home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Mania / abacus-multimedia-mania.iso / dp / 0115 / 01155.txt < prev    next >
Text File  |  1993-07-27  |  38KB  |  616 lines

  1. $Unique_ID{bob01155}
  2. $Pretitle{}
  3. $Title{Pioneer
  4. Chapter 1: Pioneer To The Giant Planets}
  5. $Subtitle{}
  6. $Author{Fimmel, Richard O.;Allen, James Van;Burgess, Eric}
  7. $Affiliation{Ames Research Center;University Of Iowa;Science Writer}
  8. $Subject{jupiter
  9. saturn
  10. earth
  11. planets
  12. system
  13. rings
  14. spacecraft
  15. planet
  16. solar
  17. ring}
  18. $Date{1980}
  19. $Log{}
  20. Title:       Pioneer
  21. Book:        Pioneer: First To Jupiter, Saturn, And Beyond
  22. Author:      Fimmel, Richard O.;Allen, James Van;Burgess, Eric
  23. Affiliation: Ames Research Center;University Of Iowa;Science Writer
  24. Date:        1980
  25.  
  26. Chapter 1: Pioneer To The Giant Planets
  27.  
  28.      The space age began in 1957 when the first artificial satellite orbited
  29. Earth 31 years after the flight of Robert H. Goddard's first liquid propellant
  30. rocket.  Within only another 22 years, spacecraft of the National Aeronautics
  31. and Space Administration had explored all the planets of our Solar System that
  32. were known to mankind before the invention of the telescope.
  33.  
  34.      On September 1, 1979, Pioneer 11 climaxed these 22 years of space
  35. exploration by reaching Saturn after journeying through space for 6-1/2 years
  36. over a distance of 3.2 billion kilometers.  On its approach to Saturn, Pioneer
  37. found that the giant planet has a magnetic field and a complex magnetosphere
  38. buffeted by the solar wind.  These discoveries added to earlier ones made by
  39. Pioneer about the magnetic field and magnetosphere of Jupiter.
  40.  
  41.      Pioneer revealed unique and spectacular views of Saturn and its ring
  42. system.  If an observer had been onboard the spacecraft as it swept by this
  43. mighty ringed planet, the view would have been spectacular.  Behind the
  44. spacecraft, the Sun had shrunk to only about one-ninth the size it appears on
  45. Earth.  Ahead, Saturn appeared as a rotating, flattened globe with banded
  46. patterns.  The spacecraft approached the planet from above while the south
  47. side of the rings were illuminated by the Sun.  This view of the magnificent
  48. ring system is one never seen from Earth.  The usually bright rings appeared
  49. dark and the usually dark gaps between them were bright.  This vantage point
  50. provided scientists with much new information about the structure of these
  51. rings - rings that had been regarded as unique until recently when much less
  52. spectacular rings were discovered around the planets Jupiter and Uranus.
  53.  
  54.      At a speed approaching 114,000 km/hr, the spacecraft rushed toward
  55. Saturn.  Over the several days before closest approach, the detailed structure
  56. of the rings gradually became clearer.  One by one, the bright specks of
  57. Saturn's family of small satellites and the globe of the huge satellite Titan
  58. appeared.
  59.  
  60.      As Pioneer moved closer to Saturn, the most critical period of the
  61. mission was at hand - when the spacecraft crossed the plane of the rings and
  62. hurtled beneath them for its closest approach to within 21,400 km of the cloud
  63. tops of Saturn.  There was no way of knowing from Earth whether ring particles
  64. were present inside the bright visible rings.  Even a relatively few particles
  65. could destroy the spacecraft.
  66.  
  67.      The polar areas of Saturn were by this time visible and the belts of
  68. weather systems at lower latitudes wer more distinct, although still much less
  69. clearly defined than the weather systems of Jupiter observed by Pioneer
  70. several years before.  Evidence of jet streams in the upper atmosphere began
  71. also to appear.  The shadow of the rings on the planet clearly showed the
  72. divisions in the ring system.
  73.  
  74.      At just under 1 million kilometers from Saturn and 4 hr before closest
  75. approach, Pioneer discovered a faint narrow ring outside the bright A ring.
  76. About the same time, the spacecraft's imaging system revealed a new inner
  77. satellite of Saturn.  Data from the charged particle experiments showed
  78. unusual variations that indicated the presence of another previously unknown
  79. small satellite.  During the next few hours, the planet and its rings expanded
  80. to fill the spacecraft's field of view as it hurtled toward the plane of the
  81. ring system.  The mission controllers and monitors on Earth anxiously wondered
  82. whether the spacecraft would survive to complete its mission.
  83.  
  84.      At 10:36 a.m., September 1, 1979, the spacecraft plunged through the ring
  85. plane.  Not until 86 min later - the time for radio waves traveling at 300,000
  86. km/sec to reach Earth from Saturn - did the message reach the controllers back
  87. on Earth that the spacecraft was undamaged.  Pioneer was continuing its
  88. mission.
  89.  
  90.      Back on the spacecraft, a magnificent view of the fully illuminated rings
  91. unfolded.  The rings stretched overhead in great curved sheets as Pioneer
  92. rushed along beneath them.  Pioneer moved so fast and was so close to the
  93. rings that images could not be obtained for transmission to Earth.  Hurtling
  94. beneath the rings and over the cloudtops, the spacecraft recorded unique
  95. details of the alien environment near this giant planet.  Then Pioneer plunged
  96. back through the ring plane, again without damage to the spacecraft.  The
  97. encounter with Saturn was an unqualified success.
  98.  
  99.      As Pioneer sped away from Saturn, the view was of a crescent-shaped
  100. planet crossed by dark rings and their shadow bands.  Ahead was the large
  101. satellite Titan, which Pioneer would pass at a distance of almost 354,000 km
  102. on September 2.  As it did so, the spacecraft obtained the first images of the
  103. largest satellite in our Solar System.  With Titan shrinking into a starlike
  104. object behind it, and having explored the two giants, Jupiter and Saturn, for
  105. the first time, Pioneer still had not completed its mission.  The spacecraft
  106. headed out of our Solar System toward the distant stars, seeking information
  107. about interplanetary space to the orbit of Pluto and beyond.
  108.  
  109.      During the first decade of space exploration, scientists concentrated on
  110. the inner Solar System, but at the beginning of the second decade scientists
  111. and space technologists began to consider missions to the outer planets,
  112. particularly to the gaseous giants Jupiter and Saturn.  These two planets are
  113. perhaps the most important in the Solar System because, after the Sun, they
  114. contain most of the matter in the Solar System.  Jupiter alone accounts for
  115. over two-thirds of the planetary of the Solar System.
  116.  
  117.      Both giant planets are unusual by terrestrial standards the density of
  118. Jupiter is only slightly greater than water while that of Saturn is
  119. sufficiently low that the planet would float in water.  Jupiter's mass is
  120. 317.8 times that of Earth.  Its gravity affects the orbits of other planets
  121. and may have prevented the asteroids from coalescing into a planet.  Jupiter's
  122. gravitational force pulls many comets into distorted orbits; some short-period
  123. comets appear to have become controlled by Jupiter so that their orbits at
  124. their most distant points from the Sun are about the distance of the Jovian
  125. orbit.  Saturn also has collected a family of comets.
  126.  
  127.      Despite their size, Jupiter and Saturn were not large enough to become
  128. stars.  Their masses were insufficient to raise internal temperatures high
  129. enough to trigger nuclear reactions in their cores.  However, had they been
  130. some 100 times larger, the Solar System might have been a triple star system,
  131. and nighttime would have been infrequent on Earth.  As it is, both giant
  132. planets emit more energy than they absorb from the Sun, energy that is
  133. probably generated as these planets continue to cool following their
  134. primordial gravitational collapse eons ago soon after the Solar System formed.
  135.  
  136.      In 1608, spectacle-maker, Hans Lippershey of Middleburgh, Holland,
  137. invented an astounding instrument.  He happened to pick up two lenses and
  138. looked through them, discovering that objects viewed through the lenses
  139. appeared nearer.  He experimented further with a convex and a concave lens at
  140. the opposite end of a tube.  His spyglass engendered considerable excitement
  141. and word of his on spread across Europe.
  142.  
  143.      Two men, Galileo and Simon Marius, using the idea of Lippershey's
  144. spyglass, constructed a device - which came to be known as a telescope in
  145. about 1611 - and trained it on the heavens.
  146.  
  147.      The discovery of the satellites of Jupiter is usually credited to
  148. Galileo, who published "The Starry Messenger" relating the results of
  149. observations he made at Padua on January 7, 1610.  Galileo made a staggering
  150. number of observations at that time - "great, unusual, and remarkable
  151. spectacles, a host of stars." The Starry Messenger described what Galileo
  152. considered the most important discovery of all, the moons of Jupiter.  Some
  153. historians, however, claim that Simon Marius of Auerbach, Germany, first
  154. discovered the Jovian satellites on December 29, 1609, but he did not publish
  155. his observations.
  156.  
  157.      Both men, looking at Jupiter, were astounded to discover that the bright
  158. planet possessed a system of satellites - an undreamed of condition in the
  159. Aristotelian philosophy of an Earth-centered universe then holding sway over
  160. most human thought.  In fact, some scientists of that day claimed the luminous
  161. objects were defects of the new instrument, not real objects.  These
  162. satellites Are later given the names Io, Europa, Ganymede, and Callisto by
  163. Marius, but are often referred to as the Galilean satellites.  Today the
  164. satellites are frequently identified by the Roman numerals I, II, III, and IV,
  165. respectively.
  166.  
  167.      In 1675, Ole Roemer, observing Jupiter's satellites, made one of the most
  168. important discoveries in physics.  He noted that the eclipses of Jovian
  169. satellites occur progressively later as the Earth moves away from Jupiter and
  170. progressively earlier as it moves toward Jupiter.  He explained that this
  171. effect is evidence for the finite velocity of light.  Light traveling across
  172. Earth's orbit, when Earth is farthest from Jupiter, takes 16 min and 40 sec to
  173. cover the additional distance.  From this, he estimated the velocity of light
  174. to be about 300,000 km/sec (186,000 mps).
  175.  
  176.      The Jovian satellites are quite large - Callisto and Ganymede are about
  177. the size of the planet Mercury, while Io and Europa are larger than Earth's
  178. Moon.  Viewed through a pair of good field glasses, all four satellites appear
  179. as starlike objects nearly in a straight line on either side of the disk of
  180. the planet because their orbits are viewed almost edgewise from Earth.  These
  181. satellites have been sighted without the use of a telescope.  The best viewing
  182. time is when the sky is faintly light following sunset, before the planet
  183. becomes overpoweringly brilliant in a black sky.
  184.  
  185.      Almost three centuries later, in 1892, E. E. Barnard discovered a fifth
  186. satellite of Jupiter.  Of the 14 Jovian satellites known today, 10 are much
  187. smaller than the 4 Galilean satellites.  The Jovian system thus resembles a
  188. small solar system, except that the orbits of its four outermost satellites
  189. are traversed in the opposite sense to that of the other satellites, whereas
  190. all the planets orbit the Sun in the same sense, counterclockwise when viewed
  191. from the north ecliptic pole.
  192.  
  193.      Saturn and its rings and satellites resemble a small solar system as
  194. well.  But Saturn's satellites did not intrigue astronomers so much as other
  195. strange, unusual appendages during the years following the discovery of the
  196. telescope.  In 1610, Galileo was mystified by two appendages, one on either
  197. side of Saturn.  He was even more mystified when a few years later he could no
  198. longer see them.  Many years later, Christian Huygens, who mastered the art of
  199. grinding telescope lenses with higher precision than his contemporaries,
  200. observed a thin ring surrounding the planet inclined at a considerable angle
  201. to the plane of the ecliptic, sometimes seen open and bright and at other
  202. times invisible from Earth when viewed edge-on.  At this same time, 1655,
  203. Huygens discovered a satellite of Saturn - Titan.
  204.  
  205.      Astronomers had identified two bright rings of Saturn.  But for many
  206. years, the nature of Saturn's rings remained an enigma.  In June 1838, the
  207. astronomer Galleo observed that from the inner ring a veil extended across
  208. half the dark space separating it from the planet.  It was not until 1850 that
  209. Bond in the United States and Dawes in England showed that this effect was
  210. caused by a faint third "crepe" ring.  Still the nature of Saturn's rings
  211. remained a mystery.  Laplace and Herschel thought the rings were solid.  In
  212. 1848, Edward Roche suggested they were probably small particles; Bond, in
  213. 1851, thought they must be fluid.  Not until 1857 did James Clerk Maxwell, the
  214. Scottish physicist, prove mathematically that the rings consist of particles
  215. orbiting Saturn so closely crowded together as to appear as a continuous mass.
  216.  
  217.      By the end of the 17th century, astronomers had discovered five
  218. satellites of Saturn, all but Titan being smaller than the Galilean satellites
  219. of Jupiter.  In 1789, Herschel, with a new reflecting telescope, observed two
  220. more satellites.  In the next century two more were discovered - at the time
  221. of the Pioneer missions to the giant planets nine known satellites orbited
  222. Saturn and two more were suspected.
  223.  
  224. Solar Orbits of the Giant Planets
  225.  
  226.      Ancient astronomers observing the motions of the planets against a
  227. background of stars called them wandering stars.  The word "planet" is derived
  228. from the Greek word "wanderer."  All the planets, including Earth, orbit the
  229. Sun in near circular paths.  Jupiter and Saturn orbit the Sun outside the
  230. orbit of Earth - they are called superior planets.  As seen from Earth they
  231. appear to move eastward on the average, nearly along the ecliptic.  The
  232. ecliptic is the apparent yearly path of the Sun relative to the stars, which
  233. is the projection of the plane of Earth's orbit, the ecliptic plane, against
  234. the background of stars.  Jupiter takes 11.86 Earth-years to orbit the Sun,
  235. Saturn, 29.46 years.  So, as viewed from Earth, Jupiter and Saturn move along
  236. close to the ecliptic year by year progressively passing through the 12
  237. zodiacal constellations.
  238.  
  239.      When a superior planet is opposite the Sun in the sky, the planet is
  240. nearest Earth - and is in opposition.  Consequently, the planet appears
  241. brightest at this time.  At midnight it shines in the southern sky of the
  242. Northern Hemisphere, or in the northern sky of the Southern Hemisphere.
  243. Jupiter is in opposition every 13.1 months, Saturn every 12.4 months.
  244.  
  245.      A planet is in conjunction when it lies in nearly the same direction as
  246. the Sun as seen from Earth.  At this time, the planet is not visible in the
  247. night sky and is then most distant from Earth.
  248.  
  249.      Because the orbit of a superior planet is outside Earth's orbit, and
  250. because Earth moves faster, each year around the date of opposition, a
  251. superior planet is "overtaken" by Earth and the planet appears to move
  252. backward relative to the background of stars - toward the west - in
  253. "retrograde motion."
  254.  
  255. Jupiter as Observed from Earth
  256.  
  257.      From pole to pole, Jupiter measures 134,000 km (83,270 miles) compared
  258. with Earth's 12,700 km (7,890 miles).  Jupiter turns on its axis faster than
  259. any other planet in our Solar System, once every 9 hr 55.5 min.  Its
  260. equatorial regions rotate slightly faster than other regions, in 9 hr 50.5
  261. min.  Such rapid rotation has flattened the poles, and at its equator, Jupiter
  262. bulges to about 8,200 km (5,095 miles) greater than its polar diameter.
  263.  
  264.      Although Jupiter's volume is 1317 times that of Earth, its mass is just
  265. under 318 times Earth's mass.  Scientists have long known that Jupiter is not
  266. a solid body like Earth but consists mainly of gas and liquid with possibly a
  267. small rocky core (which is also liquid).  By the 1950's, scientists realized
  268. that Jupiter's composition, predominantly hydrogen and helium, more closely
  269. resembles that of the Sun than of Earth.
  270.  
  271.      The sight of Jupiter, seen from Earth through a telesccope, is
  272. magnificent - stripes and bands of turbulent clouds parallel the planet's
  273. equator.  Dusky amorphous areas cover each pole.  The darker stripes or
  274. "belts" and the lighter bands between these belts called "zones" are permanent
  275. enough to be given names.
  276.  
  277.      The colors of Jupiter appear soft and muted, yet quite definite.  They
  278. change at different times the zones vary from yellowish to white, the belts
  279. from gray to reddish brown.  The intensity of the bands changes, fading and
  280. darkening.  The bands also widen or become narrow and move up or down in
  281. latitude.  Streaks, wisps, arches, loops, plumes, patches, lumps, spots, and
  282. festoons embellish the zones and bands.  Astronomers have suggested that these
  283. smaller features are clusters of clouds, and that others are zones of
  284. turbulence between jet streams moving at different speeds.  These small
  285. features are observed to change during the course of a day, sometimes within
  286. hours.
  287.  
  288.      Cloud formations move around Jupiter at different rates.  A great
  289. equatorial current, 200 wide, sweeps around Jupiter at 360 km/hr (225 mph)
  290. faster than surrounding regions.
  291.  
  292.      In the southern hemisphere of Jupiter, a huge oval feature has intrigued
  293. astronomers since it was first observed in 1664 by the astronomer Robert
  294. Hooke.  This Great Red Spot is now about 24,000 km (15,000 miles) long, but at
  295. times has extended to almost 48,000 km (30,000 miles).  The spot has, on
  296. occasion, faded almost completely.  Many scientists have speculated on this
  297. marking, describing it as a high mountain peak or an island floating in the
  298. clouds.  Small and less persistent red spots have been seen from time to time
  299. as well as relatively short-lived white spots.
  300.  
  301.      After the Sun, Jupiter is the strongest source of radio signals in the
  302. Solar System.  Three types of radiation received on Earth are emitted from
  303. Jupiter - thermal, decimetric, and decarnetric.  Thermal radio waves are
  304. produced by agitated molecules in the Jovian atmosphere.  Decimetric radio
  305. waves are produced by electrons spiraling around lines of force in the
  306. planet's magnetic field.  Decametric radio waves are produced by some
  307. remarkable type of electrical instability.  Scientists have observed that
  308. decametric radiation is linked in some way to the orbital motion of Io, the
  309. closest large satellite of Jupiter.
  310.  
  311.      From observations of decimetric radio waves, scientists concluded that
  312. Jupiter has a magnetic field and radiation belts similar to Earth's belts
  313. within which charged particles are trapped and spiral around magnetic field
  314. lines.  Because of the intensity of these radiation belts, scientists
  315. calculated that Jupiter's magnetic field is many times stronger than that of
  316. Earth.
  317.  
  318. Saturn Observed from Earth
  319.  
  320.      From pole to pole, Saturn measures 107,000 km (66,490 miles).  The planet
  321. spins on its axis once in about 10 hr 40 min.  Saturn's equatorial regions
  322. rotate slightly faster than other regions, in 10 hr 14 min.  This rapid
  323. rotation has flattened the poles and has bulged Saturn's equatorial diameter
  324. to about 12,000 km (7,456 miles) greater than the polar diameter.
  325.  
  326.      Although Saturn's volume is 755 times that of Earth, its mass is just
  327. under 95.2 times Earth's mass.  Saturn is not a solid body like Earth but is
  328. similar to Jupiter, consisting mainly of gas and liquid with possibly a small
  329. rocky (liquid) core.  Like Jupiter, Saturn is composed predominantly of
  330. hydrogen and helium and is therefore more like the Sun than Earth.  However,
  331. there is a striking difference between Jupiter and Saturn - the density of
  332. Saturn is only about half the mean density of Jupiter and about one-eighth
  333. that of Earth.
  334.  
  335.      Viewed through a telescope from Earth, Saturn is a spectacular sight - a
  336. dull, flattened globe surrounded by bright rings extending to a diameter of
  337. 274,200 km (170,400 miles).  Faint bands on the globe suggest stripes of cloud
  338. paralleling the planet's equator.  Large darker regions cover each pole, with
  339. dark stripes or "belts" and lighter bands between the belts called "zones."
  340.  
  341.      The colors of Saturn are softer and more muted than those of Jupiter,
  342. varying from pale yellow to brownish yellow.  The contrast between belts and
  343. zones is much less striking than on Jupiter.
  344.  
  345.      Observations from Earth have revealed many interesting details.  Of
  346. course, Saturn is much farther away and, viewed through a telescope, appears
  347. as a disk whose diameter is less than half that of Jupiter.  Light-colored
  348. spots have been observed on Saturn from time to time, but they do not last as
  349. long as those on Jupiter nor are their colors so intense.  No feature of
  350. Saturn compares with Jupiter's Great Red Spot.  In fact, only 10 conspicuous
  351. spots have been observed on Saturn during 300 years of telescopic observations
  352. from Earth.
  353.  
  354.      From observations of such spots, astronomers have determined that clouds
  355. move around Saturn in 10 hr 37 min at 400 north and south latitudes, some 23
  356. min longer than clouds at the equator.  The variations in cloud speeds are
  357. believed to cause turbulence between belts and zones as on Jupiter.
  358.  
  359.      Since no nonthermal radiation had been detected before the Pioneer
  360. mission, whether Saturn possessed a magnetic field could not be proved from
  361. radio data.  However, because Saturn resembles Jupiter and spins rapidly on
  362. its axis, scientists thought it likely that Saturn has a magnetic field, but a
  363. flyby spacecraft would be needed to establish its presence and to measure its
  364. strength.  The ring system of Saturn is a fascinating spectacle.  These rings
  365. have divisions that were not thought to be empty space but regions where there
  366. were smaller numbers of particles.  The most prominent division discovered by
  367. Cassini in 1675 is called Cassini's division.  From Earth-based observations,
  368. astronomers believed it was about 6,000 km (3,730 miles) wide.  It separates
  369. the two main bright rings - A for the outermost and B for the next inner
  370. visible ring - that comprise the bright visible system.
  371.  
  372.      The B ring is the brighter - a golden yellow ring with a brighter rim
  373. near its outer circumference which stands out in high contrast against
  374. Cassini's division.  The A ring is silvery, not so bright as the B ring.  As
  375. discovered by Encke, the A ring also has a less clearly defined gap about
  376. one-fourth the width of Cassini's division.  A faint inner "crepe" ring, or C
  377. ring, has a milky transparency against the blackness of space or, when seen
  378. against the globe of the planet, it appears to be a dusky veil.  The rings,
  379. being so thin, virtually disappear when seen edge on.  These rings are
  380. estimated to be only 2 km thick.
  381.  
  382.      Some observers claim to have observed faint rings inside the C ring and
  383. outside the A ring - an innermost D ring and an outermost E ring.  Whether
  384. rings existed beyond the visible rings was an important consideration to
  385. scientists planning spacecraft trajectories to fly by Saturn.
  386.  
  387.      Much of the evidence concerning Saturn's rings was conflicting.  Both the
  388. composition and size of particles in the rings were disputed for many years.
  389. Just before the Pioneer mission, there were many speculative theories about
  390. the composition of the rings.  One of these suggested that the rings consisted
  391. of ice or ice-coated rocks with diameters of at least 5 cm (2 in.) but not
  392. greater than several meters.
  393.  
  394. Planetary Interiors
  395.  
  396.      Astronomers believe that the interiors of Jupiter and Saturn are very
  397. similar to each other but quite different from those of the terrestrial
  398. planets such as Earth.  It is believed that the giant planets consist of
  399. shells of increasing density.  The outermost shell, the hydrogen atmosphere,
  400. has some helium and traces of heavier gases such as methane, ammonia, and
  401. water vapor.  At depth within this atmosphere, the pressure becomes so great
  402. that the hydrogen liquefies.  The next lower shell is of liquid hydrogen.
  403. Much deeper, the pressure is so great that liquid hydrogen becomes a special
  404. form called liquid metallic hydrogen, which behaves as a metal and readily
  405. conducts heat and electricity.  Convective motions within this shell of
  406. metallic hydrogen could be responsible for the magnetic field of Jupiter and
  407. would be expected to produce a magnetic field for Saturn as well.  Deep within
  408. each planet, highly compressed volatiles such as water, ammonia, and methane
  409. might surround a liquid metallic core with a mass perhaps 10 to 20 times
  410. greater than that of Earth.  Each core might be extremely hot, exceeding the
  411. temperature at the surface of the Sun, because of the tremendous pressures at
  412. the planetary cores.  Some models of planetary interiors suggest that, for
  413. Saturn, helium might separate from hydrogen to form another shell just above
  414. the core.
  415.  
  416. Planetary Evolution
  417.  
  418.      The planets of the Solar System probably formed four to five billion
  419. years ago when hosts of small rocky particles and clouds of gas were drawn
  420. together by gravity.  It is believed that as the Sun condensed from a
  421. primordial nebula, planets formed from concentrations of matter at various
  422. distances from the Sun.  One speculation is that the planets that began early
  423. to aggregate material scooped up more matter than those planets that started
  424. later and had less free material to collect.  The distribution of mass in the
  425. clouds probably contributed greatly to the resultant masses of the planets.
  426.  
  427.      Photographs taken by spacecraft of the inner planets and their
  428. satellites, coupled with geological evidence on Earth and radar probing of the
  429. Venusian surface, show that the crusts of the terrestrial planets are densely
  430. cratered by many impacts.  This cratering presents evidence of the final
  431. stages of planetary accretion.  On Earth, subsequent changes to the surface
  432. through internal heat, plate tectonics, and weathering obliterated nearly all
  433. evidence of impact cratering.  While such cratering would not, of course, have
  434. taken place on the gaseous giants, cratering on their satellites may offer
  435. clues about the distribution of the matter that impacted their surfaces.
  436.  
  437.      Much of the primordial gas was hydrogen, the most common material in the
  438. Universe.  The Sun, for example, is nearly all hydrogen, as are the stars.
  439. Vast clouds of hydrogen fill the spaces between the stars.  Earth and the
  440. other inner planets may have possessed some hydrogen in their atmospheres for
  441. a very short time in the scale of planetary development.  Energetic eruptions
  442. on the Sun during its early development may have swept hydrogen from the inner
  443. Solar System, depleting hydrogen from the atmospheres of the inner planets.
  444. The atmospheres of the outer planets still hold hydrogen.  Jupiter and Saturn
  445. are thought to be predominantly hydrogen, and Uranus and Neptune are also
  446. believed to contain much of this very light gas.
  447.  
  448.      Knowledge of the complex atmospheres of the outer planets should be
  449. helpful in understanding Earth's early atmosphere.  From studies of duststorms
  450. in the thin, dry atmosphere of Mars and circulation patterns in the dense, hot
  451. atmosphere of Venus, meteorologists have gained a better understanding of
  452. planetary atmospheres in general.  Information about the atmospheres of the
  453. giant planets is expected to add to this body of understanding.
  454.  
  455.      At some level in the deep atmospheres of Jupiter and Saturn, the
  456. temperature should equal that on Earth.  At this level ammonia crystals become
  457. liquid ammonia droplets and water condenses.  These droplets would rain from
  458. the clouds, sometimes frozen into snows of water and ammonia.  But the drops
  459. and snowflakes would never fall to a solid surface as on Earth.  Instead, at
  460. the warm lower regions of the deep atmospheres of Jupiter and Saturn, these
  461. droplets would evaporate and return to the clouds.
  462.  
  463.      Such a circulation pattern, somewhat analogous to those that create
  464. violent thunderstorms and tornadoes in Earth's atmosphere, would probably
  465. cause endless violent turbulence in the atmospheres of the giant planets, far
  466. more violent than Earth's thunderstorms.  The electrical discharges that would
  467. accompany such turbulence would make Earth's flashes of lightning mere sparks
  468. by comparison.  Thus vertical turmoil in the atmospheres of Jupiter and Saturn
  469. may provide examples of the most violent storms imaginable.  Jet circulations
  470. in the cloud bands of these giants may be analogous to Earth's major
  471. atmospheric patterns such as the trade winds, tropical convergences, and jet
  472. streams.
  473.  
  474.      It was long thought that Jupiter and Saturn might be inhospitable planets
  475. on which life could not survive.  But since there are probably liquid water
  476. droplets in an atmosphere of hydrogen, methane, and ammonia, the atmospheres
  477. of the giant planets may provide the same primordial "soup" from which it has
  478. been suggested that life originated on Earth.
  479.  
  480.      Life has been described as an unexplained ability to organize nonliving
  481. matter into a continuing system that perceives, reacts to, and evolves to cope
  482. with changes in the physical environment which threaten to destroy its
  483. organization.  In 1953 a mixture of hydrogen, methane, ammonia, and water
  484. vapor - components of the atmospheres of Jupiter and Saturn - was bombarded by
  485. electrical discharges to simulate the effects of bolts of lightning.  As a
  486. result, some of the gas molecules combined into more complex molecules of the
  487. type believed to be the building blocks of living systems.
  488.  
  489.      At some point in Earth's history, postulated as being about 3.5 to 4
  490. billion years ago, highly complex, carbon-based molecules became organized
  491. into living systems that were able to replicate themselves - to reproduce.  It
  492. is theorized that from this beginning through developmental changes in this
  493. biological chain, all the living creatures on Earth evolved.
  494.  
  495.      But has life evolved in the atmospheres of Jupiter and Saturn?  It is
  496. known that, on these planets, the temperature may be right and the gas mixture
  497. suitable, and that electrical discharges occur.  Although the Pioneer
  498. spacecraft were not intended to search for evidence of such evolutionary
  499. processes, such missions could be precursors to more sophisticated ones,
  500. perhaps probing deep into the atmospheres of these intriguing planets.
  501.  
  502. Mission Objectives
  503.  
  504.      The question of beginnings has always intrigued man.  There are no
  505. satisfactory answers to how the Solar System condensed from charged atoms,
  506. energetic molecules, and electromagnetic forces of some primeval nebula.  Nor
  507. is it known how the various planets evolved in their unique way.  And more
  508. significant to man - how did life originate and flourish on Earth, a planet so
  509. different from all the others?
  510.  
  511.      Earth itself reveals few answers because our planet can be studied only
  512. in its recent stages of evolution, a very short period in the long history of
  513. Earth as an astronomical body.  From the available information, scientists
  514. cannot be sure about Earth's past, let alone its future.  However, other
  515. planets have passed through evolutionary phases at different rates and some,
  516. such as the Moon and Mercury, have "fossilized" their ancient record of
  517. planetary evolution.  But planets are much too far away to be studied in great
  518. detail by use of telescopes on Earth.  Also, observations are limited by the
  519. screening and distorting effects of Earth's atmosphere.
  520.  
  521.      With the planetary probes, astronomers have learned more about the
  522. planets during the first years of the space age than in all the previous
  523. centuries of observations from Earth.  From this knowledge, man has gained a
  524. better understanding of our planet Earth, its past and its future.  Such
  525. knowledge and understanding are vital to the survival of all living species,
  526. for man must protect his tenuous environment while adapting to inevitable
  527. natural and man-made changes.
  528.  
  529.      In many respects, the giant planets Jupiter and Saturn provide models of
  530. what is taking place in the entire Universe.  Many processes within these
  531. planets may be similar to those in stars before nuclear reactions occur.  The
  532. great turmoil in these processes, particularly those of Jupiter, coupled with
  533. the high-speed rotation of these planets, provide an opportunity for
  534. scientists to make comparative studies of jet streams and weather in quieter
  535. planetary atmospheres such as Earth's.
  536.  
  537.      Each satellite system of the two giant planets represents a lesser solar
  538. system, even, as for Jupiter, to the densities of the satellite bodies which,
  539. like the planets, decrease with distance from the central body.  Thus, their
  540. formation may have paralleled the formation of the Solar System.
  541.  
  542.      The outer reaches of the Solar System were relatively unknown before the
  543. Pioneer odyssey to Jupiter and Saturn.  Yet these great planets provide
  544. valuable information to help us understand the origins of the Solar System.
  545. Since they are so distant from the Sun, they require that spacecraft depart
  546. Earth's orbit very fast to reach them in a reasonable time.  For planets more
  547. distant than Jupiter, available launch vehicles cannot boost spacecraft of
  548. practical size to the necessary velocities.  However, using the gravitational
  549. field and orbital motion of Jupiter in a slingshot technique, spacecraft can
  550. be hurtled into more energetic paths to carry them to the more distant planets
  551. and to escape from our Solar System.
  552.  
  553.      But there was a danger: within Jupiter's strong magnetic field, radiation
  554. belts extend outward to great distances.  These radiation belts must be
  555. explored to ascertain whether they will damage spacecraft if Jupiter is to be
  556. used as a gravity slingshot to the outer worlds.  If these radiation belts
  557. prove to be a serious hazard, the exploration of the outer Solar System might
  558. have to await the development of more energetic propulsion systems than
  559. chemical rockets, perhaps decades hence.  Whether Saturn can be used as a
  560. slingshot to reach Uranus and Neptune is in doubt until scientists can
  561. determine what hazards, if any, are presented by the ring particles outside
  562. the bright visible rings of the planet.
  563.  
  564.      Although scientists have estimated from radio waves emitted by the Jovian
  565. radiation belts approximately how many electrons are trapped there, they have
  566. no way of knowing from Earth how many high-energy protons are trapped there -
  567. protons of the type that would be especially hazardous to spacecraft.
  568. Similarly, scientists cannot determine from Earth whether Saturn's rings
  569. extend far beyond the visible rings.  Only with a spacecraft that could
  570. penetrate the radiation belts of Jupiter and, if it survived this journey, one
  571. that could then pass through the ring plane of Saturn near the visible rings,
  572. could scientists find out the answers.
  573.  
  574.      The mission to Jupiter and Saturn posed many technical challenges.  It
  575. would extend man's exploration of the Solar System to a new scale - 780
  576. million kilometers (485 million miles) from the Sun to Jupiter and another 650
  577. million kilometers (400 million miles) to Saturn, with a chance to explore
  578. interplanetary space far beyond the orbit of Uranus, although not in close
  579. proximity to that planet.
  580.  
  581.      The vast distances to be covered by the spacecraft presented problems of
  582. communications - not only because of the weakness of radio signals but also
  583. because of the time delay in information traveling to Earth from the
  584. spacecraft and radio commands transmitted from Earth to the spacecraft.  This
  585. delay required that controllers on Earth become adept at flying the spacecraft
  586. 90 min out of step with the spacecraft itself at Jupiter and 170 min out of
  587. step at Saturn.
  588.  
  589.      Because of the great distance between the Sun and Jupiter, sunlight at
  590. Jupiter's orbit is only 1/27 as intense as at Earth's orbit; at the distance
  591. of Saturn, sunlight is only 1/90 as intense.  Normally, a spacecraft's
  592. electrical power is supplied by converting sunlight to electricity.  But a
  593. spacecraft bound for the outer Solar System must carry a nuclear energy source
  594. to generate electricity.  Also, since the spacecraft must fly through space
  595. for several years before reaching its destination, the demands for a highly
  596. reliable spacecraft were more stringent than in previous missions.  Moreover,
  597. because of the high velocities required to reach Jupiter and Saturn, the
  598. spacecraft and its components and scientific instruments had to be
  599. lightweight.
  600.  
  601.      Additionally, between Mars and Jupiter stretches an asteroid belt which
  602. some scientists thought might include abrasive dust, perhaps 280 million
  603. kilometers (175 million miles) wide, which might seriously damage a spacecraft
  604. crossing it.
  605.  
  606.      Despite these obstacles, the opportunity to explore the outer Solar
  607. System beyond the orbit of Mars beckoned strongly, challenging the ingenuity
  608. of space technologists.  The National Aeronautics and Space Administration
  609. accepted he challenge in a double-pronged exploratory mission: two spacecraft,
  610. Pioneers F and G, were to make the assault.  Their journeys into the unknown
  611. to explore the far reaches of our Solar System began early in 1972 -
  612. incredible journeys to he planets Jupiter and Saturn, two spectacular points
  613. of light in the night skies of Earth that have held the attention of mankind
  614. for centuries.
  615.  
  616.