De Amerikaanse ruimtemissie Mariner 2 (officieel “Mariner R-2”) was een van de mijlpalen in de geschiedenis van de planetaire exploratie. Het was de eerste succesvolle missie van de NASA die een ander hemellichaam dan de Aarde bezocht, namelijk de planeet Venus.
De Mariner-serie werd door NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) ontwikkeld in de vroege jaren zestig met het doel de binnenste planeten van het zonnestelsel te verkennen. Mariner 2 was oorspronkelijk onderdeel van een twee-ruimteschip-programma: eerst werd Mariner 1 gelanceerd, en daarna Mariner 2. Mariner 1 werd op 22 juli 1962 gelanceerd maar liep al snel af van koers en werd vernietigd. Mariner 2 werd succesvol gelanceerd op 27 augustus 1962. Het lanceervoertuig was een Atlas-Agena B vanop de lanceerbasis Cape Canaveral in Florida. Na ongeveer 110 dagen reis bereikte het de Venusbaan en voerde op 14 december 1962 een vlakbij-vlucht (flyby) uit van Venus. De laatste communicatie met het ruimtevaartuig vond plaats op 3 januari 1963, waarna de missie officieel werd afgesloten.
Verloop van de missie
Na de lancering van 27 augustus 1962 raakte Mariner 2 in een heliocentrische baan richting Venus. Tijdens de vlucht werd een koerscorrectie uitgevoerd op 4 september 1962 om de juiste benaderingsbaan te verkrijgen. Het oorspronkelijke plan was dichter bij Venus te passeren (~9000 mijl) maar door de extra snelheidsimpuls kwam de flybyafstand op ongeveer 21.000-35.000 km uit. Gedurende de reis naar Venus voerde het ruimtevaartuig metingen uit in het interplanetaire medium: het “tussen de planeten” gebied. Het detecteerde onder andere de zogenaamde zonnewind, een stroom geladen deeltjes van de zon, iets wat tot dan toe nauwelijks rechtstreeks was gemeten. Bij de nadering van Venus had Mariner 2 te maken met verschillende technische problemen: één van de twee zonnepanelen werkte niet meer, de temperatuur aan boord liep gevaarlijk op, en de motorsequentie vertoonde afwijkingen. Desondanks slaagde het vaartuig erin gezond de Venus-aanpak uit te voeren. Op 14 december 1962 passeerde Mariner 2 Venus op een afstand van ongeveer 34.854 km (21.660 mijlen) van het planeetoppervlak. Tijdens de encounter voerde Mariner 2 scans uit met zijn wetenschappelijke instrumenten: onder andere vijf scans van de nachtzijde van Venus, acht over de terminator (grens tussen dag en nacht) en vijf op de dagzijde. Na de passage werd het vaartuig verder in zijn baan om de zon geleid en bleef contact mogelijk tot begin januari 1963. Daarna werd de communicatie stopgezet; het ruimtevaartuig bleef in een baan om de zon.
Instrumenten aan boord
Mariner 2 had een relatief eenvoudig instrumentenpakket in vergelijking met latere sondes, omdat hij werd ontwikkeld in een relatief kort tijdsbestek en gebruik maakte van bestaande hardware (onder andere afgeleid van de Ranger-lunar-missies). De belangrijkste instrumenten waren:
- Microwavestraleradiometer (microwave radiometer): bedoeld om de temperatuur van het oppervlak onder de wolkenlaag van Venus te meten.
- Infraroodradiometer (infrared radiometer): een instrument voor de dag- en nachtzijde temperaturen van de planeet.
- Drie-assige fluxgate magnetometer: om een mogelijk magnetisch veld van Venus te detecteren en ook het magnetische veld van de zon in de buurt te meten.
- Kosmische stralingsdetector (cosmic ray detector): voor hoogenergetische deeltjes in het interplanetaire medium en rondom Venus.
- Kosmisch-stofdetector (cosmic dust detector): voor detectie van stofdeeltjes in de ruimte tussen de planeten.
- Zonneplasma-spectrometer (solar plasma spectrometer) / laaddeeltjesdetector: om geladen deeltjes van de zon (zonnewind) te meten.
- Ionisatie-kamer en Geiger-Müller buizen (GM-buizen): voor metingen van laag- en hoogenergetische geladen deeltjes.
Opmerkelijk is dat Mariner 2 geen camera had om beelden van Venus te maken, de planeet was bedekt met dikke wolken waardoor visuele fotografie weinig zin had in deze fase.
Belangrijkste ontdekkingen
De missie van Mariner 2 leverde meerdere baanbrekende wetenschappelijke resultaten op, zowel voor de planeet Venus zelf als voor de interplanetaire ruimte. Hieronder de belangrijkste:
- Confirmatie van extreme oppervlaktetemperaturen op Venus
Dankzij de radiometerinstrumenten werd vastgesteld dat de oppervlaktetemperatuur van Venus ongeveer 425 °C bedroeg (ca. 800°F). Bijvoorbeeld metingen varieerden van ~216 °C (421 °F) aan de nachtzijde tot ~237 °C (459 °F) aan de dagzijde. Deze waarnemingen ondersteunden de hypothese dat Venus een runaway broeikaseffect kent, zoals eerder voorgesteld door onder meer Carl Sagan. Het idee van een “tropische aarde” werd hiermee definitief verlaten en het beeld van Venus als een verbrandende hothouse bevestigd. - Dichte wolkenlaag en geen zicht op het oppervlak
Mariner 2 bevestigde dat Venus geen direct zichtbaar oppervlak had zoals de Aarde, de planeet is volledig bedekt door een dichte wolkenlaag op hoogtes van ongeveer 56 tot 80 km boven het oppervlak. Deze wolkenlaag remt vrijwel alle zichtbaar licht waardoor metingen zoals temperatuur-radar of radiometerinstrumenten cruciaal werden. - Geen detecteerbaar planeetmagnetisch veld
De fluxgate-magnetometer van Mariner 2 vond geen noemenswaardig intern magnetisch veld rondom Venus, iets wat suggereert dat Venus geen magnetosfeer heeft vergelijkbaar met die van de Aarde. Dit betekent dat de planeet minder beschermd is tegen kosmische straling en zonnewind dan de Aarde, en dat de wisselwerking tussen de zonnewind en Venus anders is dan bij onze planeet. - Analyse van de zonnewind en interplanetaire omgeving
Een van de belangrijkste “tussen-de-planeten” resultaten was de bevestiging van de aanwezigheid van een continue stroom geladen deeltjes afkomstig van de zon, de zonnewind. Mariner 2 leverde gegevens over de dichtheid, snelheid, samenstelling en variatie van deze stroom. Tevens werden metingen verricht aan kosmische straling en interplanetair stof; bijvoorbeeld werd vastgesteld dat interplanetair stof minder dicht is dan sommige schattingen aannamen. - Belang voor technieken en latere missies
Hoewel dit niet een “natuurlijke” ontdekking is van Venus zelf, is het belangrijk dat de Mariner 2-missie grensverleggend was wat betreft techniek. Het liet zien dat het mogelijk is om een ruimtevaartuig op reis te sturen naar een andere planeet, data terug te sturen en de vlucht te voltooien, ondanks technische storingen. De technieken die werden toegepast, zoals radiometrische temperatuurmetingen, interplanetaire deeltjesmetingen en flyby-trajecten, vormden de basis voor latere planetenmissies.
Mariner 2 staat in de geschiedenis als de allereerste succesvolle interplanetaire missie, niet alleen een eerste bezoek aan Venus, maar het betreden van het rijk van planeten buiten de Aarde. Het succes was des te opmerkelijker omdat de missie vrijwel “moest slagen” in de ruimtewedloop van de jaren zestig, en de ontwikkeling in een kort tijdsvenster plaatsvond. Daarnaast veranderde de missie ons begrip van Venus fundamenteel. Vooraf werd Venus wel eens gezien als een warme, vochtige ‘zusterplaneet’ van de Aarde, een soort tropisch paradijs.
De gegevens van Mariner 2 maakten echter duidelijk dat Venus eerder een vurige, onherbergzame wereld is met extreme temperaturen en een dichte atmosfeer vol broeikasgassen. Dit leidde ertoe dat latere missies, zowel van de Verenigde Staten als de Sovjet-Unie, Venus gingen verkennen met het juiste instrumentarium om onder andere de atmosfeer, druk, samenstelling en wolkenlagen beter te begrijpen. Op technisch vlak toonde Mariner 2 aan dat flyby-missies haalbaar en productief zijn. De ervaringen met koerscorrecties, het omgaan met storingen aan boord, stralingsmilieu in het interplanetaire medium, communicatie over grote afstanden, dit alles werd waardevolle kennis voor de latere Mars- en Venus-exploratie.
