Ringsteken
in het
heelal
Gas-gigant
met kroon
van puin
mim vödtf
Boodschap
is voorbij
Saturnus
Wanneer er een wereldkampioenschap ringsteken zou be
staan, dan is de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie
NASA hard op weg om de titel voor 1980 in de wacht te
slepen. Onlangs hebben de Amerikanen het ruimtevaartuig
Pionier-II 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 Pionier 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 1/2
kilometer afstand.
De onbemande 258 kg zware en met
wetenschappelijke waarnemings
instrumenten, camera's en zen
dapparatuur volgestouwde sonde
Pionier-II werd op 6 april 1973 ge
lanceerd van Cape Canaveral (toen
nog Cape Kennedy geheten) en
maakte een reis door de planetoï
dengordel tussen augustus 1973 en
maart 1974 om vervolgens op 4 de
cember van laatstgenoemd jaar een
scheervlucht langs de gigantische
planeet Jupiter te maken. De snel
heid van de Pionier bedroeg toen
171.000 km per uur, groter dan ooit
door enige door mensen vervaar
digd voorwerp had gekregen. Tij
dens die scheervlucht werden uit
ermate' belangrijke wetenschappe
lijke metingen verricht omtrent
Jupiter, zijn directe omgeving en
ook enkele manen van de planeet.
De snelheid was zo groot geworden
voornamelijk door de aantrek
kingskracht van de planeet, welke
zelfde kracht de ruimsonde na het
passeren weer vertraagde tot de
ongeveer 65.000 km per uur onge
veer een maand geleden. Toen be
vond de Pionier 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).
Zonder ingreep in koers en snel
heid zou de Pionier-II wel in de
buurt van Saturnus zijn gekomen,
maar toch niet dichtbij genoeg voor
de beoogde waarnemingen. Bo
vendien wilde men het ruimtevaar
tuig liefst tussen de planeet en zijn
ringen door laten vliegen, omdat dit
het gunstigste traject was voor zo
veelzijdig mogelijke waarnemin
gen.
De voor een optimaal traject nood
zakelijke correcties in koers en
snelheid noopten echter tot een
riskante en ingewikkelde operatie.
Door de grote afstand van de aarde
naar de Pionier duurden radiosig
nalen, 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 de
den er even lang over om de aarde
te halen. Dat betekende ruim 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 rich
ting te kunnen laten afvuren. Door
die kanteling kwam de aarde echter
buiten het bereik van de zendan-
födSwndki
itelsh:
boord van de Pionier,
varen tijdens de kriti-
de verbindingen
van de sonde met de aarde verbro
ken. Het ruimtevaartuig kon niet
melden of de ontvangen opdrach
ten juist waren ontvangen en wer
den uitgevoerd, waardoor ook cor
rigerende 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 volgens plan
waren verlopen. Een uniek staaltje
van telecommunicatie en kosmi
sche navigatie. 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 preci
sie 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 ringen. De
afstand die de Pionier bij dit rings
teken in het heelal dan zal hebben
afgelegd na de lancering vanaf de
aarde bedraagt dan ruim drie mil
jard kilometer. De precisie is in
verhouding te vergelijken met het
treffen van een dubbeltje door een
welgericht geweerschot op vier en
een halve kilometer afstand
Op het moment, waarop de Pionier
Saturnus passeert, bevinden deze
planeet en de aarde zich op onge
veer anderhalf miljard kilometer
van elkaar, maar uit bijgaande te
kening is te zien, dat de totale
vlucht op dat moment ongeveer het
dubbele van die afstand overbrug
de.
Uit die tekening blijkt nog iets an
ders: aarde en Saturnus hebben ten
opzichte van de zon een bijzonder
ongunstige stand op het moment
van de passage. De zon staat dan
(op 5 september 1979) vrijwel pre-
Pionier-11 heeft een voorgan
ger, nummer 10 gehad, die afge
zien van de eerste scheervlucht
langs Jupiter eigenlijk een nog
veel ambitieuzer taak heeft uit
te voeren dan kosmisch rings
teken, namelijk het overbren
gen naar elders in het heelal van
een boodschap van de mens
heid.
De Pionie'r-10 werd op 3 maart
1972 gelanceerd naar Jupiter,
maakte daar op 4 december
1973 de eerste close-ups van de
reuze-planeet en vloog verder
het heelal in met aan boord een
plaquette, waarop in kosmisch
en wetenschappelijk "herken
bare" tekens iets verteld wordt
over de herkomst (onze aarde)
van het ruimtevoertuig, over de
mens en over zijn technologi
sche en wetenschappelijke
verworvenheden.
Deze Pionier-10 zal in zijn ein-
deloze vlucht het zonnestelsel
verlaten en heel misschien ooit
elders in het heelal worden
waargenomen en onderschept
door vertegenwoordigers van
een buitenaardse beschaving.
Die kunnen er dan kennis van
nemen, dat op aarde, de derde
planeet van de zon, intelligent
en technisch hoogontwikkeld
leven bestaat.
Deze "boodschap van de mens
heid", die waarschijnlijk nog
tientallen of nog duizenden
eeuwen door het heelal zal moe
ten voortrazen alvorens opge
merkt te worden, is op 10 fe
bruari jl. de baan van Saturnus
gepasseerd, ongeveer in de tijd
dat Pionier-1 lop de juiste koers
werd gezet voor het ringsteken.
Overigens werkt het instru
mentarium aan boord van de
Pionier-10 nog perfect, zodat
met de regelmaat van een klok
gegevens worden doorgegeven
over de interplanetaire ruimte.
Dat zal naar het zich laat aan
zien 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 mo
ment dat Pionier-11 tussen Sa
turnus en zijn ringen door
schiet. Pionier-10 zou daarmee
het record telecommunicatie
royaal op zijn naam krijgen.
Een ruwe schets van de mer
kwaardige baan van Pionier-
langs Jupiter en op weg naar de
wereldtitel ringsteken op kos
mische schaal bij de planeet Sa-
turnus.
De banen van de planeten Aar
de, Jupiter en Saturnus zijn als
cirkels (en voor de laatstge
noemde planeet als cirkelfrag
ment 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 pla-
neetbanen niet nauwkeurig op
de juiste plaats getekend. De
straal van de aardbaan om de
zon bedraagt ongeveer
149500.000 km, die van Jupiter
778.000.000 km en die van Sa
turnus 1.426.000.000 km.
De grootte van de planeten en de
zon als dikke stippen zijn hele
maal uit hun proporties getrok
ken, dit alles terwille van de
duidelijkheid van de tekening,
waarin bovendien derichting
van Aries als oriëntatiepunt
voor het stelsel van planeten is
aangegeven.
Langs de banen staan de getal
len 73 tot en met 80. Die geven de
plaatsen aan waar de hemelli
chamen en de Pionier zich be
vonden 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 dedatum van de lance
ring (6-4-73) en voor beide ook
de positie op de datum van de
scheervlucht langs Jupiter (3-
12-74) en voor aarde en Satur
nus dedatum waarop de Pio
nier binnen de ringen van Sa
turnus door zal vliegen (5-9-'79).
De schets geeft een markant
beeld van de merkwaardige
kosmische mechanica die toege
past wordt vervoer ruimte-
vluchten. Het lijkt logisch, dat
een ruimtevaartuig, 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 afge
bogen, dat hij in het zonnestelsel
weer „naar binnen schoot". Be
gin 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 uitge
voerd op kosmisch gezien be
trekkelijk korte afstand van de
aarde. Sindsdien neemt de af
stand 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 zon
nestelsel Jupiter, Saturnus,
Uranus en Neptunus en ook de
buitenste planeet Pluto te zen
den. Bezuinigingen bij de
NASA hebben er echter
Nieuw-Oostindië genoopt, die
„grand tour" af te gelasten. In
dit geval was het niet een zaak
van afstel, maar van uitstel,
want een gunstige onderlinge
stand van de planeten voor een
dergelijk huzarenstukje komt
maar uiterst zelden vor. Maar
voor gecombineerde vluchten
naar Jupiter en Saturnus is in
de komende jaren nog meer dan
één gelegenheid.
cies tussen de planeten. Dat bete
kent, dat radiosignalen over en
weer gevaar lopen, ernstig te wor
den gestoord door de straling van
de zon. Dat kan bezwaren opleve
ren zowel voor de radiografische
signalen vanaf de aarde met beve
len en aanwijzingen voor de Pionier
alsook voor de 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-II op 3 december
1974 was de onderlinge positie van
aarde en Jupiter veel gunstiger wat
betreft de plaats van de zon, zo men
ook uit bijgaande tekening kan
zien. Maar ja, dat zijn nu eenmaal
zaken die de mens niet in de hand
heeft.
Wanneer de Pionier in de buurt van
Saturnus is, zullen ook opnamen
worden gemaakt en metingen ver
richt met betrekking tot de grootste
van de tien manen van Saturnus,
Titan. Deze maan, die als eerste in
1665 werd ontdekt door Huygens, is
met zijn 4950 km doorsnee de
grootste van Saturnus en een van
de grootste van het planetenstelsel,
groter zelfs dan de kleinste planeet
Mercurius (doorsnee 4878 km). Op
grond van een reeks omstandighe
den acht men Titan, een maan met
een atmosfeer, een van de beste ge
gadigden in het zonnestelsel buiten
de aarde voor het dragen van een of
andere vorm van primitief leven.
Dit zal echter door de Pionier niet
kunnen worden aangetoond.
Overigens is het pas betrekkelijk
korte tijd bekend, dat Saturnus tien
manen heeft. Weliswaar ontdekte
Pickering in 1904 een tiende maan,
die hij Themis noemde, maar deze
is later nooit meer waargenomen,
en men meent dat de eenmalige
waarneming op een vergissing
heeft berust en men is er nu van
overtuigd dat Themis niet bestaat.
Opnieuw werd pas in 1966 een
tiende maan waargenomen, name
lijk door de astronoom dr. Audouin
Dolfuss, die het bestaan er van en
ook de baan op grond van de rin-
genstructuur al jaren eerder had
voorspeld. Deze maan blijkt wel
degelijk te bestaan en draagt thans
de naam Janus, de god met de twee
gezichten. Dat laatste naar aanlei
ding van het feit, dat de definitieve
ontdekking plaats vond in de nacht
van de jaarwisseling 1966/67. De
waarneming van deze maan is uit
erst moeilijk doordat zij zich vlak
bij de ringen bevindt en het licht
ervan door het licht van de ringen
wordt overstraald.
Een getekende impressie van de
Pionier-11 tijdens de passage
van de planeet Jupiter.
Een van de fraaiste bestaande
opnamen van de planeet Satur
nus. Het is een compositie van
acht foto's, genomen door Gué-
rin met kijkers van de sterre-
wacht Pic du Midi in de Franse
Pyreneèen.
Saturnus, de spectaculaire ge
ringde planeet, is op één na de
grootste van ons zonnestelsel: al
leen Jupiter is groter. De diameter
van Saturnus bedraagt (de atmos
feer inbegrepen) 120.000 kilometer
aan de evenaar. De gemiddelde af
stand tot de zon is 1426 miljoen ki
lometer. 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 baan-diameter maakt Satur
nus slechts eenmaal in 29 aardse ja
ren en 167 dagen een volledige om
wenteling om de zon.
De planeet heeft een zeer dichte
atmosfeer, die waarschijnlijk pas
geleidelik overgaat in het vaste li
chaam van de planeet dus zonder
scherpe scheiding van atmosfeer
en bodem zoals op aarde. Waar
schijnlijk bestaat de atmosfeer van
Saturnus voornamelijk uit me
thaan en ammoniak, dat het hoofd
bestanddeel van de wolken vormt.
Onder die dichte atmosfeer volgt
waarschijnlijk een mantel van wa
terstof, waarbinnen vermoedelijk
een ijsmantel en tenslotte een vaste
kern van gesteente. Zekerheid om
trent deze opbouw bestaat er niet.
Vermoedelijk bedraagt de tempe
ratuur aan het voor ons zichtbare
oppervlak van de planeet (dat is de
bovenste laag van de wolken) on
geveer 145 graden celsius onde'r
nul.
De massa van Saturnus is, wanneer
men zijn omvang in aanmerking
neemt, betrekkelijk gering, name
lijk ruim 95 maal die van de aarde,
die in volume slechts ongeveer een
duizendste van Saturnus is. Dat wil
zeggen, dat een kubieke centimeter
gemiddeld minder dan een gram
weegt en dat Saturnus dus in aards
water zou drijven....
De rotatiesnelheid van Saturnus
om de eigen as is naar aardse maat
staven (eenmaal per 24 uur) zeer
groot een etmaal op Saturnus
duurt slechts 10 uur en 14 minuten.
Mede daardoor treedt een grote uit
stulping aan de evenaar op en een
sterke afplatting aan de polen, ter
wijl er ook (net als bij de nog sneller
draaiende Jupiter) kleurbanden in
de atmosfeer optreden, evenwijdig
aan de evenaar. Aan de hand daar
van kunnen astronomen belang
rijke conclusies trekken omtrent de
samenstelling van die atmosfeer.
Het meest kenmerkende van Sa
turnus, die alleen bij zeer gunstige
omstandigheden met het blote oog
zichtbaar is, zijn de ringen, die niet
zonder kijker 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 struc
tuur van die ringen is, noch uit wat
voor materiaal zij bespan. Mogelijk
zijn het steenbrokken, maar mis
schien ook blokken ijs of een com
binatie van die beide.
Het zijn in ieder geval heel platte
dunne schijven rommelig ver
spreid materiaal. We kijken door
telescopen, afhankelijk van de on
derlinge stand van aarde en Satur
nus, met wisselende gezichtshoe
ken op die ringen. Af en toe ligt de
aarde in het vlak van de ringen,
waarbij hun uiterste dunte kan
worden waargenomen. De dikte
bedraagt niet meer dan enkele ki
lometers. waarschijnlijk in de
buurt van 2,8 km. De omvang van
de brokstukken waaruit de ringen
bestaan varieert waarschijnlijk van
enkele millimeters en enkele deci
meters.
De ringen zijn vermoedelijk ont
staan door het uiteenvallen van een
of meer manen of het verzamelen in
het evenaarvlak van materiaal,
waaruit nooit manen zijn ontstaan.
Wiskundige berekeningen hebben
aangetoond, dat in een bepaalde
zone om een planeet eventuele ma
nen door getijdewerking uiteen
worden gescheurd. De ringen lig
gen in deze "Roche-limiet", zo ge
noemd naar de Franse wiskundige
die deze "verboden zone" bereken
de.
De planeet wordt door een aantal
ringen in hetzelfde vlak omgeven.
Elk van die ringen vertoont weer
verdichtingen en banden met min
der materiaal. De buitenste ring
heeft een breedte van circa 17.000
kilometer. Daarbinnen ligt een ring
van 29.000 km breedte. Zij worden
gescheiden door een "lege" band
van ruim 1000 km. Verder naar bin
nen volgt nog éen ring ook op
slechts 1000 km afstand van de
tweede die veel smaller en minder
dicht bez aaid is met puin.
In 1969 werd door de astronoom
Guérin nog een vierde ring waar
genomen, maar over het bestaan
daarvan verkeert men nog steeds in
het onzekere.
Over al deze zaken, zo hopen de
kosmische ringstekers van NASA,
kan de Pionier-11 in de herfst van
1979 enige opheldering verschaf-
