 27 d'agost de 1979, la sonda va passar a 9,2 milions de quilòmetres de Febe, la lluna més externa de Saturn. El 31 d'agost, quan es trobava a 1,5 milions de quilòmetres del planeta, la nau es va endinsar a la magnetosfera de Saturn, demostrant per primera vegada la seva existència de forma directa (encara que ningú dubtava de la mateixa). L'1 de setembre a les 14:36 UTC, la Pioneer 11 va travessar el pla dels anells de Saturn a una distància segura i a les 16:31 UTC es va produir el màxim acostament al planeta, sobrevolant els núvols del pol sud del gegant anellat a 20.900 quilòmetres de distància mentre viatjava a 114.000 km / h. A les 18:24 UTC la Pioneer 11 va tornar a creuar el pla dels anells a 4000 quilòmetres de l'anell A, aquesta vegada en direcció nord. El sensor de micrometeors no va detectar cap augment destacable en la quantitat de partícules durant el pas pel pla dels anells i les dosis de radiació van resultar ser molt inferiors a les de Júpiter. Amb aquests resultats, la Voyager 2 tenia el camí lliure cap a Urà. Malauradament, es van perdre algunes dades per culpa del mal temps que regnava a les rodalies de l'antena d'Austràlia de la xarxa DSN de la NASA. A més, algunes dades enviades el 3 de setembre van patir les interferències del satèl·lit soviètic Kosmos 1124. No obstant això, es van obtenir 440 imatges de Saturn i els seus satèl·lits en total, encara que només Tità apareixia com una cosa més que un punt lluminós. Les fotografies van permetre confirmar l'existència del finíssim anell F i descobrir la lluna Epimeteu, tot i que la seva existència va haver de ser ratificada per les Voyager. La temperatura mitjana del planeta va resultar ser d'uns -180º C i l'atmosfera tot just presentava alguna característica visible, encara que paradoxalment la sonda va detectar evidències de vents molt més forts que els de Júpiter
 |
| Vista de Tità per la Pioneer 11 |
9. INTERESTEL·LARS!
Encara que formalment les Pioneer no han abandonat el sistema solar -cosa que passarà quan deixin enrere l'heliosfera-, només és qüestió de temps que ho facin.
Durant diversos anys les dues naus van seguir funcionant i enviant informació sobre el medi interplanetari i l'heliosfera. Al setembre de 1995, amb els RTG a punt d'expirar i diversos instruments fora de servei, la NASA va cessar les operacions científiques de la Pioneer 11. El dia 30 d'aquest mateix mes es va perdre el contacte amb la nau quan es trobava a 6500 milions de quilòmetres del Sol. En quant a la Pioneer 10, l'agència espacial va finalitzar les operacions científiques el 31 de març de 1997 mentre la sonda estava a una distància de 10.050 milions de quilòmetres: Era l'objecte humà més llunyà fins que la Voyager 1 la va superar el El contacte regular es va perdre poc després, però la NASA va tornar a captar la dèbil senyal del vehicle en diverses ocasions durant els anys següents. L'última senyal es va rebre el 22 de gener de 2003. Per llavors la Pioneer 10 estava ja a 12.315 milions de quilòmetres del Sol.
La Pioneer 10 s'allunya del nostre Sistema Solar a 12,026 km/s, recorrent una distància de 381 milions de quilòmetres cada any en la direcció del cúmul obert de les Híades, a Taure. Per la seva banda, la Pioneer 11 recorre 359 milions de quilòmetres a l'any, una dada que la converteix en la més lenta d'entre les cinc sondes que actualment viatgen fora del Sistema Solar. Es mou en direcció gairebé oposada a la de la seva germana a 11,36 km/s, cap a la constel·lació de l'Escut. D'aquí 33.000 anys la Pioneer 10 passarà a 3,27 anys llum de l'estrella nana vermella Ross 248. Curiosament, la Pioneer 11 també s'acostarà a 2,67 anys llum d'aquesta estrella 2000 anys més tard. Aquesta aparent paradoxa es deu al fet que Ross 248 posseeix un moviment propi molt elevat pel que fa al Sol. O el que és el mateix, serà l'estrella la que s'acosti a les Pioneer i no a l'inrevés...
10. L'ANOMALIA
Però si algú creia que les Pioneer 10 i 11 deixarien de ser notícia després de la pèrdua de contacte, s'equivocava. I és que durant diversos anys van protagonitzar un autèntic misteri de pel·lícula! Conegut com 'l'anomalia de les Pioneer', havia sorgit quan els científics de la missió van comprovar que les dues naus estaven sotmeses a una minúscula però apreciable acceleració cap al Sol de solament 0,8 milmilionèsimes de m/s2. O, el que és el mateix, que les naus anaven més a poc a poc del que estava previst per que alguna cosa les frenava. Ningú sabia explicar la font d'aquesta misteriosa força i es van contemplar tot tipus d'hipòtesis: Fins i tot algú va posar en dubte la Relativitat General d'Einstein! Les dades de les sondes Galileo i Ulysses també mostren un efecte similar, però per diverses raons (com la seva relativa proximitat al Sol) no es poden treure conclusions en ferm d'aquestes dades.
Actualment es dóna per fet que la causa de l'anomalia és la radiació tèrmica emesa pels RTGs de les naus. La feblíssima radiació infraroja que emeten les piles nuclears es reflecteix en el cos de la sonda, provocant aquesta petitíssima desacceleració.
 |
| Trajectòria de les Pioneer i les Voyager |
Extret de: http://danielmarin.naukas.com/2013/05/01/la-odisea-de-las-sondas-pioneer-10-y-11-las-primeras-naves-en-abandonar-la-gravedad-del-sol/
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada