Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

100 Year Starship: il conto alla rovescia termina nel 2112

(nell’immagine: Mae Jemison nello Shuttle Endeavour – 1992). La lunga attesa è finita. I tempi tecnici della DARPA, o meglio, la burocrazia del Pentagono, hanno portato al rilascio il 16 maggio 2012 di un comunicato stampa che era atteso fin dall’11 novembre 2011. Stiamo parlando della consacrazione dei vincitori della gara indetta dalla DARPA per la creazione di una iniziativa indipendente, non governativa, senza scopo di lucro, in grado di assicurare che, da qui a cento anni, vengano poste in essere tutte le condizioni necessarie per dare inizio al primo volo interstellare con equipaggio. Una iniziativa nota come l’Astronave dei Cent’Anni, o col suo acronimo 100YSS (100 Year Starship). E’ stata confermata vincitrice della gara, e del premio di 500.000 dollari ad essa associato, una squadra composta da tre enti no-profit: Dorothy Jemison Foundation for Excellence, Icarus Interstellar e Foundation for Enterprise Development. Leader del  gruppo è l’ex-astronauta Mae Jemison, la prima donna afro-americana ad aver volato nello spazio. I lettori abituali di questo blog ricorderanno senz’altro i contenuti del progetto 100YSS. Ai non informati raccomandiamo la lettura dei seguenti articoli, nell’ordine: “Il lungo cammino verso le stelle”, “L’astronave dei cent’anni: nascita di un movimento”, “Che fine hanno fatto i soldi del Pentagono?

Ogni anno a congresso
Il primo obiettivo che Jemison e associati si sono posti è ripetere, e se possibile allargare, il successo ottenuto dalla DARPA l’anno scorso con il primo congresso pubblico del movimento 100YSS, che fu definito da molti la Woodstock dell’interstellare. Defilatasi la DARPA, come programmato, registrati i marchi e il dominio Internet e messo a punto il nuovo sito all’indirizzo <http://100yss.org>, è stato deciso che il congresso avrà frequenza annuale e che l’edizione 2012 si svolgerà a Houston dal 13 al 16 settembre. La Call for Papers prevede la scadenza per la presentazione degli abstract il 30 giugno, la notifica dei risultati delle selezioni il 20 luglio, e la scadenza per la presentazione dei paper il 17 agosto. Gli atti verranno pubblicati nel costituendo Journal of Interstellar Studies. Il dibattito manterrà un’impostazione multidisciplinare e verrà organizzato su quattro percorsi:

  1. Soluzioni per il tempo e la distanza: propulsione; manipolazione e/o dilatazione dello spaziotempo; navigazione a velocità relativistiche o superluminali

  2. La vita, in vivo e in vitro: fisiologia nello spazio; esobiologia e astrobiologia; relazione umane e dinamiche sociali

  3. Diventare una civiltà interstellare: morale, etica e religione; economia nello spazio; primo contatto con alieni intelligenti; uso dei mass-media per divulgare i risultati della ricerca a lungo termine

  4. Destinazioni e habitat: esopianeti; architettura e materiali per habitat e veicoli; vivere e lavorare in una nave-arca; tecnologia dell’informazione e intelligenza artificiale.

Ci saranno anche tre sessioni speciali: la prima diretta ad un pubblico di studenti, la seconda dedicata a come le nuove tecnologie sviluppate per i voli interstellari potrebbero miglorare la vita sulla Terra; la terza allo sviluppo della nascente economia spaziale nei prossimi trent’anni.
Infine è stata annunciata, nell’ambito del progeto 100YSS, la creazione di “The Way”, un istituto dedicato alla ricerca scientifica e tecnologica di lungo termine, e l’assegnazione al SETI Institute di un seggio permanente nel Comitato Consultivo.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:  Icarus Interstellar Newsletter #5 – One Hundred Year Starship Press Release,  Icarus Interstellar Update – One Hundred Year Starship Call For Papers, BBC Future 100-Year Starship: Mae Jemison reaches for the stars, the Mae Jemison’s picture is a copyright NASA.

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22 maggio 2012 Posted by | Astronautica, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , | 2 commenti

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.

10 maggio 2012 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Fisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | Lascia un commento

   

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