18 Giugno 2023
7:30

Il viaggio delle sonde Voyager alla scoperta dei giganti gassosi nel Sistema Solare

Le due sonde Voyager sono state lanciate nel 1977 e hanno permesso di esplorare i giganti gassosi del Sistema Solare e di analizzare le caratteristiche dello spazio interstellare.

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Il viaggio delle sonde Voyager alla scoperta dei giganti gassosi nel Sistema Solare
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Le sonde Voyager I e II, lanciate nel 1977, rappresentano l'avamposto umano più remoto nello spazio. La loro affascinante missione ci ha permesso di vedere da vicino per la prima volta i giganti gassosi del nostro Sistema Solare ed esse continuano tutt'oggi a trasmettere dati scientifici via onde radio sulla regione di spazio interstellare in cui attualmente si trovano. Riviviamo insieme la missione, le scoperte e l'importanza capitale che queste sonde rivestono nell'esplorazione umana del cosmo.

La missione principale delle sonde Voyager

Le sonde Voyager sono state lanciate a distanza di 16 giorni l'una dall'altra nel 1977. Più precisamente, la Voyager I è stata lanciata da Cape Canaveral il 5 settembre 1977, mentre la Voyager II è stata lanciata il 20 Agosto 1977. La scelta di queste date non è stata casuale, ma fu dovuta ad una favorevole configurazione delle posizioni relative dei giganti gassosi del Sistema Solare, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, che si verifica ogni 175 anni. Grazie a queste favorevoli condizioni, le sonde Voyager poterono sfruttare la tecnica della fionda gravitazionale, cioè una manovra orbitale che permette di sfruttare la forza gravitazionale del pianeta per accelerare le sonde più di quanto sia possibile col solo utilizzo del carburante, riducendone di molto la quantità necessaria a bordo.

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La grande macchia rossa di Giove fotografata dalla sonda Voyager 1. Credits: NASA.

L'obiettivo principale della sonda Voyager I fu quello di visitare i pianeti Giove e Saturno e le rispettive lune, mentre quello della Voyager II fu ancora più ambizioso e prevedeva di spingersi oltre e sfruttare l'effetto di fionda gravitazionale di Giove e Saturno per raggiungere per la prima volta nella storia umana i giganti di ghiaccio Urano e Nettuno. La Voyager I raggiunse Giove nel 1979, dopo quasi due anni di viaggio, e in seguito Saturno verso la fine del 1980. La Voyager II, invece, raggiunse Giove e Saturno alcuni mesi dopo la Voyager I, nonostante fosse stata lanciata prima, poiché sfruttò una diversa traiettoria che la potesse in seguito portare verso Urano e Nettuno. Questi ultimi due furono raggiunti ben 6 e 7 anni dopo l'incontro con Saturno, a testimoniare quanto le distanze tra gli oggetti celesti siano incommensurabilmente grandi, anche per una delle sonde più veloci mai costruite dall'uomo.

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Saturno e l’ombra proiettata sui suoi anelli fotografata dalla sonda Voyager 1, 4 giorni prima il suo passaggio più ravvicinato. Credits: NASA.

Dove si trovano attualmente?

Attualmente, le due sonde sono gli oggetti più lontani dalla Terra e tra i più veloci (circa 61500 chilometri orari) che siano mai stati costruiti dall'uomo. Le Voyager 1 e 2 si trovano infatti, rispettivamente, a ben 22 e 18 ore luce dalla Terra, ovvero circa 23,8 e 19,9 miliardi di chilometri. Questo implica che le comunicazioni con la Terra e gli eventuali comandi impartiti dagli ingegneri impiegano ben 22 e 18 ore per giungere alle sonde, pur viaggiando tali segnali alla velocità della luce. I dati primari di missione e la posizione delle sonde relativamente ai pianeti del Sistema Solare sono consultabili sul sito della NASA.

Come sono alimentate?

Le due sonde sono alimentate da generatori termoelettrici a radio-isotopi che sfruttano il decadimento radioattivo del plutonio-238 per fornire energia elettrica alla sonda. Questa duratura fonte di alimentazione permette alle sonde di essere ancora attive dopo 45 anni e di inviare dati scientifici a Terra tramite le antenne radio. Man mano che il plutonio decade e l'energia elettrica prodotta è sempre meno, gli ingegneri di missione sono costretti a spegnere sempre più strumenti per preservare le funzioni base delle sonde. Attualmente, si prevede che i generatori saranno in grado di dare energia alle sonde almeno fino al 2032.

Le scoperte scientifiche nella storia delle sonde Voyager

L'esplorazione dei giganti gassosi del Sistema Solare

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Foto di una eruzione vulcanica sul satellite Io ripreso dalle Voyager. Credits: NASA.

Le sonde Voyager furono e sono tutt'ora protagoniste di importantissime scoperte scientifiche. Durante il sorvolo ravvicinato di Giove nel 1979, la Voyager 1 scoprì che il satellite naturale Io è vulcanicamente attivo e che il materiale espulso dalla sua attività vulcanica influenza l'intero sistema gioviano. Le Voyager furono anche in grado di osservare per la prima volta gli anelli planetari di Giove, caratteristica che si pensava fosse peculiarità del solo Saturno.

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Foto effettuata dalla sonda Voyager 1 della spessa atmosfera del satellite Titano. Credits: NASA.

Proprio riguardo quest'ultimo, le Voyager permisero di determinare in maniera più dettagliata la composizione chimica di Saturno (prevalentemente idrogeno ed elio), il suo esatto periodo di rotazione e la presenza di complesse strutture nei suoi anelli, prima considerati per lo più costituiti da materiale regolarmente disposto. Ancora più importante fu l'incontro ravvicinato tra la Voyager 1 e il satellite naturale Titano. Difatti, le misure della composizione atmosferica permisero di ipotizzare la presenza sulla superficie di Titano di laghi di idrocarburi allo stato liquido, cosa resa possibile dalla spessa atmosfera e dalle rigide temperature di -179 gradi Celsius e confermata anni più tardi dalla sonda Cassini-Huygens.

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Ripresa di Urano ottenuta a pochi giorni dal sorvolo ravvicinato della sonda Voyager 2. Credits: NASA.

La Voyager 2 proseguì il suo viaggio verso i giganti di ghiaccio del Sistema Solare, così chiamati poiché composti principalmente da elementi più pesanti di idrogeno ed elio, come ossigeno, carbonio, azoto e zolfo, e caratterizzati da temperature più basse di -173 gradi Celsius. La Voyager 2 scoprì 11 nuove lune di Urano e 6 di Nettuno e nuovi anelli planetari sia di Urano che di Nettuno, prima di allora sconosciuti.

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Immagine di Nettuno e delle sue nubi di Metano riprese dalla Voyager 2. Credits: NASA.

La missione interstellare

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Rappresentazione artistica della posizione attuale delle sonde Voyager, entrate da poco nello spazio interstellare. Credits: NASA/JPL–Caltech.

Dopo la missione principale di investigazione dei pianeti gassosi del Sistema Solare conclusasi nel 1989 col sorvolo di Nettuno, le sonde Voyager hanno iniziato la fase di missione interstellare. Le manovre orbitali e le fionde gravitazionali hanno infatti accelerato le sonde a velocità superiori a quelle di fuga dal Sistema Solare su di orbite che le portano ad avventurarsi verso lo spazio interstellare. Questa missione estesa riveste anch'essa una importanza capitale dal momento che è l'unico modo diretto di misurare l'estensione della sfera di influenza delle particelle del vento solare e determinare quindi direttamente il confine tra il Sistema Solare e lo spazio interstellare. Il 12 Settembre 2013, utilizzando i dati dei pochi strumenti scientifici attivi a bordo, la NASA è stata in grado di confermare l'arrivo nello spazio interstellare della Voyager 1.

Che futuro attende le sonde?

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Rappresentazione artistica in scala di potenze di 10 delle distanze tra le varie componenti del Sistema Solare, inclusa la nube di Oort, e la posizione delle sonde Voyager. Credits: NASA / JPL–Caltech.

Le Voyager continueranno a viaggiare nello spazio come testimonianza dell'ingegno umano e come gli avamposti più lontani che testimoniano la nostra presenza nell'Universo. La Voyager 1, ovvero quella più lontana e veloce, arriverà nei pressi della nube di Oort, il serbatoio di asteroidi e comete che circonda il Sistema Solare, tra circa 300 anni e ne impiegherà ben 30000 per attraversarla tutta. La Voyager 1 punta in direzione della costellazione della Giraffa e passerà tra 40000 anni a circa 1.6 anni luce dalla stella Gliese 445 per poi proseguire il suo errare tra le stelle della Via Lattea.

Il Voyager Golden Record

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Foto della copertina del Voyager Golden Record, contenente le istruzioni per riprodurlo. Credits: NASA.

Se nel corso del loro errare nel cosmo, le Voyager dovessero essere catturate o analizzate da un'altra forma di vita intelligente, gli scienziati hanno incluso in ogni sonda un disco d'oro audio-visivo, il cosiddetto Voyager Golden Record. Sulla copertina del disco sono rappresentate le istruzioni su come riprodurlo, la posizione del Sole in relazione alle 14 stelle di neutroni pulsar più vicine e una rappresentazione dell'atomo di idrogeno. In questo disco, lascito dell'umanità al cosmo, sono incluse foto e suoni della Terra e delle sue forme di vita, messaggi di saluto in varie lingue e una selezione di brani musicali, tra cui musiche di Mozart e Chuck Berry.

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