Difesa Planetaria, anno zero
15 febbraio 2013: i fatti, brevemente.
(fare doppio click per allargare la foto).Un piccolo asteroide (circa 50 metri di diametro medio), chiamato 2012 DA14 segue una rotta che lo porta a passare a soli 27.000 km. dalla Terra, ben dentro l’orbita geostazionaria occupata dai satelliti per le telecomunicazioni. Tuttavia, dalle rilevazioni effettuate, il rischio di impatto appare molto basso. Ma ecco che, mentre l’attenzione di tutti gli osservatori, e i loro strumenti, sono rivolti verso il piccolo asteroide, entra improvvisamente in scena, con grandi effetti pirotecnici, un ospite del tutto inaspettato. Si tratta di un meteorite che fa il suo ingresso nell’atmosfera sopra la città russa di Chelyabinsk, situata grosso modo tra gli Urali e il confine col Kazakhstan, alle 9:20 del mattino ora locale. Al contatto con l’atmosfera, l’oggetto viene scosso da una serie di fragorose esplosioni, e, alla quota di 20.000 metri circa va definitivamente in mille pezzi, che si spargono tutto intorno in una vasta area. Il capannone di una vecchia fabbrica e lo stadio della locale squadra di hockey vengono distrutti, nonché centinaia di finestre, le cui schegge di vetro sono responsabili della maggior parte dei 1200 feriti registrati a fine giornata. Fortunatamente nessuno è rimasto ucciso. Si stima che il bolide avesse le seguenti caratteristiche: di poco inferiore ai 20 metri di diametro, 10.000 tonnellate di peso, capace di rilasciare un’energia pari a 500 kilotoni di TNT. Velocità e rotta erano incompatibili con quelle dell’asteroide 2012 DA14, quindi il meteorite non aveva con esso nessun rapporto, si è trattato di due eventi del tutto indipendenti, avvenuti lo stesso giorno per puro caso.
Va da se che un sistema di difesa planetaria credibile dovrebbe essere frutto degli sforzi di un vasto schieramento internazionale; la sua direzione, i costi, e le responsabilità verrebbero condivise tra gli associati. Potrebbe essere necessario emendare i trattati internazionali attualmente in vigore, laddove escludano senza eccezioni l’uso di armi atomiche nello spazio, che invece potrebbe rivelarsi indispensabile in casi estremi. Ma sopratutto bisognerebbe che la classe dirigente e l’opinione pubbblica si rendessero conto che è ora di cominciare ad elaborare una strategia di sfruttamento metodico delle risorse del Sistema Terra-Luna per gettare le basi, entro fine secolo, di un vero e proprio sistema industriale basato nello spazio (ISRU) e largamente indipendente dalla Terra, in profonda sinergia con l’architettura della Difesa Planetaria. Già dall’anno scorso sono attive due piccole società, la Planetary Resources e la Deep Space Industries (DSI), decise a inaugurare le prime miniere extraterrestri. Infatti, oltre alla Luna, gli asteroidi che si muovono nelle vicinanze della Terra (i cosidetti NEO) potrebbero ospitare impianti minerari, da cui ottenere innanzitutto acqua e gas da usare come propellente per razzi. Se potessimo disporre di questi due elementi direttamente nello spazio invece di portarli in orbita da terra, i costi di lancio subirebbero un tracollo che renderebbe praticabili ipotesi fino a oggi ritenute troppo costose.
(nella foto: Edward Lu e Russel Schweickart)
Allora lo sviluppo di tecnologie di deflessione sarebbe utile non solo per evitare che qualche NEO entri in collisione con la Terra, ma anche per portarlo a muoversi su traiettorie più convenienti dal punto di vista dello sfruttamento minerario, per esempio intorno alla Luna o a uno dei punti di librazione. Allo stesso modo, Difesa Planetaria e industria spaziale hanno bisogno di una catalogazione completa dei NEO, e di aumentare e sistematizzare le conoscenze sulla loro composizione geologica. I privati stanno già preparando le sonde automatiche per le prospezioni: DSI, che usa tecnologia cubesat per tenere bassi i costi, assicura che nel 2015 sarà in grado di far volare i prototipi dei suoi Fireflies e Dragonflies.
La catalogazione e la sorveglianza dei NEO è una faccenda lunga e dispendiosa. Edward Lu, che dirige la Fondazione B612 insieme a Russel Schweikart (due ex-astronauti), ritiene che siamo arrivati quasi al limite delle capacità del nostro sistema di telescopi. A suo parere, l’obiettivo stabilito dal Congresso degli Stati Uniti nel 2005, e cioè scoprire il 90% degli asteroidi di diametro medio superore ai 140 metri entro il 2020, sarà disatteso. L’unico telescopio spaziale che avrebbe i numeri per riuscire nell’impresa è il NEO Survey, progettato dalla Ball Aerospace, per il quale l’azienda costruttrice non è mai riuscita a ottenere in passato un finanziamento dalla NASA, né ci riuscirebbe ora, in un momento delicatissimo in cui l’Agenzia è stretta tra riduzioni di bilancio e la realizzazione del JWST, il nuovo mega-telescopio spaziale da 8 miliardi di dollari.
(nella foto: il cerchio verde è l’orbita della Terra, quello blu l’orbita dell’asteroide 2012 da14, mentre la grande ellisse blu è ila traiettoria della meteora – fare doppio click per allargare la foto) Ed ecco venuto il momento delle ONG, delle fondazioni, delle associazioni no-profit che sono ovviamente private, ma che raccolgono i loro finanziamenti da donatori e filantropi, un po’ come fanno certi ospedali e musei. Da questo ambiente emerge la già citata B612, che all’inizio della sua attività si occupava sopratutto di tecnologie di deflessione (era loro l’idea del “trattore gravitazionale”). Negli ultimi tempi, però, Lu e Schweickart hanno cambiato strategia, accettando come obiettivi primari la catalogazione dei NEO in base alle indicazioni del Congresso e sopratutto la copertura della cosidetta zona cieca che gli attuali telescopi non riescono a penetrare. Ciò dipende dalle caratteristiche delle traiettorie seguite dagli asteroidi per avvicinarsi al nostro pianeta. Infatti, se tale traiettoria è esterna all’orbita della Terra, l’oggetto sarà visibile nel cielo notturno e il suo movimento prevedibile con largo anticipo. Se, al contrario, la traiettoria di avvicinamento è interna, l’oggetto si muoverà nel cielo diurno, del tutto invisibile ai telescopi ottici basati al suolo.
Si può ben dire che l’inversione di rotta di B612, annunciata alla fine di giugno 2012 e seguita di lì a poco da un accordo con Ball Aerospace sul quale ritorneremo tra un momento, non poteva essere più tempestiva! Infatti la NASA ha eseguito una ricostruzione completa della traiettoria del bolide di Chelyabinsk. Questo si trovava originariamente nella Cintura degi Asteroidi, dalla quale era stato strappato dal campo gravitazionale del Sole e immesso in un’orbita ellittica intorno a esso. Quando si è abbattuto su Chelyabinsk, il meteorite si trovava in rotta di allontanamento dal Sole, cioè si muoveva col Sole alle spalle, totalmente invisibile ai telescopi nella piena luce del mattino.
(nella foto: come lavorerà Sentinel – fare doppio click per allargare la foto) La zona cieca va dunque eliminata e il catalogo dei NEO realizzato nei tempi previsti. La Fondazione B612 e Ball Aerospace, riunite le forze, propongono il Sentinel, un telescopio equipaggiato con uno specchio da 50 cm. e una fotocamera a campo largo operante nel medio infrarosso, in pratica il NEO Survey rivisitato. Sentinel verrebbe lanciato nel 2017-2018 da un vettore Falcon-9 della Space-X, e posto in un’orbita simile a quella di Venere da dove, volgendo lo specchio sempre in direzione opposta al Sole, potrebbe scansionare metà della sfera celeste ogni 26 giorni, senza nessuna zona cieca. B612, inoltre, si è garantita l’appoggio della NASA, che metterà a disposizione i suoi impianti di telecomunicazione e il personale tecnico necessari per raccogliere ed elaborare i dati provenienti da Sentinel.
ROBERTO FLAIBANI
Fonti:
- A private effort to watch the skies – by Jeff Foust
- Asteroid mining, boom or bubble? – by Jeff Foust
- The three D’s of planetary defense – by Jeff Foust
- It’s time for a real policy on asteroids – by Peter Garretson
- Skyfall: will a Russian meteor and an asteroid flyby change our minds about the NEO threat? – by Jeff Foust
Innovazioni nella ricerca dei pianeti extrasolari
Nei periodi di crisi economica, come questo, anche i finanziamenti per le scienze dello spazio vengono severamente ridotti. Si affermano, di conseguenza, nuove tecnologie a basso costo, come il Cubesat, che ha reso possibile ExoplanetSat, un progetto con obiettivo lo studio di 250 stelle vicine al Sistema Solare grazie ad una costellazione di minuscoli ed economici satelliti. Si riciclano anche vecchie tecnologie, anch’esse “povere”, come quella del coronografo che, abbinato al telescopio orbitale Hubble, rese possibile la scoperta di un nuovo pianeta extrasolare nel campo gravitazionale di una stella che lo nascondeva col suo fulgore, dimostrando anche la possibilità di osservare i pianeti extrasolari direttamente. (RF)
A partire dalla metà degli anni novanta gli astronomi hanno scoperto uno stupefacente numero di pianeti extrasolari, o esopianeti, cioè pianeti orbitanti intorno ad altre stelle. La “Extrasolar Planets Encyclopaedia”, il catalogo de facto di questi mondi, ne contava 707 al 2/12/11, un numero che cresce con una frequenza quasi giornaliera. La grande maggioranza di questi pianeti è stata scoperta grazie a due tecniche. La prima, quella della velocità radiale, misura l’intensità dell’effetto Doppler periodico causato dalla oscillazione indotta dalla gravità dei pianeti orbitanti intorno a una stella. L’altra, quella dei transiti, misura la leggera perdita di luminosità della stella quando un pianeta la “eclissa” (transita) passando tra essa e l’osservatore. La prima tecnica è spesso impiegata con telescopi basati a Terra, mentre la seconda è impiega sia da osservatori terrestri, che da veicoli spaziali come CoRoT della agenzia spaziale francese CNES e il Kepler della NASA. […....]
Il numero crescente di esopianeti scoperti ha fatto aumentare l’interesse in questo campo e alimentato l’ambizione per missioni astronautiche più numerose e più importanti per scoprire e studiare questi mondi, particolarmente quei pianeti che possono essere simili alla Terra in dimensione, orbita e, potenzialmente, abitabilità. Queste ambizioni tuttava sono moderate da richieste concorrenti di fondi, in un periodo nel quale dei finanziamenti forfettari sono il meglio a cui gli scienziati possono aspirare per il prevedibile futuro. Questo ha portato ad alcuni nuovi concetti innovativi che si avvalgono di nuove tecnologie e possibilità, al fine di aprire nuove prospettive per la ricerca di esopianeti a costi più bassi.
Un nanosatellite a caccia di esopianeti
(nell’immagine: l’intelaiatura di un’unità Cubesat). Dieci anni fa si pensava che in futuro le missioni dedicate alla caccia agli esopianeti sarebbero state equipaggiate con strumenti migliori e più grandi. Come parte del suo programma Origins, la NASA aveva pianificato una serie di veicoli spaziali per cercare o addirittura osservare direttamente esopianeti di tipo terrestre: la missione Space Interferometry Mission (SIM), (vedi “SIM and the ‘ready, aim, aim’ syndrome”, The Space Review, October 18, 2010), la missione Terrestrial Planet Finder (TPF) e la Planet Imager. Ma per una combinazione di fondi limitati e di priorità concorrenti, quei piani sono stati, nel migliore dei casi, ritardati indefinitamente, se non completamente cancellati.
Adesso alcuni ricercatori si stanno muovendo nella direzione opposta. Invece di veicoli più grandi, più sofisticati e molto più costosi, un gruppo sta provando a vedere quanto piccolo possa essere un veicolo spaziale e tuttavia rimanere in grado di compiere degli studi sui pianeti extrasolari. L’ExoplanetSat, un progetto congiunto del MIT e del Draper Laboratory, propone di sviluppare satelliti abbastanza piccoli da potere essere letteralmente tenuti in mano, ma ancora abbastanza potenti per cercare pianeti intorno alle stelle.
ExoplanetSat lavorerebbe come Kepler, ricercando le minime cadute periodiche di luminosità dovute agli esopianeti in transito. Kepler, tuttavia, è puntato su un unico campo di stelle molto distanti, utile per raccogliere statistiche sulla frequenza di esopianeti ma non per compiere studi su una specifica stella.”Non sono in corso missioni spaziali che controllino le stelle più luminose simili al Sole per cercare pianeti di tipo terrestre,” ha detto Matthew Smith del MIT nel corso della presentazione della missione avvenuta nell’agosto 2011 a Logan (Utah), durante la Conference on Small Satellites presso la AIAA/Utah State University. Gli ExoplanetSat puntano una sola stella alla volta, con il prototipo del satellite predisposto per studiare Alpha Centauri. Il satellite, posto in orbita terrestre, condurrebbe le osservazioni durante la notte orbitale, ricomponendo tutte insieme le osservazioni per cercare qualsiasi caduta di luminosità che possa essere causata da un pianeta in transito. Con il tempo altri satelliti potrebbero consentire l’osservazione continua di una data stella, come pure l’osservazione di altre stelle: il piano a lungo termine del progetto prevede una flotta di satelliti per l’osservazione di almeno 250 stelle.
(nell’immagine: un tecnico al lavoro su un’unità Cubesat) La chiave per realizzare questa costellazione di satelliti consiste nel costruirli molto piccoli e a basso costo. L’ ExoplanetSat, nella configurazione attuale, consta di 3 unità “Cubesat” di 10 centimetri di lato ciascuna, combinate in un unico satellite pesante solo pochi kilogrammi. Attualmente il veicolo è una versione leggermente ampliata di un vero 3U Cubesat, e ha una lunghezza di 34 cm. Il 3U è diventato un modello diffuso tra gli sviluppatori di piccoli satelliti, si usano opportunamente l’hardware e le analogie di progetto dei Cubesat originali per missioni che richiedano veicoli in qualche modo più grandi (vedi: “A quarter century of smallsat progress”, The Space Review, September 6, 2011). Il carico utile scientifico del satellite contiene un “telescopio” che, dice Smith, è in effetti solo un obbiettivo reflex irrobustito. E’ usato sia come rivelatore scientifico sia come sofisticata immagine guida, collegata ad una “sezione miniaturizzata di puntamento a due assi, piezoelettrica” per assicurare la stabilità dell’immagine. Questo carico utile occupa circa un terzo del satellite. Lo spazio rimanente è occupato da giroscopi e bobine di coppia usati per il controllo di assetto, così come batterie, computers, e sistemi di comunicazione necessari per gestire il satellite e scambiare dati con le stazioni a Terra. Smith dice che “in fondo stiamo combinando la piattaforma a basso costo Cubesat con un controllo accurato di assetto per raggiungere il grado di precisione che ci serve”.
Il prototipo dell’ExoplanetSat è in corso di sviluppo al MIT e sarà pronto per il lancio nel 2013. Il programma ha un posto prenotato all’interno del piano di messa in orbita di nano satelliti della NASA (ELaNa), che offre l’opportunità di lanci condivisi a carichi utili di classe Cubesat costruiti dalle università. Ma è stata una sfida trovare un posto in un lancio diretto nell’orbita ideale del progetto: un’orbita a 650 km, a bassa inclinazione per minimizzare la resistenza dell’atmosfera e l’esposizione alla radiazione proveniente dall’anomalia del Sud Atlantico e dai poli.
Smith ha detto che sono state prese in esame diverse orbite per trovare una finestra di lancio compatibile, e ha dichiarato: “Abbiamo valutato una gamma più ampia di quote e inclinazioni, e la nostra analisi dimostra che anche altre orbite sono compatibili.” ExoplanetSat deve raggiungere un’altitudine minima non inferiore ai 450-500 km per contenere gli effetti di attrito atmosferico e le loro conseguenze sulla durata della permanenza in orbita, mentre inclinazioni più accentuate dell’orbita possono essere prese in considerazione caso per caso.
Una traiettoria suborbitale per osservare nuovi mondi
Seppure la rilevazione del transito, attualmente in corso da parte di Kepler e prevista a breve da parte di ExoplanetSat, così come l’esame della velocità radiale, sono importanti per scoprire nuovi esopianeti, tuttavia rimangono metodi indiretti di osservazione. Per molti astronomi il Santo Graal della scienza degli esopianeti rimane l’osservazione diretta. Questa è una sfida gigantesca, soprattutto perché i pianeti sono confusi nel bagliore molto più luminoso delle stelle intorno alle quali orbitano. (l’illustrazione a fianco mostra un veicolo suborbitale riutilizzabile).
E se ci fosse un modo per schermare la luce della stella? L’idea di usare un disco di occultazione, o coronografo, per mascherare la luce di una stella, non è nuova: un coronografo nel telescopio spaziale Hubble bloccava la luce della brillante stella Fomalhaut, permettendo agli astronomi di fotografare direttamente un pianeta gigante, tre volte la massa di Giove, in orbita inorno alla stella. Questi avvistamenti diretti, tuttavia, sono tecnicamente impegnativi con gli attuali telescopi, e perciò rari. Sarebbe possibile lanciare un coronografo spaziale per consentire il rilevamento di esopianeti di dimensione terrestre. Il New Worlds Observer, come era stato originariamente concepito, consisteva di un telescopio di quattro metri di diametro in orbitta intorno al punto di librazione L2 Sole – Terra, allineato con un disco di occultamento chiamato schermo stellare, con cui volava in formazione a una distanza di 18.000 km. Il disco potrebbe essere usato anche da altri telescopi spaziali, come il James Webb Space Telescope (JWST). L’intricato disegno dello schermo stellare assomiglia a un fiore esotico, è progettato per eliminare la diffrazione della luce stellare intorno ai bordi del disco, così il telescopio può cercare in modo più efficiente pianeti poco luminosi.
In una presentazione tenutasi presso la conferenza Space Vision 2011 a Boulder, Colorado, in ottobre, Webster Cash dell’Università del Colorado ha mostrato delle simulazioni di che cosa potrebbe vedere del nostro sistema solare un telescopio equipaggiato con questo tipo di schermo stellare. Un ipotetico telescopio di 10 metri di diametro ed uno schermo stellare, posti entrambi ad una distanza di 30 anni luce, potrebbero facilmente individuare Venere e la Terra. Con 2,4 metri, il diametro di Hubble, Venere e la Terra sono appena al limite di rilevazione alla stessa distanza. “Per una distanza compresa tra i 10 ed i 15 parsec siamo assolutamente in grado di vedere gli esopianeti e di studiarli” ha detto Cash, il capo ricerca del progetto New Worlds Observer.
Il problema sta nel fatto che un sistema così dedicato sarebbe costoso da sviluppare, e ciò rende la NASA, che già è in sofferenza per i costi crescenti del JWST, reticente a finanziare questo tipo di missione, specialmente perché l’idea dello schermo stellare deve ancora essere del tutto sperimentata fuori dal laboratorio. Cash sta cercando di sostenere il progetto attraverso una dimostrazione su piccola scala. Ha detto “Quello che vogliamo davvero fare adesso è utilizzare piccoli schermi stellari ed imparare in quale modo funzionano veramente; recentemente ho speso molto tempo cercando un metodo per fare le cose più in fretta e in modo più economico”.
Un passo iniziale sarebbe porre uno schermo stellare sulla cima di una montagna a diversi chilometri di distanza dal telescopio; anche uno strumento di 20 cm sarebbe sufficiente per dimostrare l’efficacia dello schermo nel bloccare la luce stellare. Un’altra opzione sarebbe portare nella stratosfera un telescopio ed uno schermo su palloni separati, con uno dei due capace di manovrare per mantenere l’allineamento con l’altro. Ciò dovrebbe essere sufficiente per scoprire eventuali pianeti nel sistema di Alpha Centauri.
Un’idea più intrigante mette insieme la ricerca di esopianeti con le capacità imprenditoriali della nuova industria spaziale, e precisamente propone l’uso di veicoli suborbitali riutilizzabili (RLV – vedi illustrazione a fianco). Un tale veicolo porterebbe lo schermo in quota e ve lo manterrebbe per diversi minuti, mentre un telescopio al suolo esegue le osservazioni. “Questo non si può fare con un normale razzo perché non è in grado di stabilizzare la quota e controllare la sua posizione, ma la nuova generazione di veicoli suborbitali ha queste capacità” ha detto Cash aggiungendo di aver studiato questa idea in cooperazione con uno sviluppatore di veicoli suborbitali, la Masten Space Systems. “ E’ molto interessante lavorare nel mettere in relazione queste nuove tecnologie con le cose che puoi davvero realizzare con esse”.
Il vero ostacolo per Cash consiste nell’ottenere finanziamenti per sviluppare ulteriormente l’idea. In una riunione di sviluppatori di veicoli suborbitali e di ricercatori al Goddard Space Flight Centre della NASA, lo scorso settembre, ha detto che gli erano state rifiutate nove proposte di sviluppo di tecnologie correlate allo schermo stellare, comprese due poche settimane prima dell’incontro, anche se questo sviluppo tecnologico fu identificato della massima precedenza tra i progetti di media dimensione nella ultima rassegna astronomica decennale, pubblicata lo scorso anno, e ha concluso:”C’è qualcosa che non và là fuori”
Cash, tuttavia, ha dichiarato in pubblico allo Space Vision di aver pianificato di continuare a lavorare su questa idea. “ Noi continuiamo a spingerla, e ci aspettiamo di avere successo”. Con i bilanci della NASA difficilmente in grado di far fronte alle necessità di una missione principale dedicata agli esopianeti fino a chissà quando, è possibile che approcci non convenzionali come questo mantengano le migliori prospettive di realizzare l’estremo sogno degli astronomi: osservare un’altra Terra.
traduzione di FELICE GABRIELLI
Titolo originale: “Innovations in exoplanet search” scritto da Jeff Foust e pubblicato in The Space Review il 5 dicembre 2011.
Questo articolo segna la nostra partecipazione al Carnevale della Fisica #31, e inizia una fase di collaborazione con The Space Review, che ci auguriamo lunga e fruttuosa.
