Illustrazione artistica di una delle due sonde Voyager che entra nello spazio interstellare. Credits: NASA/JPL-Caltech
Oggi, 20 agosto 2024, cade il 47° anniversario del lancio della sonda Voyager 2, una delle missioni più longeve e significative nella storia dell’esplorazione spaziale. Lanciata dalla NASA nel 1977, Voyager 2 continua a operare e trasmettere dati dalla regione interstellare, ben oltre i confini del nostro Sistema Solare.
Il programma di missioni Voyager, composto dalle sonde gemelle Voyager 1 e Voyager 2, fu concepito per esplorare i pianeti esterni del Sistema Solare. La Voyager 2, in particolare, ha compiuto un “Grand Tour” dei pianeti giganti, sfruttando una disposizione planetaria che si verifica solo ogni 175 anni. Ha effettuato flyby ravvicinati di Giove e Saturno e per la prima e unica volta nella storia anche di Urano e Nettuno, fornendo dati inestimabili e immagini senza precedenti di questi mondi lontani e dei loro sistemi di lune.
Attualmente, la Voyager 2 ha superato i 20 miliardi di km di distanza dalla Terra e sta viaggiando attraverso lo spazio interstellare. Ha ufficialmente lasciato l’eliosfera, la bolla di influenza magnetica del Sole, nel 2018, diventando il secondo oggetto creato dall’uomo a raggiungere lo spazio interstellare.
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La progettazione e costruzione delle sonde Voyager rappresentarono una sfida tecnologica senza precedenti per l’epoca. Iniziata nei primi anni ’70, la fase di sviluppo richiese l’integrazione di tecnologie all’avanguardia e soluzioni ingegneristiche innovative per affrontare le condizioni estreme dello spazio profondo.
Un elemento cruciale della progettazione fu il sistema di alimentazione. Le Voyager utilizzano generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG), che convertono il calore prodotto dal decadimento del plutonio-238 in elettricità. Questa soluzione garantisce un’alimentazione costante e affidabile, indipendente dalla distanza dal Sole.
Come sistema di comunicazione con la Terra, fu implementata un’antenna parabolica ad alto guadagno di 3.7 metri di diametro, per mantenere il contatto con il pianeta anche a enormi distanze. I computer di bordo, all’avanguardia per l’epoca, furono progettati con ridondanze multiple per garantire la sopravvivenza della missione nel lungo termine.
Gli strumenti scientifici, inclusi spettrometri, magnetometri e telecamere, furono selezionati e progettati per massimizzare il ritorno scientifico della missione. Particolare attenzione fu dedicata alla calibrazione e alla protezione di questi strumenti dalle condizioni estreme dello spazio interplanetario.
Il lancio della Voyager 2 avvenne alle 10:29 UTC del 20 agosto 1977 dal Kennedy Space Center in Florida, precedendo di 16 giorni il lancio della Voyager 1. Questa sequenza apparentemente controintuitiva fu determinata dalle traiettorie pianificate per le due sonde: la Voyager 2 avrebbe seguito un percorso più lungo, permettendo alla Voyager 1 di superarla e raggiungere per prima Giove e Saturno.
Il veicolo di lancio utilizzato fu un razzo Titan IIIE-Centaur, una configurazione specificamente modificata per missioni interplanetarie. Il Titan IIIE fungeva da primo e secondo stadio, mentre lo stadio Centaur forniva la spinta finale necessaria per immettere la sonda sulla sua traiettoria interplanetaria.
Dopo il decollo, il Titan IIIE-Centaur seguì una traiettoria prestabilita, rilasciando lo stadio Centaur e la sonda Voyager 2 nell’orbita terrestre bassa. Lo stadio Centaur effettuò quindi una seconda accensione, fornendo la spinta necessaria per immettere Voyager 2 sulla sua traiettoria verso Giove.
La finestra di lancio era stata calcolata con estrema precisione per sfruttare l’allineamento planetario favorevole, che permise di utilizzare l’assistenza gravitazionale dei pianeti esterni per accelerare la sonda e modificarne la traiettoria, risparmiando propellente e riducendo significativamente il tempo di viaggio.
La precisione del lancio fu quindi cruciale per il successo della missione. Anche minime deviazioni nella velocità o nella direzione avrebbero potuto compromettere l’intera sequenza di incontri planetari pianificati.
Nei giorni successivi al lancio, la sonda dispiegò i suoi pannelli solari e l’antenna ad alto guadagno, stabilendo le comunicazioni con la Terra. E dando inizio alla sua odissea attraverso il Sistema Solare, caratterizzata da una serie di incontri planetari che hanno completamente rivoluzionato la nostra comprensione dei giganti gassosi e dei loro sistemi di satelliti.
Il primo incontro significativo avvenne con Giove nel luglio 1979. Voyager 2 passò a circa 570mila km dal pianeta, fornendo immagini dettagliate della Grande Macchia Rossa e scoprendo nuovi dettagli sulle complesse interazioni atmosferiche del gigante gassoso. L’osservazione ravvicinata delle lune galileiane rivelò caratteristiche geologiche inaspettate, come l’intensa attività vulcanica di Io.
Seguì l’incontro con Saturno, nell’agosto 1981. La sonda passò a 101mila km dal pianeta, studiando in dettaglio la complessa struttura degli anelli e scoprendo nuove lune. Le osservazioni di Titano fornirono i primi indizi sulla densa atmosfera di questo satellite.
Il 24 gennaio 1986, la Voyager 2 divenne il primo e finora unico veicolo spaziale a visitare Urano, passando a 81 500 km dal pianeta e rivelando un mondo enigmatico e sorprendentemente dinamico.
Le osservazioni della sonda mostrarono un pianeta di colore blu-verde uniforme, privo delle bande atmosferiche e delle caratteristiche turbolente visibili su Giove e Saturno. Questa apparente monotonia superficiale è dovuta a una densa atmosfera di idrogeno, elio e metano che assorbe la luce rossa, conferendo al pianeta il suo caratteristico colore.
Una delle scoperte più significative fu l’insolita inclinazione dell’asse di rotazione di Urano, pari a circa 98 gradi. Questa configurazione unica nel Sistema Solare causa stagioni estreme, con ciascun polo esposto alternativamente al Sole per 42 anni terrestri consecutivi.
La Voyager 2 rivelò anche un complesso sistema di anelli, precedentemente sconosciuto. Furono identificati undici anelli distinti, estremamente sottili e composti principalmente da particelle scure. La sonda scoprì inoltre 10 nuove lune, portando il totale delle lune uraniane conosciute a 15.
Le misurazioni del campo magnetico di Urano fornirono un’altra sorpresa: l’asse magnetico risultò inclinato di 59 gradi rispetto all’asse di rotazione e disallineato rispetto al centro del pianeta. Questa configurazione genera una magnetosfera altamente asimmetrica e dinamica, unica nel sistema solare.
L’analisi dell’atmosfera di Urano rivelò venti che soffiano prevalentemente nella direzione della rotazione del pianeta, con velocità fino a 900 km/h. Nonostante l’apparente calma superficiale, Voyager 2 osservò strutture atmosferiche complesse, tra cui nubi e vortici.
L’incontro finale con un pianeta avvenne il 25 agosto 1989, quando Voyager 2 passò a 4 800 km dalla superficie di Nettuno. La sonda fornì le prime immagini ravvicinate di questo mondo remoto, rivelando un altro pianeta dinamico e attivo.
L’osservazione più eclatante fu la scoperta della Grande Macchia Scura, un vortice anticiclonico delle dimensioni della Terra nell’emisfero sud di Nettuno. Questa formazione, simile alla Grande Macchia Rossa di Giove, evidenziò l’intensa attività atmosferica del pianeta. La Voyager 2 rilevò anche altre strutture atmosferiche, tra cui nubi bianche ad alta quota e sistemi di tempeste in rapida evoluzione.
Le misurazioni della sonda rivelarono che Nettuno possiede i venti più veloci osservati nel Sistema Solare, con raffiche che superano i 2mila km/h. Questi venti furono una scoperta inaspettata, considerando la grande distanza del pianeta dal Sole e la conseguente minore energia solare disponibile.
La missione confermò l’esistenza di un sistema di anelli anche attorno a Nettuno, precedentemente ipotizzato ma mai osservato direttamente. Furono identificati quattro anelli principali, caratterizzati da una struttura disomogenea e dalla presenza di “archi” più densi.
La sonda scoprì poi 6 nuove lune di Nettuno, portando il totale a 8. L’osservazione ravvicinata di Tritone, la luna più grande, rivelò una superficie geologicamente attiva con geyser di azoto, suggerendo la presenza di un oceano subglaciale.
Le misurazioni del campo magnetico di Nettuno mostrarono una struttura complessa, con un asse inclinato di 47 gradi rispetto all’asse di rotazione e disallineato rispetto al centro del pianeta, simile a quello di Urano.
Dopo l’incontro con Nettuno, Voyager 2 ha continuato il suo viaggio verso lo spazio interstellare. Nel 2018, a circa 119 Unità Astronomiche dal Sole (1 UA è pari alla distanza Terra-Sole, circa 150 milioni di km), ha attraversato l’eliopausa, diventando il secondo oggetto creato dall’uomo a entrare nello spazio interstellare.
Attualmente, Voyager 2 continua il suo viaggio, allontanandosi dal piano dell’eclittica a una velocità di circa 15 km/s. Le sue osservazioni continuano a fornire dati preziosi sulle condizioni ai confini del nostro Sistema Solare e oltre.
L’eredità della missione è di portata incommensurabile. Ha rivoluzionato la nostra comprensione dei pianeti esterni e dei loro sistemi di satelliti, con osservazioni dettagliate che hanno fornito dati fondamentali per lo sviluppo di modelli atmosferici, magnetici e geologici di questi mondi distanti. La scoperta di nuove lune, anelli planetari e fenomeni atmosferici inaspettati ha ridefinito la nostra visione del sistema solare esterno.
La Voyager 2 ha anche dimostrato la fattibilità di missioni di lunga durata nello spazio profondo. La longevità della sonda, che continua a operare dopo più di quattro decenni, testimonia l’eccellenza ingegneristica della NASA e ha posto le basi per future missioni interplanetarie. Le innovazioni sviluppate per Voyager, come i generatori termoelettrici a radioisotopi e i sistemi di comunicazione a lungo raggio, hanno trovato applicazioni in numerose missioni successive.
Le attuali misurazioni di Voyager 2 nello spazio interstellare stanno invece fornendo dati inediti sulle condizioni ai confini dell’eliosfera, contribuendo alla nostra comprensione delle interazioni tra il vento solare e il mezzo interstellare.
Intanto, l’eredità di Voyager 2 continua a influenzare la pianificazione di future missioni di esplorazione spaziale e ispira nuove generazioni di scienziati e ingegneri. E la sua epica odissea rimane una testimonianza duratura delle capacità umane di esplorare e comprendere l’Universo che ci circonda.
