Primera sonda en atravesar el Cinturón de Asteroides, sobrevolar Júpiter y llegar más allá de la órbita de Neptuno

La Pioneer 11 fue la segunda nave del programa estadounidense Pioneer en alcanzar los planetas exteriores del Sistema Solar. Lanzada en 1973, amplió los logros de su predecesora Pioneer 10 y se convirtió en la primera misión en sobrevolar Saturno. Su trayectoria interplanetaria permitió obtener observaciones directas de Júpiter y, posteriormente, de Saturno, abriendo el camino a las sondas Voyager 1 y Voyager 2 y consolidando la exploración del espacio exterior como un campo sistemático de investigación planetaria.

Durante su recorrido, la Pioneer 11 aportó datos inéditos sobre el entorno de radiación de los planetas gigantes, la estructura de sus anillos y campos magnéticos, así como sobre las propiedades físicas de varios de sus satélites. Sus instrumentos también midieron el viento solar y el medio interplanetario en regiones nunca antes exploradas. Aunque perdió contacto con la Tierra en 1995, su legado científico permanece como un referente en la historia de la exploración del Sistema Solar.

Diseño de la Pioneer 11 e instrumentación científica

El diseño de la Pioneer 11 siguió de cerca el de su predecesora, con la que compartía casi todos los sistemas estructurales y de control. Su cuerpo central, un prisma hexagonal de 1,42 metros de diámetro, albergaba los sistemas de telecomunicaciones, propulsión, control térmico y los equipos científicos. En el frente se montaba una antena parabólica de alta ganancia de 2,74 metros de diámetro, esencial para mantener el contacto con la Red del Espacio Profundo de la NASA durante su largo recorrido hacia Júpiter y Saturno.

Para su alimentación eléctrica, la nave contaba con cuatro generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) montados en los extremos de varillas de 3 metros de longitud. Cada RTG contenía plutonio-238, cuya desintegración radiactiva generaba el calor transformado en electricidad. En el momento del lanzamiento, los RTG proporcionaban unos 155 vatios, potencia suficiente para alimentar los sistemas de comunicación, propulsión y los doce instrumentos científicos a bordo. La disposición externa de los generadores reducía la interferencia electromagnética y térmica sobre los detectores más sensibles.

La nave estaba estabilizada por giro, girando sobre su eje principal a unas 5 revoluciones por minuto para mantener la orientación y el apuntado de la antena hacia la Tierra. Incorporaba pequeños propulsores de hidrazina para maniobras y correcciones de trayectoria, controlados desde el centro de operaciones del Ames Research Center. El conjunto de instrumentos, similar al de la Pioneer 10 pero con mejoras de sensibilidad y calibración, incluía magnetómetros, detectores de partículas energéticas, un fotopolarímetro, cámaras de imagen por televisión y sensores de plasma y radiación. Su robustez y simplicidad fueron claves para operar con éxito en entornos de intensa radiación y bajas temperaturas, especialmente durante su histórico paso por Saturno.

La Pioneer 11 llevaba doce instrumentos científicos destinados a estudiar los entornos de Júpiter y Saturno, así como el medio interplanetario durante su trayecto. Su configuración fue casi idéntica a la de la Pioneer 10, con la incorporación de un detector adicional de partículas energéticas optimizado para operar en regiones de alta radiación.

• Imaging Photopolarimeter (IPP): Capturó las primeras imágenes cercanas de los polos de Júpiter y las primeras vistas directas de Saturno y su sistema de anillos. Como la nave estaba estabilizada por giro, el instrumento obtenía imágenes en tiras de unos 14° de ancho que luego se reconstruían en mosaicos.
• Helium Vector Magnetometer (HVM): Registró la estructura y la intensidad de los campos magnéticos de Júpiter y Saturno, revelando que ambos estaban fuertemente inclinados respecto a sus ejes de rotación.
• Quadrispherical Plasma Analyzer (QPA): Analizó el viento solar y las partículas cargadas atrapadas en las magnetosferas planetarias, permitiendo determinar su densidad, energía y dirección.
• Ultraviolet Photometer (UV): Estudió las atmósferas superiores de Júpiter y Saturno, detectando emisiones de hidrógeno y helio y variaciones en la absorción ultravioleta debidas a sus anillos y lunas.
• Cosmic Ray Telescope (CRT): Midió la distribución y energía de los rayos cósmicos galácticos y solares, ayudando a definir los límites de la heliosfera.
• Charged Particle Experiment (CPE): Detectó protones y electrones de alta energía, proporcionando información sobre la radiación intensa alrededor de los planetas gigantes.

Además, la Pioneer 11 incluía un detector de micrometeoritos, un sensor de polvo interplanetario, un telescopio de rayos cósmicos galácticos y un contador de radiación de alta energía. En conjunto, estos instrumentos ofrecieron la primera caracterización completa del entorno de Saturno y ampliaron el conocimiento del espacio exterior más allá de la órbita de Júpiter.

Antecedentes

En los años previos al lanzamiento de la Pioneer 11, la NASA acumulaba una década de experiencia en exploración planetaria gracias a los programas Mariner y Pioneer. Con el Programa Mariner habían explorado Venus, Marte y Mercurio, proporcionando los primeros datos sobre atmósferas, superficies y campos magnéticos de esos planetas. En paralelo, las Pioneer 6 a 9 estudiaban la actividad solar y el medio interplanetario en la órbita terrestre, generando la base técnica y científica necesaria para misiones más ambiciosas. Con la Pioneer 10, lanzada en 1972, la NASA demostró por primera vez la viabilidad de atravesar el cinturón de asteroides y alcanzar Júpiter, abriendo el camino a una exploración del Sistema Solar exterior.

Mientras tanto, la Unión Soviética centraba sus esfuerzos en el programa tripulado y en las misiones Mars y Venera, dedicadas a los planetas interiores, sin disponer de proyectos viables para los exteriores.

La Pioneer 11, concebida como su gemela mejorada, fue aprobada poco después del éxito del diseño de la Pioneer 10. Su desarrollo incorporó ajustes en la instrumentación y en el blindaje frente a radiación, con el objetivo de permitir un segundo sobrevuelo de Júpiter y, si todo salía según lo previsto, un desvío gravitatorio hacia Saturno. Esta maniobra, planificada con años de antelación, representaba un paso decisivo hacia la técnica de asistencia gravitatoria que más tarde emplearían las misiones Voyager resultando ser la primera misión interplanetaria múltiple más allá de Marte.

Lanzamiento y comienzo de la misión Pioneer 11

La Pioneer 11 fue lanzada el 6 de abril de 1973 desde el Complejo de Lanzamiento 36B del Centro Espacial de Cabo Cañaveral, a bordo de un cohete Atlas-Centaur. La separación de la etapa superior se produjo con normalidad, colocando a la nave en una trayectoria heliocéntrica hacia el cinturón de asteroides y el planeta Júpiter. Tras el despliegue de sus antenas y el giro de estabilización a unas 5 revoluciones por minuto, los controladores del Ames Research Center verificaron el correcto funcionamiento de los sistemas de comunicación, los generadores termoeléctricos de radioisótopos y el control de actitud. Durante las semanas siguientes se ejecutaron dos maniobras de corrección de rumbo mediante pequeños encendidos de los propulsores de hidrazina, con el fin de ajustar la trayectoria de encuentro con Júpiter.

A lo largo de 1974 la nave se internó en el cinturón de asteroides, una región comprendida entre las órbitas de Marte y Júpiter que, hasta la llegada de su gemela un año antes, representaba una incógnita para la navegación interplanetaria. La Pioneer 11 atravesó este espacio durante casi nueve meses, realizando observaciones de polvo interplanetario, micrometeoritos y luz zodiacal. Sus detectores registraron una densidad de partículas ligeramente superior a la medida por la Pioneer 10, lo que permitió refinar los modelos sobre la distribución del material en esa región. A pesar de algunos impactos menores de polvo, la sonda completó el tránsito sin incidentes, confirmando de nuevo que el cinturón no constituía un obstáculo para futuras misiones hacia el exterior del Sistema Solar.

Encuentro con Júpiter

Después de más de un año y medio de vuelo interplanetario, la Pioneer 11 alcanzó las proximidades de Júpiter en noviembre de 1974. El viaje desde su lanzamiento en abril de 1973 hasta el sobrevuelo principal duró 582 días. Durante ese tiempo, la nave transmitió continuamente datos sobre el medio interplanetario, el viento solar y el flujo de rayos cósmicos, sirviendo además como banco de pruebas para la navegación de largo alcance.

El encuentro con Júpiter se produjo oficialmente el 2 de diciembre de 1974, cuando la sonda pasó a solo 42.828 kilómetros por encima de las nubes del planeta, mucho más cerca que su predecesora, la Pioneer 10, que había mantenido una distancia de 132.000 kilómetros. Esta aproximación extrema permitió obtener mediciones sin precedentes del campo magnético joviano, del entorno de radiación y de la composición atmosférica. Los datos del magnetómetro confirmaron que el campo magnético del planeta estaba inclinado unos 10° respecto a su eje de rotación, con una intensidad unas 20.000 veces superior a la terrestre.

Los detectores de partículas cargadas y el telescopio de rayos cósmicos midieron niveles de radiación aún más intensos de lo previsto, alcanzando dosis que habrían dañado gravemente los sistemas de una nave no protegida. Aun así, la Pioneer 11 mantuvo sus operaciones sin fallos graves, demostrando la eficacia de su blindaje y de sus sistemas redundantes. Las observaciones del plasma y del viento solar permitieron caracterizar la frontera de la magnetosfera, que se extendía más de 7 millones de kilómetros en dirección al Sol.

El fotopolarímetro registró una serie de imágenes secuenciales del planeta que revelaron detalles en la estructura de las bandas atmosféricas y en la Gran Mancha Roja, observada con mayor contraste que en la misión anterior. También se detectaron variaciones locales en la composición y en el brillo de las nubes altas, relacionadas con diferencias de temperatura y movimiento convectivo. Durante el sobrevuelo, la nave obtuvo asimismo datos fotométricos de las lunas Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, midiendo su reflectividad y color promedio, lo que ayudó a estimar la proporción de hielo y roca en sus superficies.

El 3 de diciembre de 1974, tras completar su paso por el punto más cercano, la gravedad de Júpiter desvió la trayectoria de la nave casi 90 grados fuera del plano de la eclíptica. Esta maniobra de asistencia gravitatoria fue la primera de la historia en redirigir una sonda hacia otro planeta, modificando su velocidad heliocéntrica hasta unos 173.000 km/h. Con ello, la Pioneer 11 quedó encaminada hacia Saturno, convirtiéndose en la primera misión en planificar y ejecutar un viaje encadenado entre dos planetas del Sistema Solar exterior.

Encuentro con Saturno

Tras el encuentro con Júpiter, la Pioneer 11 emprendió un nuevo trayecto de casi cinco años hacia Saturno, aprovechando el impulso gravitatorio obtenido en diciembre de 1974. Durante este periodo de crucero, la nave permaneció plenamente operativa, transmitiendo datos continuos sobre el viento solar, el campo magnético interplanetario y los rayos cósmicos galácticos a medida que se adentraba en una región del espacio donde nunca antes había llegado una misión humana. En agosto de 1979, los controladores de la misión iniciaron las maniobras de orientación necesarias para preparar el sobrevuelo del planeta.

El 1 de septiembre de 1979, la Pioneer 11 pasó a 20.900 kilómetros de las nubes superiores de Saturno, cruzando el plano de los anillos a solo 1.400 kilómetros del borde exterior del anillo A. Era un paso extremadamente arriesgado, ya que se desconocía la densidad real de partículas en esa región. Los datos del detector de micrometeoritos y del sensor de polvo interplanetario confirmaron que la zona exterior de los anillos estaba compuesta por partículas muy pequeñas y dispersas, lo que permitió descartar el peligro de colisión para futuras misiones.

El fotopolarímetro registró imágenes y curvas de brillo del sistema de anillos, revelando por primera vez la existencia de una estructura fina y variable. Estas mediciones llevaron al descubrimiento de un nuevo componente, el anillo F, un estrecho y tenue arco de material situado más allá del anillo A, hasta entonces desconocido. También se identificaron divisiones y variaciones locales en la densidad de los anillos principales, lo que indicaba la presencia de “lunas pastoras” que mantenían la estabilidad de las partículas mediante su influencia gravitatoria.

Los instrumentos de la Pioneer 11 también midieron el campo magnético de Saturno, encontrando que estaba casi perfectamente alineado con el eje de rotación del planeta, con una inclinación inferior a un grado. Este hallazgo resultó inesperado, ya que contradecía los modelos basados en la dinamo interna de otros planetas, como la Tierra o Júpiter. Los detectores de partículas energéticas y plasma revelaron una magnetosfera extensa pero menos intensa que la joviana, dentro de la cual se detectaron protones atrapados y variaciones periódicas en la densidad del plasma, relacionadas con la rotación del planeta.

Durante el sobrevuelo se obtuvieron las primeras mediciones directas de las lunas de Saturno. La Pioneer 11 analizó el brillo y la reflectividad de Tetis y Dione, y midió la temperatura de la superficie de Titán, detectando la presencia de una atmósfera densa compuesta principalmente por nitrógeno, con una presión superior a la terrestre. Aunque las condiciones de iluminación y la distancia impidieron obtener imágenes detalladas, estos datos confirmaron que Titán era un cuerpo singular en el Sistema Solar exterior y justificaron la elección de este satélite como objetivo prioritario para la futura misión Cassini-Huygens.

Además, la nave refinó los valores de la masa de Saturno, el tamaño de su sistema de anillos y la posición de sus satélites interiores. Las mediciones del fotómetro ultravioleta proporcionaron información sobre la composición y la temperatura de la atmósfera superior, donde se identificaron emisiones de hidrógeno y helio, junto con indicios de metano y amoníaco.

El sobrevuelo de Saturno en 1979 marcó un nuevo hito en la exploración del Sistema Solar, convirtiendo a la Pioneer 11 en la primera sonda en visitar el planeta y su sistema de anillos. Los datos obtenidos sirvieron para planificar las trayectorias de las Voyager 1 y 2, lanzadas pocos años después, que utilizarían un perfil similar de asistencia gravitatoria para continuar la exploración hacia Urano y Neptuno.

Hacia el espacio interestelar

Tras su histórico paso por Saturno en septiembre de 1979, la Pioneer 11 continuó su viaje hacia el exterior del Sistema Solar en una trayectoria inclinada unos 17 grados respecto al plano de la eclíptica, rumbo a la constelación de Aquila. Durante los años siguientes, la nave siguió enviando datos sobre el viento solar, los campos magnéticos interplanetarios y el flujo de rayos cósmicos galácticos, ampliando las observaciones iniciadas por la Pioneer 10. Estas mediciones permitieron estudiar la estructura externa de la heliosfera, la región donde predomina la influencia del Sol antes de que comience el medio interestelar.

Durante la década de 1980, los datos de la Pioneer 11 complementaron los obtenidos por las sondas Voyager, contribuyendo a definir los modelos de propagación del viento solar y la extensión del campo magnético solar. La intensidad decreciente de la radiación y el debilitamiento progresivo de la fuente de energía redujeron poco a poco las capacidades operativas de la nave, aunque continuó transmitiendo con regularidad hasta principios de los años noventa.

El último contacto con la Pioneer 11 se produjo el 30 de septiembre de 1995, cuando se encontraba a unos 6.500 millones de kilómetros de la Tierra. En ese momento, la potencia eléctrica generada por sus RTG ya no era suficiente para mantener los sistemas de calefacción y comunicación. A partir de entonces, la nave siguió su curso silencioso hacia el espacio interestelar. Al igual que su gemela, lleva una placa de aluminio anodizado en oro con la figura humana, la posición del Sol y la trayectoria de la misión, un mensaje simbólico que viaja más allá de los límites del Sistema Solar.

Imágenes de la misión Pioneer 11

Explora el planeta Júpiter

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