Le scoperte più grandi delle sonde Voyager — gli esploratori più lontani della NASA
Nel 1977, la NASA caricò due sonde spaziali, ciascuna delle dimensioni di una Honda Civic, su un razzo e
Nel 1977, la NASA caricò due sonde spaziali, ciascuna delle dimensioni di una Honda Civic, su un razzo e le inviò in una missione di cinque anni per esplorare i pianeti esterni del nostro sistema solare.
Chiamate Voyager 1 e Voyager 2, queste due sonde erano progettate per sorvolare Giove, Saturno, Nettuno e Urano nel loro viaggio verso l’uscita dal nostro sistema solare. Durante i loro viaggi, avrebbero inviato dati e immagini sulla Terra. E nel caso in cui queste sonde si fossero imbattute in un’altra specie intelligente, ciascuna portava anche un disco placcato in oro che conteneva informazioni e suoni rappresentativi dell’umanità.
Grazie alla loro tecnologia robusta e ingegneria intelligente, queste sonde spaziali si avvicinano ora ai loro 50 anni. E hanno superato ampiamente i loro obiettivi. Da oltre cinque anni, entrambe le sonde navigano oltre il nostro sistema solare. Ancora al lavoro, questi esploratori più lontani stanno ora riportando sulla Terra dettagli di uno spazio interstellare precedentemente sconosciuto.
Ciò che hanno visto lungo il cammino ha trasformato ciò che sappiamo sul nostro sistema solare. Prendersi cura di queste sonde invecchiate e osservare ciò che scoprono ci ha anche aiutato a capire il nostro posto nell’universo.
“Hanno trasformato una missione planetaria di scoperta molto emozionante in un’espedizione dell’umanità,” afferma Bill Kurth. È un fisico spaziale presso l’Università dell’Iowa a Iowa City. Ha iniziato a lavorare sulla missione Voyager nel 1974 come studente di dottorato. Oggi, lavora ancora sugli strumenti di Voyager che studiano il clima spaziale, o come le condizioni nello spazio cambiano a causa dell’attività sulla superficie del sole.
Per celebrare l’impatto inaspettato di Voyager, diamo un’occhiata ai momenti scientifici più significativi della missione fino ad oggi.
1. Le prime foto ravvicinate dei pianeti esterni
Fino a Voyager, gli scienziati sapevano poco sui pianeti esterni del nostro sistema solare.
Nel 1610, Galileo identificò i primi quattro di quelli che si sarebbero rivelati essere i 95 satelliti di Giove. Ma non fu fino a quando Voyager 1 e 2 sorvolarono Giove nel 1979 – e poi Saturno, Nettuno e Urano negli anni successivi – che finalmente vedemmo questi pianeti in tutta la loro gloria.
Le immagini di Voyager hanno rivelato il nostro sistema solare in technicolor. “Ha davvero aperto i nostri occhi sul sistema solare esterno,” dice Kurth. Questo ha anche sollevato domande specifiche su come funzionano questi sistemi di pianeti giganti, aggiunge. Ha piantato i semi per missioni successive per capire la composizione di Giove e studiare meglio i 146 satelliti di Saturno (più di qualsiasi altro pianeta).
2. Un pallido punto blu
La maggior parte delle scoperte di Voyager ci ha insegnato riguardo al sistema solare oltre la Terra. Ma ha anche accennato a cosa significa essere umani. In alcune delle ultime fotografie che Voyager 1 ha scattato prima di lasciare il nostro ambiente planetario, ha rivolto il suo sguardo verso casa un’ultima volta.
Voyager 1 ha scattato una foto di un minuscolo, pallido punto blu – la Terra – quasi oscurata dalla polvere spaziale. “Guarda di nuovo quel punto. Quello è qui. Quello è casa. Quello siamo noi,” scrisse l’astronomo Carl Sagan riguardo all’immagine nel suo libro del 1994, Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space. “Su di esso ci sono tutti coloro che ami, tutti quelli che conosci, tutti di cui hai mai sentito parlare, ogni essere umano che sia mai esistito, ha vissuto le proprie vite… su un granello di polvere sospeso in un raggio di sole.”
3. Vulcani su Io
Prima della missione Voyager, gli scienziati assumevano che le lune di tutti i pianeti assomigliassero alla nostra. La nostra luna è bella, ma non c’è nulla che accada sulla sua superficie.
Così gli scienziati rimasero sorpresi quando il sorvolo di Voyager su Giove rivelò vulcani attivi sulla superficie della sua luna Io. Questo confermò i sospetti di scienziati radio negli anni ’50 riguardo il ruolo di Io nel sistema di Giove, dice Kurth. I ricercatori hanno continuato a studiare Io e l’hanno trovata un attore principale nell’ambiente di Giove.
“Deposita circa una tonnellata al secondo di materiale da questi vulcani nella bolla magnetica attorno a Giove. Questo alimenta il funzionamento dell’intero sistema di Giove,” nota. Ad esempio, a causa della sua interazione con il campo magnetico di Giove, Io crea una gigantesca corrente elettrica che genera fulmini nell’atmosfera di Giove.
Questa scoperta ha dimostrato agli scienziati che una luna potrebbe essere “quasi qualsiasi cosa,” aggiunge Linda Spilker. È stata parte del viaggio di Voyager fin da quando era una studentessa di dottorato nel 1977. Oggi è la scienziata di progetto della missione. Scienziata planetaria, lavora presso il Jet Propulsion Laboratory a Pasadena, California.
4. Anelli attorno ai pianeti esterni
La missione Voyager è stata la prima a inviare a casa immagini mozzafiato dei sistemi ad anello che circondano Saturno, Giove, Urano e Nettuno.
Gli enormi anelli di Saturno furono scoperti nel 1600 da Galileo utilizzando un telescopio. Ma gli stretti anelli di Giove erano sconosciuti fino a quando Voyager 1 non li sorvolò nel 1979.
E mentre gli anelli ghiacciati di Saturno erano ben noti, i sorvoli di Voyager 1 e 2 li hanno catturati in dettaglio per la prima volta. Voyager 2 volò così vicino agli anelli di questo gigante gassoso che il team della missione registrò centinaia di piccoli impatti al secondo. Queste erano piccole particelle di polvere dagli anelli che investivano la sonda. Ma non preoccuparti, dice Kurth. La sonda è scampata illesa.
Quando i Voyager sorvolarono Urano, Spilker ricorda di aver ricevuto foto degli anelli da un lato nascosto dalla Terra. In questa foto, gli anelli erano retroilluminati dal sole. “Era spettacolare,” dice Spilker. “Ci mostrava tutte le lane di polvere.”
E sebbene i ricercatori sospettassero che anche Nettuno potesse ospitare anelli, la conferma non emerse fino alla fine di agosto 1989. È stato allora che Voyager 2 — quasi 2,9 miliardi di miglia dalla Terra — inviò a casa le prime immagini di due anelli principali di questo pianeta. Altri due orbitano anche attorno a questo pianeta, un gigante di ghiaccio.
5. Fulmini su Giove
La scoperta di fulmini su Giove da parte di Voyager è stata la prima volta che i fulmini erano stati osservati al di fuori della Terra.
Voyager 1 inizialmente rilevò un’emissione di onde radio chiamata “whistler.” Questo è causato da fulmini atmosferici, dice Kurth. La sonda raccolse queste onde radio quando guardò di nuovo verso il lato notturno di Giove. La sonda poi “vide macchie di luce,” dice Kurth. Questo è “dove i fulmini sotto le nuvole avevano illuminato le nuvole sopra la scarica di fulmini.”
6. Comprendere i Grandi Macchie di Giove e Nettuno
Voyager ha anche inviato a casa immagini di enormi tempeste su Giove e Nettuno. Apparvero come grandi macchie.
Gli astronomi osservarono per la prima volta la Grande Macchia Rossa su Giove centinaia di anni fa. Questa macchia rossa è la più grande tempesta nota nel sistema solare ed è quasi due volte la dimensione della Terra! Quando Voyager 1 passò vicino a Giove, vide che la tempesta era ancora in corso.
La tempesta di Giove potrebbe essere la più antica e la più grande, ma una tempesta su Nettuno ha i venti più forti. Questa tempesta fu chiamata Grande Macchia Scura. Voyager 2 fu la prima a fotografarla nell’agosto 1989.
Nell’incontro ravvicinato, Voyager 2 misurò la velocità dei venti della tempesta di Nettuno fino a 2.400 chilometri all’ora (1.500 miglia all’ora). Sulla Terra, l’irregolarità del calore dal sole tende a stimolare i venti. Ma su Nettuno, dice Spilker, il calore del pianeta stesso potrebbe alimentare questi venti.
Infatti, Nettuno non ha una superficie. “Quindi non ci sono montagne o valli per frenare il vento,” spiega. Esattamente come funzionano i venti rimane sconosciuto. “Non sappiamo davvero perché Nettuno ha i venti più veloci del sistema solare.”
7. Oceani lunari
Voyager ha scoperto che due lune nel nostro sistema solare esterno potrebbero ospitare oceani sulla loro superficie — la luna di Giove Europa e la luna di Saturno Encelado. La sonda ha rilevato le superfici ghiacciate delle due lune, dice Spilker. “Ha preparato il terreno per la scoperta che questi mondi hanno effettivamente oceani d’acqua liquida sotto le loro superfici.”
Queste prime scoperte hanno aperto la strada per future missioni verso Encelado, tra cui Cassini, su cui Spilker ha lavorato. Nel 2017, Cassini scoprì fumarole sulla sua superficie. “Poiché le fumarole sulla Terra possono avere colonie di vita, ci chiediamo forse [se ci sia anche] vita negli oceani di questi mondi,” dice. Una missione volta a comprendere meglio gli oceani di Europa è stata lanciata il 14 ottobre 2024.
8. Geyser su Tritone
Uno dei ricordi più cari di Spilker dal lavoro su Voyager è stato ricevere immagini della luna di Nettuno, Tritone. I dati di Tritone arrivarono nel cuore della notte, ricorda. “Durante i due o tre giorni attorno al massimo avvicinamento, misi un sacco a pelo sotto la mia scrivania sul pavimento. Dormivo lì perché non volevo perdermelo.”
Durante il suo sorvolo di Nettuno nel 1989, Voyager 2 fu la prima a osservare geyser sulla superficie della luna che spruzzavano fino a 8 chilometri (5 miglia) di altezza. Sulla Terra, il geyser Old Faithful nel Parco Nazionale di Yellowstone sprizza meno di 60 metri (200 piedi) di altezza.
Le immagini del sorvolo apparivano su piccole TV riga per riga, dice Spilker. “Ricordo di aver visto quelle prime foto tornare,” dice. “Era così emozionante sapere che stavo vedendo dati da questo mondo di cui non sappiamo molto.”
9. Entrare nello spazio interstellare
Voyager 1 e 2 passarono oltre il loro ultimo pianeta, Nettuno, nel 1989. Ma la loro missione era tutt’altro che finita.
Nei prossimi decenni, le sonde si diressero verso il confine del nostro sistema solare. Entrambe sono ora entrate nello spazio interstellare — Voyager 1 nel 2012 e Voyager 2 nel 2018 — un luogo per il quale non erano mai state progettate. Infatti, è stata la prima volta che qualsiasi sonda spaziale ha esplorato così lontano dalla Terra.
Come suggerisce il suo nome, lo spazio interstellare è l’area tra le stelle. La gente tende a pensare che sia vuota. Ma è in realtà piena di particelle cariche, atomi, molecole e molta polvere.
Finora, le sonde Voyager hanno navigato senza intoppi attraverso lo spazio interstellare. Ma Voyager ora affronta nuovi rischi lontano, lontano da casa. Questo include la radiazione, nota Jamie Rankin. È un fisico spaziale presso la Princeton University nel New Jersey. Rankin si unì al team come studentessa di dottorato nel 2012. Era appena qualche giorno dopo che Voyager 1 era entrata nello spazio interstellare. Ora sta lavorando insieme a Spilker come una delle scienziate di progetto di Voyager.
I raggi cosmici sono particelle ad alta energia che sfrecciano nello spazio quasi alla velocità della luce, e sono molto più abbondanti nello spazio interstellare rispetto al nostro vicinato galattico. “Sulla Terra, i raggi cosmici galattici sono pesantemente schermati dal sole,” dice Rankin. Ma “ce ne sono molti di più là fuori dove si trovano i Voyager. Alcuni raggi cosmici potrebbero colpire un [chip] e danneggiarlo.”
Per fortuna, nota Rankin, l’età dei Voyager offre effettivamente un vantaggio nel far fronte a questi raggi. Poiché la loro tecnologia informatica è così vecchia — e quindi grande — può sopportare più colpi rispetto alla tecnologia più recente.
Alan Cummings, un altro membro veterano del team, lavora al Caltech a Pasadena, in California. Si unì alla missione Voyager nel 1974 e può vantare di essere l’ultima persona a toccare entrambe le sonde prima del lancio. Per questo fisico dei raggi cosmici, alcune delle scoperte scientifiche più entusiasmanti di Voyager stanno avvenendo ora, a circa 15 miliardi di miglia da casa.
Cummings non si aspettava molte cose dai Voyager nello spazio interstellare. “Pensavo che sarebbero stati tutti giorni uguali. Ma così non è stato.” I dati in arrivo curiosi includevano misurazioni di campi magnetici e della densità del plasma nello spazio. Il plasma è uno stato della materia contenente particelle cariche.
Negli ultimi cinque anni, le misurazioni delle sonde riguardo la forza del campo magnetico e la densità del plasma sono aumentate notevolmente. Ciò suggerisce che Voyager sta esplorando una regione sconosciuta dello spazio, dice Kurth. Le misurazioni inaspettate potrebbero essere collegate all’attività del sole.
E anche se è ampiamente accettato che entrambi i Voyager siano entrati nello spazio interstellare, il lavoro è ancora in corso per capire esattamente dove si trovi questo. La definizione di quale confine abbia attraversato la sonda è ancora in fase di scrittura. La transizione tra vento solare e vento interstellare è chiamata eliopausa. La ricerca pubblicata all’inizio del 2024 suggerisce che potrebbe essere modellata in modo diverso da quanto si pensasse un tempo.
“Questo documento offre un meccanismo per spiegare il mistero del perché la direzione del campo magnetico non sia cambiata ai passaggi di Voyager attraverso la presunta eliopausa,” spiega Cummings. Invece di una linea di confine sottile come si pensava un tempo, questo nuovo lavoro suggerisce uno strato di confine spesso.
Un tale strato potrebbe formarsi dove i campi magnetici dell’eliopausa e dello spazio interstellare interagiscono.
“Voyager non sarà nel mezzo interstellare ‘pristino’ fino a quando quel confine non sarà attraversato. E probabilmente si trova a 100 AU o più oltre la posizione attuale di Voyager 1,” dice Kurth. (Un AU, o unità astronomica, corrisponde a 150 milioni di chilometri o 93 milioni di miglia.) “Ci sono aspetti di questa regione che devono ancora essere compresi.”
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10. Voyager chiama casa
Mantenere le sonde spaziali invecchiate funzionanti senza intoppi ha richiesto imprese ingegneristiche. Questo è stato il caso nel novembre 2023 quando Voyager 1 ha smesso di trasmettere dati leggibili sulla Terra.
Bob Rasmussen, un ingegnere del software presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, fa parte del team responsabile della manutenzione delle sonde Voyager. Rasmussen ha lavorato sulla missione Voyager quando è stata lanciata per la prima volta. È uscito dalla pensione nel 2022 per aiutare a portare avanti la missione.
Un chip di memoria rotto a bordo di Voyager 1 ha causato un’interruzione della comunicazione nel 2023. La sonda poteva ricevere segnali, ma non inviarne più. Nonostante l’urgenza di riparare la trasmissione dei dati di Voyager, il team ha impiegato tempo per lavorare con attenzione.
“Tutti i problemi difficili devono essere risolti passo dopo passo, partendo da ciò che si sa e costruendo da lì,” dice Rasmussen. “Muoverci attraverso questo labirinto ha richiesto alcuni mesi. Ma alla fine abbiamo capito cosa era successo.”
È stato necessario inviare diversi segnali a Voyager per testare quali parti del sistema funzionassero. Questo compito è stato reso particolarmente difficile dal fatto che i documenti di decenni fa che spiegano come funzionassero questi sistemi erano scritti a mano o su macchine per scrivere. Non potevano essere facilmente cercati.
Inoltre, a causa della sonda che si trovava a 15 miliardi di miglia da casa, ogni messaggio impiegava quasi un’intera giornata terrestre per effettuare un viaggio di sola andata. Grazie alla perseveranza e all’ingegneria intelligente del team, Voyager 1 ha ripreso a inviare dati utilizzabili nell’aprile 2024.
Il viaggio continua
Non è chiaro per quanto tempo potremo ancora comunicare con le sonde Voyager. Gli esperti sono ottimisti sul fatto che la missione Voyager arriverà al traguardo dei 50 anni nel 2027. Ma la loro fine arriverà inevitabilmente. Prima o poi, i loro strumenti falliranno quando raggiungeranno la fine della loro vita operativa o le sonde non avranno più abbastanza energia per farli funzionare.
Nel 2024, ad esempio, Voyager 2 ha spento il suo strumento per la scienza del plasma per conservare energia. Voyager 1 sta andando un po’ meglio in termini di energia disponibile, dice Spilker. Quattro degli 11 strumenti installati su ciascuna sonda sono ancora funzionanti.
La fine della missione Voyager segnerà la fine di un’era. Molti scienziati hanno dedicato le loro carriere a queste sonde e hanno trovato nella missione un’opportunità unica nella vita.
“Questa è stata la mia intera carriera, [quindi] sarò un po’ triste,” dice Cummings. “In realtà ho intenzione di andare in pensione [con Voyager].”
Che la missione continui ancora per qualche anno o qualche decennio, ha lasciato un impatto duraturo sia sulla comunità scientifica che sul pubblico. “Voyager è stato un vero apripista ed esploratore,” dice Spilker. “Ha davvero cambiato la nostra visione non solo del nostro sistema solare ma anche dello spazio interstellare.”
