Programma Voyager: storia di un viaggio verso l'infinito

La fantascienza ci ha abituati ad astronavi in grado di varcare i confini dell'ignoto "per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima", di esplorare nuovi mondi e di entrare in contatto con civiltà extraterrestri con le quali instaurare rapporti più o meno amichevoli.
I passi decisivi per futuri viaggi al di fuori della Terra sono prossimi all'essere compiuti, come vi abbiamo già raccontato nel nostro speciale su Artemis e che vi invitiamo a leggere, ma siamo inclini a pensare che un forte allontanamento dal nostro Pianeta sia qualcosa a cui assisteremo solo in un futuro molto lontano da noi.
L'uomo tornerà sulla Luna, esplorerà Marte e a quel punto chissà quali saranno gli obiettivi successivi. Mentre siamo qui a disquisire sul "come" e sul "quando", tutto questo avverrà grazie a due sonde, il cui viaggio è iniziato nel 1977 e che si trovano in viaggio nell'infinita oscurità dello spazio, inviando deboli segnali di vita attraverso i quali comprendere ancora meglio l'universo che ci circonda.
Quella che stiamo per raccontarvi, in questa prima puntata della nostra serie dedicata all'esplorazione dei pianeti del Sistema Solare, è la storia del Programma Voyager.

Planetary Grand Tour

Nel 1965, Gary Flandro lavorava presso il JPL, Jet Propulsion Laboratory, e si occupava dello studio delle traiettorie utili al fine di lanciare delle sonde in grado di avvicinare i grandi Pianeti Gassosi per poterli studiare in modo approfondito.
Il suo lavoro lo portò, nell'estate del 1965, a elaborare una traiettoria molto particolare e in grado di sfruttare un raro evento cosmico.

Si trattava di un particolare allineamento dei pianeti oltre la Fascia Principale di Asteroidi, ossia Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone - che all'epoca era ancora considerato a tutti gli effetti un pianeta - avente una cadenza di circa 175 anni e che avrebbe permesso ad una singola sonda di sorvolare i pianeti sopracitati utilizzando l'effetto fionda gravitazionale di ognuno di essi per raggiungere il successivo, con una netta ottimizzazione delle risorse da impiegare per un tale viaggio e con un evidente risparmio legato al non dover organizzare singole missioni per raggiungere le orbite dei diversi corpi celesti: questa rotta venne rinominata "Planetary Grand Tour".

Tuttavia, alcuni tagli al bilancio messo a disposizione per l'organizzazione del Planetary Grand Tour, oltre ad una certa reticenza verso la missione a causa del crescente interesse nei confronti del neonato Programma Space Shuttle, costrinsero a riprogettare il piano originale, il quale prevedeva costi non distanti dal miliardo di dollari e il sorvolo dei quattro pianeti, ipotizzando una missione che invece mirava all'esplorazione di Giove e Saturno - e la sua luna Titano, in particolare - con sonde derivanti dal Programma Mariner, il cui costo si aggirava attorno ai 360 milioni di dollari per ognuna di esse.

Voyager

Il nome del nuovo programma spaziale venne scelto tramite un concorso indetto dalla stessa NASA, il quale portò alla vittoria di Voyager. Le due sonde di conseguenza vennero nominate Voyager 1 e Voyager 2.
L'itinerario studiato per la prima comprendeva un fly-by di Titano, luna di Saturno considerata obiettivo di grande interesse dopo le foto scattate dalla sonda Pioneer 11, le quali riportavano l'esistenza di un'atmosfera.

La seconda, invece, era progettata per effettuare il cosiddetto Grand Tour, di cui abbiamo parlato poco fa.
Voyager 2 avrebbe raggiunto Saturno circa nove mesi dopo Voyager 1, il che avrebbe permesso al Controllo Missione di valutare l'eventuale proseguimento per l'itinerario del Grand Tour. Nel caso in cui Voyager 2 avesse avuto dei problemi, poi, si sarebbe potuto intervenire riconfigurando la sonda gemella Voyager 1, per effettuare lei stessa il fly-by dei pianeti precedentemente elencati.

Caratteristiche tecniche

La strumentazione a bordo delle due sonde doveva essere in grado di permettere uno studio approfondito dei loro obiettivi. Per questo, a bordo delle Voyager troviamo installati dispositivi in grado di effettuare analisi di diverso genere per fornire un quadro più completo agli studiosi: oltre alle fotocamere, di cui parleremo più avanti, erano installati strumenti in grado di analizzare la composizione atmosferica dei pianeti, i loro campi magnetici, i livelli di radiazioni, l'influenza del vento solare sui corpi celesti e le emissioni radio.

Questa strumentazione, ovviamente, richiedeva lo studio di un sistema di alimentazione in grado di supportare i diversi apparati per tutta la durata della missione, un problema non di poco conto che necessitò di tempo per essere risolto.
Alla fine, comunque, una soluzione fu trovata: gli ingegneri del JPL inventarono l'RTG, un generatore termoelettrico a radioisotopi in grado di alimentare per decenni le due sonde grazie all'utilizzo dell'uranio-238, un isotopo radioattivo il cui tempo di decadimento avrebbe permesso di fornire alimentazione e calore per un lungo tempo.

Al di là di quelli che potevano essere i dubbi per gli aspetti più tecnologici della missione, diversi erano i timori per quanto riguardava gli ostacoli che le due sonde avrebbero dovuto affrontare nel corso del loro lungo viaggio, come ad esempio l'attraversamento della Fascia Principale degli Asteroidi, che all'epoca era ritenuta da alcuni troppo fitta e piena di oggetti potenzialmente pericolosi.

Nel tentativo di ricavare più informazioni possibili ed effettuare il maggior numero di test, si decise di utilizzare le sonde Pioneer 10 e Pioneer 11, facenti parte del Programma Pioneer che veniva condotto in collaborazione con la stessa NASA, al fine di testare le traiettorie che erano state elaborate. In un certo senso, si può dire che il Programma Pioneer si rivelò una sorta di apripista per le missioni Voyager, aiutando anche nella selezione della strumentazione da aggiungere alle sonde stesse.

Golden Record

Parlando però di ciò che le sonde Voyager stanno trasportando nel loro viaggio verso angoli remoti dell'universo è impossibile non dedicare un paragrafo al famoso Golden Record, un disco placcato d'oro che al suo interno custodisce una serie di tracce del nostro Pianeta che furono selezionate da un team di ricercatori, il cui responsabile era Carl Sagan, una delle personalità più importanti del mondo scientifico dell'epoca e non solo.

Vennero selezionate 115 diverse immagini del nostro pianeta e un insieme di suoni registrati in diversi ambienti e situazioni: suoni appartenenti al mondo naturale come la pioggia, il tuono e il vento, il verso di alcuni animali come le balene, 90 minuti di musica selezionata tra diverse culture e generi e un saluto registrato in 55 lingue diverse, oltre a un discorso del Presidente degli Stati Uniti Jimmy Carter e del Segretario Generale delle Nazioni Unite Kurt Waldheim.

Sul retro di questo disco, inoltre, furono fatte alcune incisioni che, tra le altre cose, avevano lo scopo di dare alcune indicazioni circa la posizione del Sole utilizzando delle Pulsar come punto di riferimento e di fornire un'unità temporale standard da utilizzare per dare istruzioni a una possibile civiltà aliena su come utilizzare il disco.

Per fare ciò, venne utilizzato l'atomo di idrogeno: perché proprio lui? Perché l'idrogeno è il materiale più comune nell'universo e i suoi cambiamenti del senso di rotazione sono costanti e precisi. Questo fornisce, quindi, uno standard utile a comprendere maggiormente le modalità di uso del disco.

Viaggio ai confini del Sistema Solare

Era il 20 agosto 1977 quando un razzo Titan partì da Cape Canaveral per portare nello spazio Voyager 2 sedici giorni prima della gemella, il cui lanciò avvenne il 5 settembre dello stesso anno.

Le due sonde si incontrarono durante l'attraversamento della Fascia Principale di Asteroidi, all'interno della quale avvenne il sorpasso di Voyager 1. Proprio in questa fase si manifestò uno dei problemi più gravi avuti da Voyager 2, quando il suo sistema di trasmissione principale smise di funzionare, costringendo i tecnici ad attivare il secondario al fine di continuare a controllare la sonda, operazione che fortunatamente ebbe pieno successo.

Terminata la manovra di sorpasso, le due sonde iniziarono a percorrere le traiettorie disegnate per loro.
Voyager 1, nel giro di circa 2 anni, effettuò dei fly-by dei componenti più importanti del sistema planetario di Giove, avvicinandosi anche ad alcuni dei suoi satelliti come Amalthea, Io, Europa, Ganimede e Callisto e al sistema di Saturno, all'interno del quale si trova quello che fu considerato, come detto in precedenza, uno dei principali obiettivi della missione: Titano.
In favore della sua esplorazione, venne scartato un flyby di Plutone, mentre, per quanto riguarda Voyager 2, la sonda raggiunse il pianeta Giove nel 1979, Saturno nel 1981, Urano nel 1986 e Nettuno nel 1989, andando così a completare la fase principale della sua missione, esattamente come la sua gemella.

Una serie di incredibili scoperte

Il programma Voyager è senza dubbio uno dei programmi spaziali più prolifici della storia della NASA: la quantità di dati raccolti e le importanti scoperte fatte hanno ispirato ingegneri e scienziati nell'organizzazione di nuove, successive missioni nate allo scopo di risolvere quesiti sollevati dalle informazioni raccolte - e in alcuni casi mancate - dalle due sonde nel corso della loro esplorazione dei pianeti oltre la Fascia Principale di Asteroidi.

Pensiamo, ad esempio, alla sonda Cassini-Huygens, inviata con l'intento di esplorare ulteriormente Saturno e di risolvere il mistero della superficie di Titano, che la sonda Voyager 1 non riuscì ad osservare a causa della spessa atmosfera per la quale gli strumenti di analisi non erano sufficientemente potenti.
Tra le scoperte più importanti, possiamo sicuramente annoverare l'approfondito studio di Io, una delle principali lune di Giove, sulla quale Voyager 1 fece alcune sbalorditive scoperte: venne rilevata un'intensa attività vulcanica, di fatto la più intensa dell'intero Sistema Solare, che venne analizzata da entrambe le sonde con un intervallo di tempo di circa 4 mesi.

Vennero rilevati nove vulcani attivi, segno evidente di un'attività geologica importante e che condiziona anche la composizione dell'atmosfera di Io, composta prevalentemente da zolfo e anidride fosforosa.
Studiando i fenomeni catalogati, si scoprì che polveri e gas eiettati nell'atmosfera durante le eruzioni finivano per essere attirati dalla gravità di Giove per andare a collocarsi in fasce che attorniano l'intero Sistema Gioviano.
Sempre all'interno di quest'ultimo, poi, vennero fatte alcune interessanti scoperte relative ad Europa, altra luna di Giove, della cui superficie vennero scattate alcune fotografie che evidenziarono una fitta rete di canali: ulteriori studi portarono a formulare l'ipotesi dell'esistenza di vasti oceani liquidi sotto la superficie.
Tra gli oggetti analizzati di maggiore interesse, possiamo annoverare Nettuno e la sua luna Tritone. Venne scoperto che questa è, di fatto, l'oggetto più freddo del Sistema Solare - con una temperatura superficiale rilevata di -235°C - e, tramite alcune foto scattate durante il fly-by compiuto da Voyager 2, vennero immortalati dei geyser di azoto, in grado di eiettare materiale nell'atmosfera per chilometri.

Ritratto di famiglia

Le sonde Voyager hanno inanellato una serie di record e di "prime volte" che rimarranno per sempre nella storia della scienza, come le loro scoperte e le incredibili foto che ci hanno inviato negli anni.
Proprio su una di queste vogliamo soffermarci per la sua importanza scientifica e non solo: il cosiddetto Ritratto di Famiglia.

Il 14 febbraio 1990, Voyager 1 si trovava a circa 6 miliardi di chilometri dalla Terra.
Carl Sagan, già citato a proposito della realizzazione del Golden Circle, convinse la NASA a far scattare alla sonda una foto dell'intero Sistema Solare. Il risultato è un mosaico di 60 frame che ritraggono, in ordine da sinistra a destra, Giove, Terra, Venere, Saturno, Urano e Nettuno.
Mercurio non era visibile per la sua vicinanza al Sole, Marte non venne rilevato e Plutone sarebbe risultato troppo scuro per via della sua distanza dalla nostra stella e quindi non venne incluso nel mosaico.

Tra le foto scattate troviamo quella che passò alla storia come Pale Blue Dot, la foto scattata alla Terra che appare come un puntino blu sbiadito di dimensioni inferiori al pixel, sulla quale Carl Sagan scrisse alcune profonde riflessioni nel suo libro "Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space".

Lo Spazio Interstellare

Conclusa con pieno successo la loro missione primaria, il fly-by dei diversi pianeti e satelliti che vi abbiamo raccontato, le due sonde iniziarono la seconda parte del loro viaggio, quello al di là dell'Eliosfera, ossia la zona all'interno della quale il vento solare si muove indisturbato andando a costituire una sorta di bolla dai bordi irregolari che fornisce una protezione dai raggi cosmici.

La parte più esterna, denominata Eliopausa, è considerata una dei confini del Sistema Solare, oltre la quale il vento solare viene sopraffatto e che segna l'ingresso nel cosiddetto Spazio Interstellare, l'area caratterizzata dalla presenza di gas e polveri che si trova tra le diverse stelle che compongono una galassia.
Voyager 1 è entrata in questo spazio nel 2012, ma solo nel 2014 e grazie a successivi rilevamenti, è stato possibile stabilire questo ingresso, mentre Voyager 2 ha superato l'Eliopausa nel 2018.

E ora?

"Nessuno di noi poteva immaginare, 40 anni fa, quando abbiamo lanciato le Voyager, il 20 agosto e il 5 settembre 1977, che avrebbero funzionato tanto a lungo, ancora fino a oggi." Queste parole di Ed Stone, scienziato del JPL e pronunciate nel 2017, danno l'idea di quanto l'operato delle due sonde continui a stupire gli scienziati che da anni studiano i dati inviati da Voyager 1 e 2, che dalla loro posizione continuano a inviare informazioni utili a una maggiore comprensione di ciò che avviene al di là dei confini del Sistema Solare.

La crescente distanza rende le comunicazioni sempre più complesse e alcuni seri problemi tecnici alla sonda voyager 1, destano una certa preoccupazione riguardo lo stato di salute delle due sorelle.
Si calcola che la loro alimentazione dovrebbe permettere loro di continuare a operare fino al 2025 e a quel punto il loro viaggio continuerà senza più comunicare con noi.
In questo momento, Voyager 1 e Voyager 2 sono i due oggetti creati dall'uomo più distanti dalla Terra, nonché i più veloci.

Il pensiero di queste due sonde che viaggiano nella silenziosa oscurità dello spazio suscita una certa malinconia: immaginarle mentre si allontanano sempre di più dalla loro casa verso l'infinito, però, non può che suscitare anche un discreto orgoglio, l'orgoglio di una specie che è riuscita a inviare due oggetti ai confini del Sistema Solare e che, durante il loro operato, ci hanno permesso di scoprire nuovi affascinanti mondi e comprendere un po' di più come funziona il nostro universo.

Verrà il giorno in cui perderemo ogni contatto con loro e sarà proprio in quel momento che, ripensando a tutto ciò che Voyager 1 e Voyager 2 ci hanno dato, ci renderemo conto ancora di più di quanto dovremo essere loro grati per tutto ciò che hanno fatto.

Image credits:
NASA
Wikipedia