gasgigant
met krans
van puin
11!
PIONIER 1O OP WEG HET
ZONNESTELSEL UIT
door Pieter Bok
80
59.79
Tr"
Wanneer er een wereldkampioenschap ringsteken zou bestaan,
dan is de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA hard op weg om
de titel voor 1979 in de wacht te slepen. Onlangs hebben de
Amerikanen het ruimtevaartuig Pionier 11 een zodanige koers- en
snelheidscorrectie met succes laten uitvoeren,dat er in september
1979 een uniek staaltje kosmisch ringsteken ten beste zal worden
gegeven: de Poinier vliegt dan tussen de planeet Saturnus en zijn
ringen door. Een prestatie die in verhouding neerkomt op het raken
van een dubbeltje met een geweerschot op 4,5 km afstand
De onbemande 258 kg zware en met wetenschappelijke waame-
mingsinstrumenten, camera’s en zendapparatuur volgestouwde son
de Pionier 11 werd op 6 april 1973 gelanceerd van Cape Canaveral
(toen nog Cape Kennedy geheten) en maakte een reis door de
planetoïdengordel tussen augustus 1973 en maart 1974 om vervol
gens op 4 december van laatstgenoemd jaar een scheervlucht langs
de gigantische planeet Jupiter te maken. De snelheid van de Pionier
bedroeg toen 171.000 km per uur, groter dan ooit enig door mensen
vervaardigd voorwerp had gekregen.
Saturnus, de spectaculaire, geringde planeet, is op één na de
grootste van ons zonnestelsel: alleen Jupiter is groter. De
diameter van Saturnus bedraagt (de atmosfeer inbegrepen)
120.000 kilometer aan de evenaar. De gemiddelde afstand tot
de zon is 1426 miljoen kilometer. Ter vergelijking: de aarde heeft
een diameter van 12.657 km en draait op een afstand van 149,5
miljoen km om de zon. Door de grote baandiameter maakt
Saturnus slechts eenmaal in 29 aardse jaren en 167 dagen een
volledige omwenteling om de zon.
-
BAAN
>6472
Att.74
76
79--*
RINGSTEKEN IN HET HEELAL
Een van de fraaiste bestaande opnamen van de planeet Saturnus
Tijdens die scheervlucht werden
uitermate belangrijke wetenschap
pelijke metingen verricht omtrent
Jupiter, zijn directe omgeving en
ook enkele manen van de planeet.
onier zich op circa 462 miljoen km
van de aarde, op een derde van de!
weg tussen Jupiter en de geringde
planeet Saturnus (een afstand van
ruwweg 1650 miljoen km).
Uit die tekening blijkt nog iets
anders: aarde en Saturnus hebben
ten opzichte van de zon een bijzon
der ongunstige stand op het moment
van de passage. De zon staat dan (op
5 september 1979) vrijwel precies
tussen de planeten. Dat betekent,
dat radiosignalen over en weer ge-
Ivaar lopen om ernstig te worden
gestoord door de straling van de
zon. Dat kan bezwaren opleveren
zowel voor de radiografische signa
len vanaf de aarde met bevelen en
aanwijzingen voor de Pionier alsook
voor een goede ontvangst van de
signalen van de sonde tijdens de
passage. Die signalen bevatten zo
wel de wetenschappelijke meetre
sultaten als de foto’s, die de Pionier
moet maken.
In het geval van de Jupiter-
passage van de Pionier 11 op 3 de
cember 1974 was de onderlinge posi
tie van aarde en Jupiter veel gunsti
ger wat betreft de plaats van de zon,
zo kan men ook uit bijgaande teke
ning zien. Maar ja, dat zijn nu een-
Wanneer de Pionier in de buurt
van Saturnus is, zullen ook op
namen worden gemaakt en metin
gen verricht met betrekking tot de
grootste van de tien manen van Sa
turnus, Titan. Deze maan, die als
eerste in 1665 werd ontdekt door
Huygens, is met zijn 4950 km door
snee de grootste van Saturnus en
een van de grootste van het plane
tenstelsel, groter zelfs dan de klein
ste planeet Mercurius (doorsnee
4878 km). Op grond van een reeks
omstandigheden acht men Titan,
een maan met een atmosfeer, een
van de beste gegadigen in het zon
nestelsel buiten de aarde voor het
dragen van een of andere vorm van
primitief leven. Dit zal echter door
de Pionier niet kunnen worden aan
getoond.
Overigens is het pas betrekkelijk
korte tijd bekend, dat Saturnus tien
maal zaken die de mens niet in de
hand heeft.
manen heeft. Weliswaar ontdekte
Pickering in 1904 een tiende maan,
die hij Themfs noemde, maar deze is
later nooit meer waargenomen, en
men meent dat de eenmalige waar
neming ®p een vergissing heeft be
rust en is er nu van overtuigd dat
Themis niet bestaat.
De planeet heeft een zeer
dichte atmosfeer, die waar
schijnlijk pas geleidelijk over
gaat in het vaste lichaam van
de planeet, dus zonder scherpe
scheiding van atmosfeer en bo
dem zoals op aarde. Waar
schijnlijk bestaat de atmosfeer
van Saturnus voornamelijk uit
methaan en ammoniak, dat het
hoofdbestanddeel van de wol
ken vormt. Onder die dichte
atmosfeer volgt waarschijnlijk
Een ruwe schets van de merkwaardige baan van
Pionier 11 langs Jupiter en op weg naar de wereldtitel
ringsteken op kosmische schaal bij de planeet Sa
turnus.
De banen van de planeten Aarde, Jupiter en Satur
nus zijn ais cirkels (en voor de laatstgenoemde planeet
als cirkel fragment rechts onder) in dunne doorlopende
lijnen getekend, de baan van de Pionier als een dikke
streepjeslijn.
Terwille van de duidelijkheid zijn de diameters van
de planeetbanen niet nauwkeurig op de juiste schaal
getekend. De straal van de aardbaan om de zon be
draagt ongeveer 149.500.000 km, die van Jupiter
778.000.000 km en die van Saturnus 1.426.000.000 km.
De grootte van de planeten en de zon als dikke
stippen zijn helemaal uit hun proporties getrokken,
dit alles ter wille van de duidelijkheid van de teke
ning. waarin bovendien de richting van Aries als
oriëntatiepunt voor het stelsel van planeten is aange
geven.
Langs de banen staan de getallen 73 tot en met 80.
Die geven de plaatsen aan waar de hemellichamen en
de Pionier zich bevonden en zullen bevinden op 1
januari van dat jaar. Enkele posities zijn ergens in de
loop van een jaar nauwkeuriger aangegeven: voor de
aarde en Jupiter de datum van de lancering (6.4.73) en
voor beide ook de posities op de datum van de scheer
vlucht langs Jupiter (3.12.74) en voor aarde en Satur
nus de datum waarop de Pionier binnen de ringen van
Saturnus door zal vliegen (5.9.79).
De schets geeft een markant beeld van de merkwaar-
1
Op het moment, waarop de Pio
nier Saturnus passeert, bevinden
deze planeet en de aarde zich op
ongeveer anderhalf miljard kilome
ter van elkaar, maar uit bijgaande
tekening is te zien, dat de totale
vlucht tot dat moment ongeveer het
dubbele van die afstand over
brugde.
Zonder ingreep in koers en snel
heid zou de Pionier 11 wel in de
buurt van Saturnus zijn gekomen,
maar toch niet voldoenda dichtbij
voor de beoogde waarnemingen. Bo
vendien wilde men het ruimtevaar
tuig het liefst tussen de planeet en
zijn ringen door laten vliegen, om
dat dit het gunstieste traiect was
De snelheid was zo groot geworden
voornamelijk door de aantrekkings
kracht van de planeet, welke zelfde
kracht de ruimtesonde na het passe-
I ren weer vertraagde tot de ongeveer
65.000 km per uur ongeveer een
I maand geleden. Toen bevond de Pi-
Pionier 11 heeft een voorganger, nummer 10 gehad, die afgezien
van de eerste scheervlucht langs Jupiter eigenlijk een nog veel
ambitieuzer taak heeft uit te voeren dan kosmisch ringsteken,
namelijk het overbrengen naar elders in het heelal van een bood
schap van de mensheid.
De Pionier 10 werd op 3 maart 1972 gelanceerd naar Jupiter,
maakte daar op 4 december 1973 de eerste close-ups van de reuzen
planeet en vloog verder het heelal in met aan boord een plaquette,
waarop in kosmische en wetenschappelijk „herkenbare” tekens iets
verteld wordt over de herkomst (onze aarde) van het ruimtevoertuig,
over de mens en over zijn technologische en wetenschappelijke
verworvenheden.
Deze Pionier 10 zal in zijn eindeloze vlucht het zonnestelsel
verlaten en heel misschien ooit elders in het heelal worden waarge
nomen en onderschept door vertegenwoordigers van een buiten
aardse beschaving. Die kunnen er dan kennis van nemen, dat op
aarde, de derde planeet van de zon, intelligent en technisch hoogont
wikkeld leven bestaat.
Deze „boodschap van de mensheid”, die waarschijnlijk nog tien
tallen of nog duizenden eeuwen door het heelal zal moeten voortra
zen alvorens opgemerkt te worden, is op 10 februari jl. de baan van
Saturnus gepasseerd, ongeveer in de tijd dat Pionier 11 op de juiste
koers werd gezet voor het ringsteken.
Overigens werkt het instrumentarium aan boord van de Pionier 10
nog perfect, zodat men de regelmaat van een klok gegevens worden
doorgegeven over de interplanetaire ruimte. Dat zal naar het zich
laat aanzien het geval blijven tot na het passeren van de baan van de
planeet Uranus op bijna vier miljard kilometer afstand van de
aarde, ongeveer op het moment dat Pionier 11 tussen Saturnus en
zijn ringen door schiet. Pionier 10 zou daarmee het record telecom-
I municatie royaal op zijn naam krijgen.
een mantel van waterstof,
waarbinnen vermoedelijk een
ijsmantel, en ten slotte een vas
te kern van gesteente. Zeker
heid omtrent deze opbouw be
staat er niet.
Vermoedelijk bedraagt de
temperatuur aan het voor ons
zichtbare oppervlak vnn de pla
neet (dat is de bovenste laag
van de- wolken) ongeveer 145
graden Celsius onder nul.
De massa van Saturnus is,
wanneer men zijn omvang in
aanmerking neemt, betrekke
lijk gering, namelijk ruim 95
maal die van de aarde, dia in
volume slechts ongeveer oen
duizendzte van Saturnus is. Dat
wil zeggen, dat een kubieke
centimeter gemiddeld minder
dan een gram weegt en dat Sa
turnus dus in aards water zou
drijven...
De rotatiesnelheid van Satur
nus om de eigen as is naar
aardse maatstaven (eenmaal
per 24 uur) zeer groot: een et
maal op Saturnus duurt slechte
10 uur en 14 minuten. Mede
daardoor treedt een grote uit
stulping aan de evenaar op en
een sterke afplatting aan de po
len, terwijl er ook (net als bij de
nog sneller draaiende Jupiter)
kleurbanden in de atmosfeer
optreden, evenwijdig aan de
evenaar. Aan de hand daarvan
kunnen astronomen belangrij
ke conclusies trekken omtrent
de samenstelling van die at
mosfeer.
Het meest kenmerkende van
Saturnus, die alleen bij zeer
gunstige omstandigheden met
het blote oog zichtbaar is, zijn
de ringen, die niet zonder kij
ker waarneembaar zijn. Zij
werden evenals de reeds ge
noemde maan Titan voor het
eerst als zodanig gesignaleerd
door Christiaan Huygens. Het
is nog steeds niet bekend wat
de structuur van die ringen is,
noch uit wat voor materiaal zij
bestaan. Mogelijk zijn het
steenbrokken, maar misschien
ook blokken ijs of een combina
tie van die beide.
Het zijn in ieder geval heel
platte dunne schijven romme
lig verspreid materiaal. We kij
ken door telescopen, afhanke
lijk van de onderlinge afstand
van aarde en Saturnus, met
wisselende gezichtshoeken op
die ringen. Af en toe ligt de
aarde in het vlak van de ringen,
waarbij hun uiterste dunte kan
worden waargenomen. De dik
te bedraagt niet meer dan enke-
le kilometers, waarschijnlijk in
de buurt van 2,8 km.De omvang
van de brokstukken waaruit de
ringen bestaan varieert waa-
schijnlijk van enkele millime
ters en enkele decimeters.
De ringen zijn vermoedelijk
ontstaan door het uiteenvallen
van een of meer manen of het
verzamelen in het evenaarvlak
van materiaal, waaruit nooit
manen zijn ontetaan. Wiskundi
ge berekeningen hebben aange
toond, dat in een bepaalde zone
om een planeet eventuele me
nen door getijdewerking uiteen
worden gescheurd. De ringen
liggen in deze „Roche-limiet”.
zo genoemd naar de Franse
wiskundige, die deze „esbo
den zone" berekende.
De planeet wordt door een
aantal ringen in hetzelfde vlok
omgeven. Elk van die ringen
vertoont weer verdichtingen en
banden mat minder materiaal
De buitenste ring heeft een
breedte van circa 17.000 km.
Daarbinnen ligt een ring van
29 000km breedte. Zij worden
gescheiden door een „lege”
band van 40.000 km. Verder
naar binnen volgt nog een ring
op slechts 1000 km afstand van
de tweede, die veel smaller in
minder dicht bezaaid is met
puin.
In 1969 werd door de astro
noom Guérin nog een vierde
ring waargenomen, maar over
het bestaan daarvan verkeert
men nog steeds in het ohzekeiw
Over al deze zaken, zo hopen de
kosmische ringstekers van NA
SA, kan de Pionier 11 in de
herfst van 1979 enige ophelde
ring verschaffen.
dige kosmische mechanica die teegepast wordt bij
ruimtevluchten. Het lijkt logisch, dat een ruimtevaar
tuig. dat Jupiter passeert op weg naar de verder van
de zon wentelende planeet Saturnus, zich tijdens die
vlucht voortdurend verder van de zon zal verwijderen.
Bij deze vlucht is dat echter niet het geval. De pionier
werd bij de passage van Jupiter met een snelheid van
171.000 km per uur zo sterk van zijn oorspronkelijke
baan afgebogen, dat hij in het zonnestelsel weer „naar
binnen schoot”.
Begin van dit jaar bevond hij zich nauwelijks verder
van de zon dan twee jaar geleden, ongeveer halfweg
Jupiter. Ongeveer in die tijd werd de kritieke koers
en snelheidscorrectie uitgevoerd op kosmisch gezien
betrekkelijk korte afstand van de aarde. Sindsdien
neemt de afstand van de Pionier tot de zon weer toe.
Medio volgend jaar zal de Pionier de baan van Jupiter
weer kruisen (maar dan is die planeet niet in de buurt)
om verder „naar buiten” te vliegen teneinde op 5
september 1979 Saturnus te ontmoeten.
Enige jaren geleden heeft men overwogen met een
dergelijk „zwiepsysteem” rond zware planeten enige
ruimtesondes langs de giganten van ons zonnestelsel
Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus en ook de
buitenste planeet Pluto te zenden. Bezuinigingen bij
de NASA hebben er echter toe genoopt die „grand
tour” af te gelasten. In dit geval was het niet een zaak
van uitstel maar van afstel, want een gunstige onder
linge stand van de planeten voor een dergelijk huza
renstukje komt maar uiterst zelden voor. Maar voor
gecombineerde vluchten naar Jupiter en Saturnus is
in de komende jaren nog meer dan één gelegenheid.
voor zo veelzijdig mogelijke waarne
mingen.
De voor een optimaal traject
noodzakelijke correcties in koers en
snelheid noopten echter tot een ris
kante en ingewikkelde operatie.
Door de grote afstand van de aarde
naar de Pionier deden radiosigna
len, die een snelheid hebben van
300.000 km per seconde, er 77 minu
ten over om de Pionier te bereiken,
en antwoorden van de zender deden
er even lang over om de aarde te
halen. Dat betekende ruin twee uur
heen en weer.
Er was echter nog een andere
moeilijkheid. De pionier moest eerst
aanzienlijk worden gekanteld om de
vuurstoot van de boordraket in de
goede richting te kunnen laten afvu
ren. Door die kanteling kwam de
aarde echter buiten het bereik van
de zendantenne aan boord van de
Pionier. Daardoor waren tijdens de
kritische manoeuvre de verbindin-
gen van de sonde met de aarde ver
broken. Het ruimtevaartuig kon niet
melden of de ontvangen opdrachten
juist waren ontvangen en werden
uitgevoerd, waardoor ook corrige
rende opdrachten vanaf de aarde
onmogelijk waren.
Pas na verloop van uren, toen de
laatste signalen tot herstel van de
stand van de Pionier ten opzichte
van de aarde waren verzonden,
blijkbaar begrepen en opgevolgd,
kon men op aarde vaststellen, dat de
manoeuvres geheel vplgens plan wa
ren verlopen. Een uniek staaltje van
telecommunicatie en kosmische na
vigatie. De snelheid van de Pionier
bleek met de vereiste 108 km per uur
te zijn opgevoerd en de nieuwe
koers was perfect.
Om enig idee te geven van de
precisie van het Pionier-schot moet
men afstand en omvang van het doel
in aanmerking nemen. Dat doel is
een gat van ruwweg 10.000 km
breedte tussen Saturnus en de rin
gen. De afstand die de Pionier bij dit
ringsteken in het heelal zal hebben
afgelegd na de lancering vanaf de
aarde gedraagt dan ruim 3 miljard
km. De precisie is in verhouding te
vergelijken met het treffen van een
dubbeltje door een welgericht ge
weerschot op vier en een halve kilo
meter afstand...
Opnieuw werd pas in 1966 een
tiende maan waargenomen, name
lijk doar de astronoom dr. Audouin
Dolfuss, die het bestaan ervan en
ook de baan öp grond van de ringen-
structuur al jaren eerder had voor
speld. Deze maan blijkt wel degelijk
te bestaan en draagt thans de naam
Janus, de god met de twee gezichten.
Dat laatste naar aanleiding van het
feit, dat de definitieve ontdekking
plaatsvond in de nacht van de jaar
wisseling 1966-67. De waarneming
van deze maan is uiterst moeilijk
doordat zij zich vlak bij de ringen
bevindt en het licht ervan door het
licht van de ringen wordt over-
straald.
Een getekende impressie
van de Pionier-11
tijdens de passage
van de nlaneet
