La odisea de las sondas Pioneer 10 y 11, las primeras naves en abandonar la gravedad del Sol

Por Daniel Marín, el 1 mayo, 2013. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp ✎ 64

Es quizás la herencia más importante de nuestra especie a largo plazo. Cinco naves espaciales que abandonarán nuestro Sistema Solar como mensajeros cósmicos de la Humanidad. Sus nombres son conocidos por todos: las Pioneer 10 y 11, las Voyager 1 y 2, y la New Horizons. En el futuro muchas naves las seguirán, pero la historia recordará que fueron las Pioneer 10 y 11 las primeras que despegaron hacia el abismo interestelar hace ahora cuatro décadas.

La Pioneer 10 cerca de Júpiter (NASA).

Viajando allá donde nadie ha estado antes

¿Viajar hasta Júpiter y más allá? ¡Imposible! Los problemas técnicos asociados a una misión de este tipo parecían fuera del alcance de la tecnología de los años 60, pero las Pioneer 10 y 11 nacieron precisamente en esa época gracias a la confluencia de varios intereses dentro de la NASA. Por entonces la agencia espacial estadounidense planeaba lanzar una serie de sondas altamente sofisticadas a los planetas exteriores conocidas como Grand Tour, proyecto que se transformaría en las sondas TOPS primero y en las famosas Voyager después. En 1970 el Centro Ames de la NASA decidió lanzar dos sondas más allá de la órbita de Marte con el objetivo de analizar el medio interplanetario a la distancia del cinturón de asteroides. Era el siguiente paso lógico después del éxito de las sondas de la serie Pioneer que habían estudiado las condiciones del Sistema Solar interno. En plena borrachera de éxito del programa Apolo, las nuevas sondas debían adentrarse allí donde nadie antes había osado ir: el Sistema Solar exterior. La pareja de naves se denominó provisionalmente como Pioneer F y Pioneer G y debían servir para demostrar algunas de las tecnologías asociadas al ambicioso proyecto Grand Tour. Por otro lado, el Centro Goddard de la NASA estaba trabajando al mismo tiempo en la misión ‘Galactic Jupiter Probe’, compuesta por cuatro sondas que deberían alcanzar la velocidad de escape del Sol hasta llegar a Júpiter. Al viajar a una distancia tan enorme, las naves no podrían usar paneles solares y tendrían que estar equipadas con generadores de radiosótopos (RTG).

La Pioneer 10 en construcción (NASA).

En 1967 las sondas Pioneer F y G fueron transferidas desde la división de ciencia solar de la NASA a la de ciencia planetaria, una decisión destinada a compensar la cancelación del proyecto Voyager para estudiar Marte (y que nada tendría que ver con las sondas del mismo nombre que serían lanzadas años más tarde). Debido a la competencia con la misión Galactic Jupiter Probe, la NASA decidió cancelar esta última. A cambio, las Pioneer F y G visitarían Júpiter y estarían dotadas de RTGs en vez de paneles solares. El 8 de febrero de 1969 el nuevo proyecto Pioneer Jupiter fue aprobado formalmente con dos objetivos científicos prioritarios: determinar el peligro que entrañaba el paso del cinturón de asteroides de cara a futuras misiones y estudiar el gigante joviano. Los investigadores sospechaban además que Júpiter estaba rodeado de potentes cinturones de radiación y nadie quería arriesgarse a enviar una sonda más compleja sin saber previamente el riesgo que existía realmente. El contratista principal del proyecto sería la empresa TRW Systems, encargada de la construcción de las anteriores sondas Pioneer para el estudio del medio interplanetario. Los vehículos serían construidos en la planta de Redondo Beach, California.

Ensamblaje de la Pioneer 10 (NASA).

Las sondas

Las Pioneer F y G eran unas pequeñas naves de apenas 258 kg (258,5 kg en el caso de la Pioneer 11) y 2,9 metros de altura. Su estructura estaba dominada por una gran antena de alta ganancia de 2,74 metros de diámetro construida alrededor de un cuerpo central hexagonal de 1,42 metros de ancho y 33,5 cm de altura. A diferencia de las naves Voyager que serían lanzadas varios años después, las Pioneer estaban estabilizadas mediante giro, lo que simplificaba su diseño a cambio de complicar el proceso de toma de datos por parte de los instrumentos (prueba a apuntar con una cámara a un objeto mientras das vueltas sin parar). Para garantizar su estabilidad, la nave giraría continuamente sobre su eje a 4,8 revoluciones por minuto. Dentro del cuerpo se encontraba el tanque principal de combustible de 42 cm de diámetro con 27 kg de hidrazina. El sistema de control de actitud estaba compuesto por tres parejas de propulsores -situados cerca del borde de la antena principal- dotados de un empuje de 1,8-6,2 N con una capacidad de Delta-V total de 200 m/s. La orientación quedaba a cargo de un sensor estelar para la estrella Canopus y dos sensores solares. La memoria de la nave o DSU (Data Storage Unit) era un núcleo de ferrita de 49152 bits, lo que no estaba nada mal para la época.

Las Pioneer (spectrum.iee.org).

Sistema de propulsión (NASA).
Sistemas e instrumentos del cuerpo central (NASA).

Cuatro RTGs del tipo SNAP-19 con Plutonio-238 eran los encargados de generar la electricidad necesaria. Los RTGs estaban situados en parejas en el extremo de dos mástiles desplegables separados entre sí en un ángulo de 120º y situados a una distancia de 3 metros del centro de la nave. Gracias a los RTGs, las Pioneer pasarían a la historia como las primeras sondas interplanetarias equipadas con sistemas de energía nuclear. Los cuatro RTGs serían capaces de generar un mínimo de 155 W (39,2 W cada uno) de potencia eléctrica al lanzamiento y 140 W durante el encuentro con Júpiter. Su localización en el extremo de los mástiles no era un capricho, sino que era un intento de minimizar la dosis de radiación que llegaba al resto de la sonda. Los RTGs no alimentaban a los equipos directamente y se usaban para cargar una batería de 5 Ah, encargada de distribuir la electricidad al vehículo. Un tercer mástil de 6,6 metros que formaba un ángulo de 120º con los dos RTG incorporaba el magnetómetro.

El RTG de las Pioneer (NASA).

Para las comunicaciones se emplearían la antena de alta ganancia principal, una antena de media ganancia situada a 1,2 metros sobre la anterior en un soporte de tres patas y una antena de baja ganancia que sobresalía 76 cm por la parte trasera de la nave, esta última necesaria para garantizar las comunicaciones durante la fase inicial de la misión. La frecuencia de comunicaciones Tierra-nave era de 2110 MHz, mientras que la frecuencia de la señal proveniente de la sonda era de 2292 MHz. Los datos se mandaban a 2048 bps durante el encuentro con Júpiter y a tan sólo 16 bps al finalizar su misión. Un sistema denominado CONSCAN (Conical Scan) se aseguraba de que el eje de la antena no se desviase más de 0,3º de la dirección óptima de apuntado hacia la Tierra. El interior de la nave se mantendría a una temperatura de entre 23 ºC y 38 ºC.

Las antenas de las Pioneer (NASA).
Estaciones de la red DSN de la NASA (NASA).

Las Pioneer estaban dotadas de once instrumentos científicos (algunos sistemas funcionaban como varios instrumentos a la vez). El más importante de cara al público sería el IPP (Imaging Photopolarimeter), encargado de tomar las primeras imágenes de Júpiter y Saturno a corta distancia. Eso sí, no era una cámara vidicon de televisión, sino un instrumento mucho más modesto. La óptica estaba formada por un pequeño telescopio de tipo Maksutov de 2,54 cm de diámetro con un campo de visión de 0,0028º cuadrados que podía girar 151º con respecto a la nave. El formato de telemetría de 6-bits sólo permitía imágenes monocromas con 64 tonos de gris y cada fotografía se obtenía aprovechando la rotación de la nave, lo que permitía al IPP captar una imagen de 14º de longitud. Posteriormente, el telescopio se desviaba ligeramente mientras la imagen se almacenaba en la memoria en menos de 12 segundos, el tiempo que tardaba la sonda en girar sobre sí misma. Cuando el IPP volvía a apuntar al objetivo, tomaba otra imagen de 14º. El proceso se repetía hasta formar la imagen definitiva. Un sistema alternativo que se usaría en las cercanías de Júpiter y Saturno sería emplear el movimiento relativo del planeta en el campo de visión del IPP para crear la imagen. El IPP llevaba dos filtros, uno azul y otro verde.

Fotopolarímetro de las Pioneer (NASA).

Por su parte, el fotómetro ultravioleta mediría la luz emitida por el hidrógeno (1216 angstroms) y el helio (584 angstroms) -principales elementos de la atmósfera de Júpiter-, mientras que el radiómetro infrarrojo observaría el calor emitido por Júpiter y Saturno en dos regiones del infrarrojo (14-25 y 25-56 micras) mediante un pequeño telescopio Cassegrain de 7,6 cm de diámetro. Otro instrumento era el magnetómetro, situado en el extremo del mástil de 6,6 metros. Era capaz de detectar desde campos magnéticos débiles de una diez millonésima de Gauss hasta campos de 1,4 Gauss. El experimento para el viento solar y la heliosfera sería capaz de analizar partículas cargadas con energías de entre 0,1 y 8 keV en el modo de alta resolución o de entre 0,1 y 18 keV en modo de baja resolución. El detector de partículas cargadas complementaría al experimento anterior y podría medir la composición de los rayos cósmicos y partículas energéticas con energías de 1 a 500 MeV, además de detectar los protones y núcleos de helio con energías de 0,4 a 10 MeV. Otro experimento parecido (Energy Spectra of Cosmic Rays) también estaría dedicado a los rayos cósmicos. Consistía en tres sensores capaces de medir el flujo de protones de alta (56-800 MeV) y media (3-22 MeV) energía. Otro sensor debería descubrir protones de 0,05-20 MeV o electrones de 0,05-1 MeV. El siguiente instrumento tenía por objetivo detectar las partículas cargadas en el sistema joviano y consistía en siete detectores Geiger-Mueller capaces de detectar protones con energías superiores a los 5 MeV y electrones de 2-50 MeV. Los cinturones de radiación de Júpiter se estudiarían con otro instrumento formado por un contador Cherenkov para detectar electrones con energías de 0,5-12 MeV, así como un detector adicional para electrones de 100-400 keV.

Los instrumentos científicos de las Pioneer 10 y 11 (NASA).

Las Pioneer también llevaban cuatro telescopios de 20 cm de diámetro conectados a tubos fotomultiplicadores capaces de detectar la luz reflejada por asteroides o partículas de gran tamaño mientras las naves pasaban por el cinturón de asteroides. Y es que determinar las características del cinturón era una de las prioridades de la misión, de ahí que las sondas incorporasen sendos detectores de micrometeoros situados en la parte trasera de la antena, es decir, en el sentido de avance de la nave. El detector estaba formado por 13 celdas de 0,605 metros cuadrados rellenas de nitrógeno y argón. Si una partícula perforaba una de las celdas, se podría saber su tamaño midiendo el ritmo de vaciado de cada celda. Las celdas de la Pioneer F podían detectar partículas de una millonésima de gramo como mínimo, pero las de la Pioneer G tenían menor sensibilidad.

Vista general de las naves (NASA).

El mensaje interestelar

Pero no cabe duda de que el ‘instrumento’ más famoso de las Pioneer sería una pequeña placa dorada de 15,25 x 22,8 cm y 0,127 cm de grosor concebida como el primer mensaje interestelar de la Humanidad. En la parte inferior aparecía una representación del Sistema Solar con las distancias relativas de cada uno expresadas en binario donde se señalaba la Tierra como el lugar originario de la sonda. En la parte izquierda vemos el mensaje principal, que no es otra cosa que la posición del Sol con respecto a 14 púlsares de la Vía Láctea, cada uno de ellos con su frecuencia de rotación expresada en binario. Las distancias y frecuencias se expresaban como múltiplos de la transición hiperfina del átomo de hidrógeno neutro (1420 MHz), para lo cual se incluía un esquema de dicha transición en la parte superior izquierda de la placa. La transición del hidrógeno se usaba así como unidad de tiempo (a través de la frecuencia) y de distancia (longitud de onda) a la vez. El ‘uno’ binario correspondería a esta transición y se representaba con una barra vertical, mientras que el ‘cero’ sería una línea horizontal. Una civilización inteligente debería deducir que las cifras que aparecen junto a los púlsares representan tiempo -ya que no hay ninguna distancia astronómica importante que se corresponda con las mismas- y, teniendo en cuenta que poseen una precisión equivalente a diez cifras decimales, llegarían con suerte a la conclusión de que se trata de astros con un periodo de rotación de una décima de segundo. Es decir, no pueden ser otra cosa que estrellas de neutrones rotatorias. O sea, púlsares, los cuales poseen un periodo muy estable y actúan como verdaderos faros cósmicos en la Galaxia.

La placa con el mensaje de las Pioneer (NASA).

El mensaje estaba protagonizado por las figuras desnudas de un hombre y una mujer posando frente a una representación estilizada de la Pioneer con el fin de dar una idea de la escala. La longitud de onda del hidrógeno (21 cm aproximadamente) multiplicada por el número binario que representa la cifra ‘8’ dibujado junto a la mujer nos da la altura de la misma, 1,63 metros. El hombre aparece levantando la mano derecha en señal de paz y, al menos en teoría, demostrando así que los humanos poseemos extremidades móviles. Resulta poco probable que un alienígena sea capaz de entender estos dibujos y menos aún el lenguaje corporal de un ser humano, pero en cualquier caso lo importante es que se trataba del primer mensaje destinado a otra civilización inteligente lanzado en una nave espacial.

Carl Sagan con la placa de las Pioneer (NASA).

El escritor Eric Burgess fue el primero en proponer que las dos sondas llevasen un mensaje de cara a una posible civilización alienígena. La idea era crear un mensaje que pudiesen entender otros seres inteligentes en el improbable caso de que encontraran las Pioneer en medio del vacío interestelar dentro de millones de años. Burgess unió esfuerzos con el periodista Don Bane y ambos decidieron dirigirse al astrónomo Carl Sagan, ya famoso por aquella época por su popularización del programa SETI para descubrir civilizaciones extraterrestres. Ni que decir tiene, Sagan quedó entusiasmado con el proyecto y presionó insistentemente a la NASA para que se incluyese el mensaje en las sondas. Sagan y Frank Drake concibieron un mensaje que fuese lo más neutral y objetivo posible -de ahí su decisión de centrarlo en los púlsares-, mientras que Linda Salzman -por entonces esposa de Sagan- se encargó del diseño artístico. La NASA aprobó el diseño del mensaje, una decisión que no estuvo exenta de polémicas. Para empezar, se suponía que una civilización alienígena lo descifraría fácilmente, pero muchos científicos de primer orden a los que se les presentó la placa no fueron capaces de entenderlo (es de imaginar que los alienígenas serán más inteligentes que nosotros. O más nos vale). Pero lo peor fueron las reacciones negativas de todo tipo de grupos. Los más conservadores se opusieron vehementemente a que una sonda de la NASA partiese al espacio interestelar con imágenes de personas desnudas, mientras que algunas organizaciones feministas criticaron duramente la supuesta actitud pasiva de la mujer en la placa. En cualquier caso, con oposición o sin ella, el mensaje se convirtió en uno de los atractivos de la misión. Para minimizar la erosión debida a las partículas del medio interestelar, la placa se colocó en uno de los apoyos de la antena de alta ganancia con la parte grabada mirando hacia el interior de la sonda.

Situación final de la placa en la sonda, bajo la antena de alta ganancia (NASA).

El viaje de las Pioneer

El 22 de diciembre de 1971 el lanzador Atlas-Centaur (Atlas 3C nº 5007C / Centaur D-1A) ya estaba listo en la rampa de lanzamiento 36A de Cabo Cañaveral. La Pioneer F llegó desde California en avión el 12 de enero de 1972, aunque desprovista de sus RTGs por motivos de seguridad. La Pioneer G estaría lista como reserva por si algo iba mal. Tras cargarla de hidrazina y unirla con los RTGs, fue conectada con la etapa superior de combustible sólido TE-M-364-4 (derivada del programa lunar Surveyor) e integrada con el cohete. La ventana de lanzamiento a Júpiter para la Pioneer F en 1972 sólo duraría 18 días, así que no existía margen de error. Los problemas técnicos y los fuertes vientos frustraron los intentos de lanzamiento que tuvieron lugar el 27 de febrero, el 28 de febrero y el 1 de marzo. Por fin, el 2 de marzo de 1972 el cohete Atlas-Centaur se levantó majestuosamente en medio de la noche a las 8:49 hora local (01:49 UTC) con la primera sonda destinada a estudiar los planetas exteriores.

Inserción en la cofia de la Pioneer 10 (NASA).
Lanzamiento de la Pioneer 10 (NASA).

El enorme impulso del cohete, sumado a la pequeña masa de la sonda, permitió que la Pioneer fuese acelerada hasta lograr una velocidad de escape con respecto a la Tierra de 51.682 km/h (14,36 km/s), superando en 11.300 km/h el anterior récord de velocidad alcanzada por un artefacto humano. Una vez en el espacio, la Pioneer F se convirtió oficialmente en la Pioneer 10. La nave desplegó sus antenas y los mástiles con los RTG, reduciendo su velocidad de giro gracias al principio de conservación del momento angular. El ordenador de a bordo ordenó a la sonda cambiar su orientación para que la enorme antena apuntase hacia la Tierra, pero éste era un proceso lento. Durante la primera parte de su trayectoria, la luz solar iluminaba la nave de costado, provocando algunos problemas de recalentamiento nada graves en ciertos sistemas (la batería había sido diseñada para permanecer en la sombra de la gran antena). La nave iba tan rápido que sobrepasó la órbita lunar en apenas once horas. Pero la Pioneer 10 no había alcanzado la velocidad de escape del Sistema Solar. Aún no. Inicialmente siguió una órbita solar de 0,99 x 5,97 UA (recuerda que una Unidad Astronómica son unos 150 millones de kilómetros), es decir, con el afelio más allá de la órbita de Júpiter. El lanzamiento había sido impecable y la Pioneer 10 fue situada en la trayectoria precisa para su encuentro con el mayor planeta del Sistema Solar. Dos días después del despegue se activó el sensor de rayos cósmicos, seguido poco después por el resto de instrumentos.

Trayectoria de la Pioneer 10 (NASA).

La trayectoria había sido elegida de tal forma que la fecha de llegada a Júpiter no perturbase el desarrollo de la misión Mariner 10, optimizando además las horas de recepción de las distintas antenas de la red de espacio profundo (DSN) de la NASA. Por este motivo, el 7 de marzo se llevó a cabo una pequeña corrección de velocidad de tan sólo 50,4 km/h para modificar la hora de llegada al sistema joviano. Durante la primera fase de la misión la nave se encargó de estudiar la luz zodiacal (el brillo provocado por la luz reflejada en millones de partículas de cometas y asteroides que flotan por el plano de la eclíptica) y, en concreto, la luz Gegenschein. La Pioneer 10 demostró que el Gegenschein era un fenómeno real asociado a la luz zodiacal y que no estaba provocado por partículas situadas cerca de la Tierra. Pocos meses después, al cruzar la órbita de Marte, la sonda se internó en territorio desconocido. Nunca ninguna nave había ido tan lejos.

El 15 de julio de 1972 la Pioneer 10 entró oficialmente en el cinturón de asteroides. Nadie esperaba un choque catastrófico con un asteroide como en las películas. Y es que, frente a lo que Hollywood nos quiere hacer creer, la densidad de objetos dentro del cinturón es increíblemente baja. De hecho, lo más cerca que estuvo la Pioneer 10 de un asteroide catalogado fueron 8,8 millones de kilómetros. Pero los investigadores pensaban que la densidad de partículas de polvo podría ser considerablemente mayor en el cinturón y eso sí era un peligro a tener en cuenta. Una sola partícula ligeramente más grande que la media podía dejar fuera de servicio a la sonda. Además, siempre cabía la posibilidad de que los modelos teóricos del Sistema Solar que se usaban por entonces estuviesen totalmente equivocados. No es de extrañar por tanto que uno de los objetivos primordiales de la misión fuese determinar la seguridad del paso por el cinturón de asteroides. La Pioneer 10 estaba haciendo historia.

Como se esperaba, en febrero de 1973 la sonda salió del cinturón sin un rasguño. O mejor dicho, intacta, porque sí que tuvieron lugar algunos choques sin importancia con partículas de polvo interplanetario. Desde su partida del planeta Tierra, el sensor de micrometeoros había detectado 55 impactos con la nave, pero la densidad media parecía ser constante durante toda la trayectoria. Por suerte, el cinturón de asteroides no presentaba ningún peligro para la exploración futura del Sistema Solar. El 7 de agosto, la Pioneer 10 pudo estudiar de primera mano -junto con la Pioneer 9, situada más cerca del Sol- una de las tormentas solares más potentes de la historia. Los científicos de la misión se sorprendieron al comprobar que los sensores de rayos cósmicos no detectaban una disminución en el número de partículas a medida que la nave se alejaba del Sol. Algunos modelos teóricos habían predicho que la heliosfera solar tendría un tamaño muy pequeño y que ésta terminaría antes de la órbita de Neptuno, lo que propiciaría un aumento considerable del flujo de rayos cósmicos a medida que nos alejamos del Sol. Por el contrario, los datos de la Pioneer 10 favorecían aquellos modelos partidarios de una heliosfera mucho más grande, como de hecho es el caso.

Representación artística de la Pioneer 10 sobrevolando Júpiter (NASA).

La Pioneer 10 continuó su veloz trayectoria hasta Júpiter y el 8 de noviembre atravesó la órbita de Sinope, por entonces el satélite de Júpiter situado a mayor distancia conocido y que había sido bautizado provisionalmente como Hades. La nave ya estaba oficialmente dentro del sistema joviano. El 6 de noviembre la sonda comenzó a transmitir imágenes con el pequeño fotopolarímetro. Inicialmente se transmitieron 12 imágenes tomadas con los filtros rojo y azul. Para generar una tercera imagen de color verde y poder crear así fotografías a color se usó el sistema PICS (Pioneer Image Converter System). La utilidad científica de las imágenes creadas por este sistema era más bien nula (¡si te ‘inventas’ una imagen en un color estás haciendo trampa!), pero permitió que el público se interesase por la misión. La NASA se encargó de difundir las imágenes con una celeridad inusitada en aquella época, casi en ‘tiempo real’ (al menos, lo más parecido a ‘tiempo real’ que había antes de Internet), un esfuerzo de comunicación que llegó a ser recompensado con un premio EMMY. El 26 de noviembre la nave se adentró en la onda de choque de la magnetosfera joviana y el 1 de diciembre penetró en el campo magnético propiamente dicho. Como se esperaba, el campo magnético de Júpiter era mucho más grande e intenso que el terrestre. En realidad, si fuera visible a simple vista, desde la Tierra tendría el tamaño de la Luna llena. El humilde fotopolarímetro obtuvo más imágenes, aunque hubo que esperar al 2 de diciembre para que la calidad de las fotografías superase a la obtenida por los telescopios terrestres (que por entonces tampoco eran gran cosa, la verdad).

Júpiter visto por la Pioneer 10 (NASA).
Imágenes de los satélites de Júpiter por la Pioneer 10 (NASA).

El 4 de diciembre de 1973 a las 02:25 UTC la Pioneer 10 pasó a 132.252 km de Júpiter. De los once instrumentos científicos, seis transmitieron datos durante el encuentro. Nadie sabía a ciencia cierta si la sonda resistiría a los peligrosos cinturones de radiación, pero lo hizo. No obstante, la radiación provocó fallos puntuales en varios sistemas y saturó el fotopolarímetro momentáneamente, impidiendo que la sonda fotografiase Ío, el satélite situado justo en uno de los cinturones más letales. Las imágenes del resto de satélites no eran precisamente muy llamativas. Las mejores fueron las fotografías de Ganímedes tomadas a 750.000 kilómetros de distancia, con una resolución de apenas 400 kilómetros. Por suerte, seis años más tarde llegarían las Voyager para saldar esta deuda pendiente. 78 minutos después del encuentro, la nave se internó tras el disco de Júpiter visto desde la Tierra. Como ya se había hecho con otras sondas, la ocasión fue aprovechada para estudiar la atmósfera midiendo la atenuación de la señal de radio a medida que la sonda se ocultaba tras el planeta. Gracias a este experimento, la Pioneer 10 descubrió que los cinturones atmosféricos de color oscuro que caracterizan Júpiter estaban a situados a menor altura y poseían una temperatura más elevada que las zonas de color claro.

Trayectorias de las Pioneer en el encuentro con Júpiter (NASA).

La sonda tomó unas quinientas imágenes de Júpiter, la mayoría de ellas con una calidad muy pobre para los estándares actuales. Aún así, permitieron comprobar el movimiento contrario a las agujas del reloj de la Gran Mancha Roja, con un periodo de seis días y medio. El encuentro con Júpiter aceleró a la sonda como si hubiese sido lanzada por una enorme honda cósmica. Y de hecho eso es precisamente lo que es el campo gravitatorio de Júpiter. La nave viajaba ahora a la tremenda velocidad de 132.000 km/h, alcanzando por primera vez en la historia la velocidad de escape del Sistema Solar. La Pioneer 10 ya no era un satélite del Sol. Su trayectoria la llevaría ahora de forma irremediable fuera del Sistema Solar hasta el espacio interestelar. En 1976 la sonda superó la órbita de Saturno y el 1983 la de Plutón. Hasta el 17 de febrero de 1998 la Pioneer 10 fue el objeto humano más lejano, pero ese récord se lo arrebató la Voyager 1 -que se movía a mayor velocidad gracias a la asistencia gravitatoria de Júpiter y Saturno- al adelantarla ese mismo día. Dentro de dos millones de años la Pioneer 10 pasará a 53 años luz de Aldebarán.

Pero la aventura no había terminado. Mientras la Pioneer 10 se dirigía rumbo a Júpiter, su hermana gemela esperaba su turno para viajar al espacio. La ventana de lanzamiento de la Pioneer G se abría el 5 de abril de 1973 a las 21:00 hora local. El cohete Atlas-Centaur (Atlas 3D nº 5011D / Centaur D-1A) despegó desde la rampa 36B de Cabo Cañaveral diligentemente segundos después (02:11 UTC), colocando a la ahora denominada Pioneer 11 en una trayectoria de escape con respecto a la Tierra. Durante unas horas la tensión se hizo patente en el control de la misión mientras uno de los mástiles de los RTGs no quiso desplegarse correctamente. Si el brazo no se desplegaba, la sonda no podría alcanzar la velocidad angular de rotación prevista y la misión podía darse por perdida. Afortunadamente, el problema se solucionó en poco tiempo usando los propulsores de la nave para desatascar el díscolo brazo. La nave quedó situada inicialmente en una órbita solar de 1,0 x 6,12 UA y el 11 de abril realizó su primera corrección de trayectoria. La misión de la Pioneer 11 no era una simple repetición de los logros de la Pioneer 10. Y es que la Pioneer 11 debía sobrevolar Júpiter realizando una maniobra de asistencia gravitatoria que le permitiría visitar Saturno en 1979. De esta forma la Pioneer 11 allanaría el camino a la futura misión Mariner Jupiter-Saturn (posteriormente conocida como Voyager).

La nave disfrutó de un viaje sin incidentes. El 20 de marzo de 1974 atravesó el cinturón de asteroides, registrando sólo veinte impactos de micrometeoros durante toda la misión (las celdas del experimento de la Pioneer 11 eran más gruesas y por lo tanto sólo eran sensibles a partículas de mayor tamaño) y confirmando de esta manera los resultados de su hermana. Tras el exitoso sobrevuelo de Júpiter por parte de la Pioneer 10, el 19 de abril la sonda realizó una maniobra consumiendo 7,7 kg de hidrazina para corregir la velocidad en 63,7 m/s y pasar así a una distancia de Júpiter tres veces inferior a la prevista. La Pioneer 10 había demostrado que los cinturones de radiación de Júpiter, aunque peligrosos, no suponían un peligro mortal para una nave que sobrevolase el gigante joviano a cierta distancia, ¿pero qué pasaría si la nave se acercaba aún más? No era una pregunta retórica. Además del interés científico, un sobrevuelo muy cercano permite aumentar la eficiencia de la maniobra de asistencia gravitatoria de forma significativa. Había que asegurarse de que las futuras Voyager no experimentarían ningún fallo catastrófico durante su visita a Júpiter. Algunos miembros del equipo se opusieron a esta decisión, que consideraban demasiado arriesgada al poner en peligro el encuentro con Saturno. Para minimizar el peligro, la nave sobrevolaría el planeta pasando por los polos, reduciendo de esta forma la exposición a la radiación de los cinturones ecuatoriales. Si la Pioneer 10 fue la primera sonda en visitar Júpiter, la Pioneer 11 sería la primera que viese sus regiones polares.

El 7 de noviembre de 1974 la Pioneer 11 pasó la frontera del sistema joviano al atravesar la órbita de Hades (Sinope) y el día 25 de ese mes penetró en su enorme magnetosfera. Tras obtener doscientas imágenes de los satélites galileanos -un poco borrosas, la verdad- la Pioneer 11 se ocultó tras el disco de Júpiter antes de alcanzar el máximo acercamiento al planeta. En esta ocasión, la interrupción de las comunicaciones coincidirían con el paso por los cinturones de radiación. En el control de la misión muchos creían que nunca volverían a recibir una señal de la nave. La Pioneer 11 pasó el 3 de diciembre de 1974 a las 05:22 UTC a 42.760 kilómetros de las nubes de Júpiter en silencio y fuera del contacto de las estaciones terrestres. La sonda reapareció 43 minutos después. Había sobrevivido a los temibles cinturones de radiación, en gran parte gracias a la enorme velocidad con las que los había atravesado, nada más y nada menos que 171.000 km/h.

Júpiter visto por la Pioneer 11 (NASA).

Como en el caso de su hermana, la asistencia gravitatoria con Júpiter cambió la trayectoria de la sonda. Sin embargo, en este caso no la situó en una trayectoria de escape, sino en una órbita solar de 3,72 x 30,14 UA con una inclinación con respecto a la eclíptica considerable. La nave salió disparada desde Júpiter casi en sentido contrario a su trayectoria inicial. Gracias a esta maniobra, la Pioneer 11 podría visitar Saturno en 1979. El 2 y el 18 de diciembre de 1975 la nave realizó sendas maniobras de corrección, seguida de otra el 26 de mayo de 1976. En agosto de ese año alcanzó una distancia de 150 millones de kilómetros (1 UA) sobre el plano de la eclíptica. Muchos años antes que la misión europea Ulysses, se puede decir que la Pioneer 11 se convirtió en la primera nave en salir del plano en el que se mueven los planetas del Sistema Solar.

Trayectorias de las Pioneer 10 y 11 (NASA).
Trayectoria de la Pioneer 11 en Júpiter (NASA).

Pero los científicos no habían decidido aún qué trayectoria seguir en el encuentro con Saturno. Los más osados proponían hacer pasar la nave entre el anillo C -el más interno conocido por entonces- y la superficie nubosa del planeta, mientras que los más conservadores eran partidarios de sobrevolar el gigante anillado a mayor distancia, fuera del anillo A. El descubrimiento del anillo D, situado en la parte interior del anillo C, parecía haber sellado el destino de la Pioneer 11. Cruzar el pequeño espacio existente entre los anillos y el planeta era demasiado arriesgado. Pero el equipo de la misión quería comprobar de primera mano si esto era cierto. No en vano, también se había creído que cruzar el cinturón de asteroides era peligroso y no había sido así. Por otro lado, la Voyager 2 debería pasar lejos de Saturno si quería sobrevolar Urano, una opción que la NASA no había aprobado aún de forma oficial. Por este motivo, la NASA veía con buenos ojos un sobrevuelo lejano para estudiar la viabilidad de la trayectoria de la Voyager 2. El futuro de la misión de la Voyager 2 a Urano y Neptuno dependía ahora de la Pioneer 11. El 1 de noviembre de 1977 se reunió el equipo de la misión en el Centro Ames de la NASA y todos los 14 miembros salvo uno decidieron ir a por todas y arriesgarse, escogiendo el encuentro más cercano en contra de la opinión de los gerifaltes de la NASA y del equipo de la Voyager del JPL. De forma bastante inusual, la cúpula de la NASA optó por vetar la decisión del equipo e imponer un encuentro a mayor distancia. Los resultados científicos serían menos interesantes, pero a cambio la misión de la Voyager 2 a Urano tendría más posibilidades de ser aprobada. El 13 de julio de 1978 la Pioneer 11 realizó una maniobra para dirigirse hacia su nuevo punto de encuentro con Saturno.

Representación artística de la Pioneer 11 visitando Saturno (NASA).

El 27 de agosto de 1979 la sonda pasó a 9,2 millones de kilómetros de Febe, la luna más externa de Saturno, entrando así en el sistema de Saturno. El 31 de agosto, cuando se encontraba a 1,5 millones de kilómetros del planeta, la nave se adentró en la magnetosfera de Saturno, demostrando por primera vez su existencia de forma directa (aunque nadie dudaba de la misma). El 1 de septiembre a las 14:36 UTC, la Pioneer 11 atravesó el plano de los anillos de Saturno a una distancia segura y a las 16:31 UTC se produjo el máximo acercamiento al planeta, sobrevolando las nubes del polo sur del gigante anillado a 20.900 kilómetros de distancia mientras viajaba a 114.000 km/h. A las 18:24 UTC la Pioneer 11 volvió a cruzar el plano de los anillos a 4000 kilómetros del anillo A, esta vez en dirección norte. El sensor de micrometeoros no detectó ningún aumento llamativo en la cantidad de partículas durante el paso por el plano de los anillos y las dosis de radiación resultaron ser mucho más benignas de lo esperado y muy inferiores a las de Júpiter. Con estos resultados, la Voyager 2 tenía el camino libre hacia Urano. Desgraciadamente, se perdieron algunos datos por culpa del mal tiempo que reinaba en las cercanías de la antena de Canberra, Australia, parte de la red DSN de la NASA. Además, algunos datos enviados el 3 de septiembre sufrieron las interferencias del satélite soviético Kosmos 1124, un satélite Oko de alerta temprana construido por la oficina de diseño NPO Lávochkin. Esta oficina también era la encargada de las sondas interplanetarias soviéticas, de ahí que el Kosmos 1124 usara la misma frecuencia que las Pioneer. No obstante, se obtuvieron 440 imágenes de Saturno y sus satélites en total, aunque sólo Titán aparecía como algo más que un punto luminoso. Las fotografías permitieron confirmar la presencia del fino anillo F y descubrir la luna Epimeteo (1979S1), aunque su existencia tuvo que ser ratificada por las Voyager. La temperatura media del planeta resultó ser de unos -180  C y la atmósfera apenas presentaba alguna característica visible, aunque paradójicamente la sonda detectó evidencias de vientos mucho más fuertes que los de Júpiter.

Saturno y Titán vistos por la Pioneer 11 (NASA).
Imagen de Titán por la Pioneer 11 (NASA).

Durante cierto tiempo se pensó en enviar la Pioneer 11 hacia Urano o incluso otra vez hacia Júpiter, pero la NASA estimó que las probabilidades de que los instrumentos siguieran funcionando para entonces eran demasiado bajas. El encuentro con Saturno otorgó a la Pioneer 11 la velocidad suficiente para escapar del Sistema Solar, acompañando así a la Pioneer 10 en su trayectoria hacia el espacio interestelar, aunque con una velocidad ligeramente inferior. El 23 de febrero de 1990 la Pioneer 11 cruzó la órbita de Neptuno, siendo la cuarta nave en hacerlo tras la Pioneer 10 y las dos Voyager. Durante varios años las dos naves siguieron funcionando y enviando información sobre el medio interplanetario y la heliosfera. En septiembre de 1995, con los RTG apunto de expirar y varios instrumentos fuera de servicio, la NASA cesó las operaciones científicas de la Pioneer 11. El día 30 de ese mismo mes se perdió el contacto con la nave cuando se encontraba a 6.615 millones de kilómetros del Sol. Nunca más se volvió a escuchar una señal de la pequeña aventurera. La agencia espacial finalizó las operaciones científicas de la Pioneer 10 el 31 de marzo de 1997 mientras la sonda estaba a una distancia de 10.050 millones de kilómetros. El contacto se perdió poco después, pero la NASA pudo volver a captar la débil señal del vehículo en varias ocasiones durante los años siguientes. La última señal se recibió el 22 de enero de 2003. Para entonces la Pioneer 10 estaba ya a 12.315 millones de kilómetros del Sol. Aunque formalmente las dos naves no han abandonado el Sistema Solar -cosa que ocurrirá cuando dejen atrás la heliosfera-, sólo es cuestión de tiempo que lo hagan.

Trayectorias de escape de las Pioneer (NASA).

Pero si alguien creía que las dos hermanas iban a dejar de dar que hablar tras la pérdida de contacto, se equivocaba. Y es que durante varios años las Pioneer protagonizaron un auténtico misterio de película. Conocido como ‘anomalía de las Pioneer’, había surgido cuando los científicos de la misión comprobaron que las dos naves estaban sometidas a una minúscula pero apreciable aceleración hacia el Sol de solamente 0,8 milmillonésimas de m/s2. Nadie sabía explicar la fuente de esta misteriosa fuerza y se barajaron todo tipo de hipótesis. Quizás, pensaron los más atrevidos, esta anomalía demostraba que la Relatividad General de Einstein debía ser modificada. Finalmente, el año pasado se confirmó que el culpable era la radiación térmica emitida por los RTGs. La débil radiación infrarroja se refleja en el cuerpo de la sonda, provocando esta pequeñísima aceleración. Misterio resuelto.

La Pioneer 10 se aleja de nuestro Sistema Solar a 12,026 km/s, recorriendo una distancia de 381 millones de kilómetros cada año en la dirección del cúmulo abierto de las Híades, en Tauro. Por su parte, la Pioneer 11 recorre 359 millones de kilómetros al año, un dato que la convierte en la más lenta de entre las cinco sondas que actualmente viajan fuera del Sistema Solar. Se mueve en dirección casi opuesta a la de su hermana a 11,36 km/s, hacia la constelación del Escudo. Dentro de 33.000 años la Pioneer 10 pasará a 3,27 años luz de la estrella enana roja Ross 248. Curiosamente, la Pioneer 11 también se acercará a 2,67 años luz de esta estrella dentro de 35.000 años. Esta aparente paradoja se debe a que Ross 248 posee un movimiento propio muy elevado con respecto al Sol. O lo que es lo mismo, será la estrella la que se acerque a las Pioneer y no al revés.

Cuando todos nosotros no seamos más que un lejano recuerdo, las Pioneer y las Voyager seguirán atravesando en silencio el espacio interestelar con sus mensajes, una prueba de que una vez, hace mucho tiempo, existió una especie de simios inteligentes en el tercer planeta de una estrella del montón en la parte exterior de la Galaxia. Una especie que no se conformaba con ver las estrellas y que se atrevió a viajar hasta ellas.

La Pioneer 10 en el espacio interestelar (NASA).

Epílogo

Si alguna vez visitas el Museo del Aire y el Espacio de Washington, puede que te llame la atención una pequeña sonda espacial que cuelga del techo. ‘Una réplica de las Pioneer 10 y 11’ es lo que se puede leer en el cartel que acompaña a la nave, pero lo cierto es que se trata de la Pioneer H. La que podríamos llamar ‘tercera hermana’ del proyecto Pioneer fue ensamblada en 1971 por el Centro Ames de la NASA de cara a una posible misión fuera del plano de la eclíptica usando la gravedad de Júpiter, una misión que nunca llegó a ver la luz. Al ver a la pequeña Pioneer H colgada del techo del museo podemos tener la impresión equivocada de que se trata de un artilugio obsoleto y de poca importancia. Y no lo es. Porque esa pequeña y humilde nave es el equivalente de la nao Santa María para nuestra civilización moderna. Un recordatorio de que hace cuatro décadas lanzamos el primer objeto fabricado por nuestras manos que abandonó la gravedad del Sol.

La Pioneer H del Museo del Aire y el Espacio de Washington (Wikipedia).

Referencias:



64 Comentarios

  1. de los tres que he visitado sobre este tema este es el que + me ha gustado por la forma de redacción, los datos y la exactitud de los mismos. Me hicites recordar mi niñez y a mi hermano mayor quien compró un libro del CONACyT «Al descubrimiento de la Ciencia» que contenia 3 artículos relacionados con este tema.

  2. una pregunta, a que velocidad viajan las paionner? voyager 1 viaja a 17km /s , la 2 13km/s la voyager 1 esta ahora en 131 ua , la 2 unas 107 , 6 ua,, 19590 millones, y 16088 millones de km,, la new horizont , tampoco lo se,, saludos

  3. Impresionante artículo. De lo mejor que he leído por internet. Muchas felicidades por tu trabajo.
    Quería aportar un modesto comentario con la intención de colaborar: tengo la sensación de que en el apartado donde hablas del IPP indicas que llevaba filtros azul y verde, y posteriormente comentas que el verde se «fabricó» en la Tierra. Según los esquemas de la nave, efectivamente los filtros que parece que llevaba la sonda eran el rojo y el azul. No sé si podrás editar el texto para substituir la frase donde indicas que llevaba el filtro verde…
    Muchas gracias por compartir tus textos. Genial!!!!

  4. Hola. Te felicito por tu espacio. Me gustó mucho la forma en que está redactado, la información y las imágenes. Publiqué algunas de las fotos en mi espacio que recién está comenzando y cité como una de las fuentes este artículo, el cual también recomendé. Saludos, Patty de Ciencia cortita y al pie.
    Dejo el enlace a la publicación que menciné
    https://cienciacortitayalpie.com/?p=103

  5. Gracias Daniel por esta entrada! hermoso soplo de aire fresco en estos dias taan enrarecidos trayendo al presente esa muestra de ingenio y ciencia aplicada en los 60’s… me mata el dato del apuntado de la camara de la Pioneer a pesar de la alta rotacion.

  6. Buenos días, me ha gustado mucho el artículo, realmente ameno. Tengo una pregunta sobre ambas sondas y es la siguiente, por si me la puedes responder. Actualmente en 2024, las sondas Pioneer 10 y 11 ¿hacia dónde se dirigen, quiero decir, se dirigen, así a grandes rasgos al centro de nuestra galaxia alguna de las dos, ambas, ninguna? Entiendo que nuestra galaxia en muy grande y las distancias enormes. Pero veo que la Pioneer 11 se dirige o ha salido despedida al «norte» de Júpiter por lo que difícilmente puede ir dirección centro de nuestra galaxia, a no ser que caiga en los campos gravitatorios de uno tras otros planetas o soles y vaya carambola tras carambola dirección centro de la galaxia. ¿Puede pasar eso, que una sonda ya sea presa de los campos gravitatorios (siempre que se escapen de ellos sanas y salvas) y no se sepa dónde puede acabar ? Muchas gracias.

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