Cavalcare il vento solare

Il 7 maggio scorso è stato lanciato dallo spazioporto di Kourou un vettore Vega che ha seminato su varie orbite una manciata di piccoli satelliti. Uno di essi, denominato ESTCube-1, è veramente piccolissimo, misura infatti 10x10x11,35 cm. e pesa poco più di un chilo. In altre parole, si tratta di un tipico cubesat, ed è stato presentato come il primo satellite estone. Una volta salutati i simpatici studenti e tifosi Estoni come nuovi membri della costituenda spacefarer civilization, abbiamo archiviato la notizia e siamo andati a dormire, come sembra abbiano fatto perfino al Corriere della Sera. Salvo essere risvegliati di soprassalto, qualche ora dopo, dal frastuono dei corni da guerra dei blog spaziali americani: loro sì che avevano la vera notizia! E cioè che lo scatolino chiamato ESTCube-1 era in realtà il primo di una serie di test che avrebbe portato alla realizzazione, da parte di un consorzio d’imprese in area ESA, di un prototipo di vela solare elettrica nel giro di qualche anno. (RF)

 Lo scatolino contiene un tether lungo 10 metri, cioè un cavo in alluminio dello spessore di soli 50 micron, che verrà srotolato molto lentamente nello spazio. Fatto questo, il tether riceverà una carica elettrica positiva grazie all’impulso di un cannonne elettronico e comincerà a interagire con gli ioni della magnetosfera terrestre. Lo studio di queste interazioni è alla base della teoria della vela solare elettrica e verrà approfondito nel corso di un secondo esperimento previsto per l’anno prossimo e denominato Aalto-1, in cui verrà usato un tether lungo 100 metri.

Pekka Janhunen, del Finnish Meteorolgical Institute, che guida fin dal 2006 il gruppo misto di scienziati estoni e finlandesi che si sono dedicati al progetto di vela solare elettrica, spiega che, una volta esaurita la fase di ricerca preliminare nella magnetosfera terrestre, sperano di arrivare entro il 2016 a varare un primo veicolo propulso da una vera vela solare elettrica in grado di produrre spinta utilizzando il vento solare e non la pressione della luce solare come fanno le tradizionali vele fotoniche tipo Ikaros.

 La configurazione base di una E-sail dovrebbe comprendere un centinaio di tether da 25 micron, lunghi ciascuno 20 km. e un cannone elettronico ad alimentazione solare, in grado di mantenere l’intero sistema elettricamente carico ad un potenziale positivo pari a 20 kv. Con questi valori la vela, se applicata a un carico utile di una tonnellata, in un anno può raggiungere la velocità di 30 km/s, più del doppio di quella della sonda New Horizons, attualmene in rotta verso Plutone. Con carichi utili minori, missioni del genere potrebbero essere portate a termine in cinque anni raggiungendo velocità dell’ordine di 100 km/s. L’intensità del vento solare è variabile ma mediamente è cinquemila volte più debole di quella della radiazione solare che viene utilizzata dalla vela fotonica. Ciononostante la vela elettrica è ancora competitiva: un tether di 20 km arrotolato nel suo rocchetto pesa poche centinaia di grammi, costa pochissimo, è facile da dispiegare nello spazio, ma sopratutto è capace di produrre intorno a se, per svariati chilometri quadrati, un campo elettrico in grado di intercettare il vento solare. Inoltre Janhunen descrive nel suo sito tecniche e metodi per smorzare e contenere la variabilità nella densità e velocità delle particelle del vento solare, che costituisce il più serio problema al suo utilizzo.

 Molte interessanti missioni sono difficili da eseguire per veicoli con propulsione a razzo, sopratutto a causa ell’eccentricità o inclinazione delle orbite o della lontananza dei bersagli, la cosa invece non costituisce un problema per le vele solari che producono una spinta continuata e non necessitano di propellente. Tali considerazioni valgono tanto per le vele fotoniche che per quelle elettriche e sull’argomento i lettori possono leggere anche l’articolo Dopo Ikaros, dove? Segue una lista di possibili missioni ideali per le vele solari:

• Pianeti, lune e asteroidi del Sistema Solare interno. E’ possibile ogni genere di missione: fly-by, rendez-vous, sample return, mining, deflection, ecc.

• Asteroidi del Sistema Solare esterno (Cintura di Kuiper, Troiani di Giove, Centauri, Famiglia Hilda e altri). In pratica sono possibili solo missioni di fly-by: data la grande distanza dal Sole, la vela non riceverebbe abbastanza energia per decelerare ed eseguire manovre in prossimità del bersaglio.

• Pianeti e lune del Sistema Solare esterno. Si potebbe costruire una grande astronave-madre a vela, capace di trasportare parecchie sonde specializzate (orbiter, lander, rover, jumper, ecc.) da sganciare in prossimità di bersagli predeterminati.  (Tabella della durata del volo verso i giganti gassosi, calcolata per tre diversi carichi utili)

•  Missione Data Clipper. Al giorno d’oggi non è difficile costruire strumenti scientifici che raccolgano una gran quantità di dati in poco tempo, e le nuove tecnologie di immagazzinamento rendono possibile il loro stoccaggio in dispositivi minuscoli, leggeri ed economici. Ciò che manca, invece, è la larghezza di banda per il download dei dati su distanze interplanetarie. Si potrebbero quindi costruire dei piccoli veicoli spaziali a vela solare dedicati a riportare fisicamente i dati in prossimità della Terra, da dove possano essere trasmessi con poca spesa, consentendo così di ridurre notevolmente i costi per le telecomunicazioni nel bilancio della missione.

•  Viaggi interstellari. Janhunen ha ammesso in passato di non vedere nessuna applicazione della e-sail in questo campo, se non una sola, importantissima: decelerare quando l’astronave entra in contatto con il vento solare della stella di destinazione.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

•  IEEE Spectrum, ELECTRIC SPACE SAIL TO GET ITS FIRST TEST, by Rachel Courtland
• POSSIBILITIES OPENED BY ELECTRIC SOLAR WIND SAIL TECHNOLOGY  by Pekka Janhunen et al. – Finnish Meteorological Institute, Helsinki
•  Centauri Dreams, ENTER THE ELECTRIC SAIL, by Paul Gilster on May 8, 2013
•  Centauri Dreams, TO RIDE THE SOLAR WIND, by Paul Gilster on May 9, 2013

 Credits: Alexandre Szames, IAF/IAC, Finnish Meteorological Institute, Pekka Janhunen

 

I Troiani e il retaggio di Ikaros

Indimenticabile Ikaros...

Fu lanciato dalla Jaxa, l’agenzia spaziale giapponese, nel maggio 2010 come carico utile secondario, insieme ad una sonda destinata all’atterraggio su Venere. La sonda si sfracellò, mentre Ikaros passò alla storia come primo veicolo spaziale con propulsione a vela solare fotonica. Spostatosi in un’orbita tra Venere e Terra, Ikaros ha speso il primo anno di vita operativa raggiungendo gli obiettivi principali della sua missione: dispiegare la vela e mantenerla in tensione utilizzando unicamente la forza centrifuga ottenuta ruotando sul proprio asse longitudinale; pieno controllo dell’assetto e della navigazione, e capacità di produzione autonoma di energia elettrica grazie a un “film fotovoltaico” (una membrana ultrasottile di cui i giapponesi detengono i diritti esclusivi) applicato direttamente su parte della vela.

(nell’immagine a fianco:  la vela di Ikaros  e le sue patch – doppio click per  ingrandire). A quel punto, raggiunto il completo successo, sembrava tutto finito, quando invece abbiamo scoperto che Ikaros, a un anno dal lancio, aveva iniziato la seconda fase della sua missione, con una nuova serie di test sul comportamento della vela in caso di riduzione della velocità o di inversione del senso della sua rotazione. Alla fine del 2011 gli scienziati giapponesi, pienamente soddisfatti, decidono di mettere Ikaros in ibernazione e di lasciarlo andare alla deriva senza più rilevarne la posizione. Sembra proprio un onorevole funerale in mare, ma…. il 6 settembre 2012 gli esperti di astrodinamica ripescano Ikaros esattamente dove avrebbe dovuto essere, e inviano il segnale di uscita dall’ibernazione: tutti i sistemi sono ok!

Che ne sarà di Ikaros non è dato sapere, ma gli scienziati giapponesi già pensano a una sua versione avanzata, una vera e propria piattaforma spaziale per lo studio delle tecnologie di frontiera nel campo della propulsione e della produzione di energia, lanciata in direzione di Giove e dei suoi Troiani in un viaggio che inizierà nel 2021 e durerà 10 anni.

I cosidetti Troiani di Giove sono una numerosa popolazione di asteroidi (più di 1 milione gli oggetti con diametro medio superiore al kilometro, non più di 4500 quelli conosciuti) che condivide con il gigante gassoso l’orbita intorno al Sole. Essi si riuniscono intorno ai punti di librazione L5 e (più frequentemente) L4 del sistema Sole-Giove, che, per l’occasione, vengono chiamati rispettivamente “campo greco” e “campo troiano”. Questi asteroidi sono diventati assai importanti in astronomia perchè la loro composizione chimica potrà essere considerata un indizio pro o contro il cosidetto Modello di Nizza, attualmente la più accreditata teoria sullo sviluppo del Sistema Solare.

(nell’immagine a fianco: Advanced Ikaros – doppio click per  ingrandire) Ma torniamo al futuro erede di Ikaros. Nei primi progetti, ancora sommari, il veicolo è composto da un modulo madre, dal Jovian Orbiter, costruito con nuove tecnologie per proteggerlo dalle forti radiazioni emesse dal gigante gassoso, e forse da un terzo modulo per lo studio ravvicinato dell’atmosfera. Il modulo madre è equipaggiato con la strumentazione necessaria alle osservazioni da effettuarsi nel corso della missione, cioè lo studio del cielo nell’infrarosso, il rilevamento delle polveri nel medium interplanetario, la misurazione della luce zodiacale, lo studio dei lampi gamma, e l’osservazione ravvicinata nel corso di numerosi fly-by e rendez-vous con asteroidi della Cintura Principale e naturalmente con i famosi Troiani.

(nell’immagine a fianco: traiettorie per Giove – doppio click per  ingrandire)Ma l’esperimento principale riguarda la propulsione, che nel veicolo è fornita da ben tre sistemi indipendenti: una vela solare fotonica (diretto sviluppo di quella di Ikaros), un motore elettrico a ioni ad alte prestazioni, e un non meglio specificato sistema integrato per la propulsione e la produzione di energia elettrica basato sulla tecnologia delle celle a combustibile. La vela solare, con un diametro di 50 metri e una configurazione a eliogiro che le conferisce un buffo aspetto floreale, vede le sue performances ridursi mano a mano che aumenta la distanza dal Sole, e lo stesso succede al film fotovoltaico che la ricopre. Se, per quanto riguarda la propulsione, il motore a ioni può senz’altro supplire alla vela solare, potrà la ridotta produzione di elettricità da parte del film fotovoltaico essere comunque sufficente ad alimenare il motore a ioni? Se così non fosse, potrebbe forse intervenire il dispositivo a celle combustibili? Non lo sappiamo. E abbiamo fondati timori che per scoprirlo dovremo aspettare che la bandiera del Sol Levante sia apparsa in prossimità di Giove….

Gli scienziati giapponesi non hanno, fortunatamente, il monopolio delle buone idee. Infatti, anche un gruppo di studiosi tedeschi ha progettato una missione diretta ai Troiani di Giove e l’ha proposta all’ESA con il nome di TRIP (Trojan Investigation Probe). Al contrario del successore di Ikaros, a cui sono stati assegnati, oltre a quelli scientifici, notevoli traguardi tecnologici, TRIP ha obiettivi esclusivamente scientifici, tant’è che, per raggiungerli, i progettisti hanno deciso di affidarsi a dispositivi già esistenti e sperimentati nel corso di altre missioni, come, per esempio, il SAS (Subsurface Analysis System), un rilevatore di neutroni e spettrometro a raggi X, montato sulla sonda Dawn e conosciuto con il nome di GRAND; oppure la HRIS, una camera ad alta risoluzione, già nota come LORRI e installata su New Horizons. Le caratteristiche generali del veicolo saranno le seguenti:

• costo stimato 350 milioni di euro

• peso al lancio 1600 kg

• carico utile 50 kg

• propulsione a ioni

• alimentazione tramite pannelli solari (gli stessi della capsula Orion)

• durata della missione 15,6 anni , di cui complessivamente 2,2 da passare in prossimità di quattro asteroidi bersaglio: 1999 UL₁₆ (*), 2001 BH₄, 1999 XM₇₁ e 1999 XS₂₄₈ , le cui caratteristiche generali sono riassunte nella tabella seguente:

doppio click per ingrandire

Gli obiettivi della missione possono essere riassunti nei punti seguenti in riferimento ai bersagli sopra elencati:

1. determinare la composizione chimica, con particolare attenzione alla presenza di acqua e materiale organico

2. determinare le caratteristiche fisiche generali

3. raccogliere immagini in alta definizione delle strutture superficiali

4. misurare dimensioni e forme

5. raccogliere dati sulle orbite

6. misurare lo spessore del mantello superficiale

Per concludere, la tabella seguente fornisce la cronologia della missione:

doppio click per ingrandire

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

• DESIGN OF A MULTI-RENDEZVOUS MISSION TO JUPITER’S TROJANS by Volker Maiwald, German Aerospace Center (DLR), Institute of Space Systems, Department of System Analysis Space Segment, Bremen, Germany, in collaboration with A. Braukhane, D. Quantius, S. Reershemiu

• IKAROS EXTENDED MISSION AND ADVANCED SOLAR POWER SAIL MISSION by Osamu Mori, e altri, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Japa

• A SOLAR POWER SAIL MISSION FOR A JOVIAN ORBITER AND TROJAN ASTEROID FLYBYS by Junichiro Kawaguchi, 35th Scientific Assembly of the Committee on Space Research, 2004, COSPAR04-A-01655.

CREDITS: COSPAR, DLR, ESA, IAF/IAC, JAXA

(*) per un errore nel documento originale, in una delle due tabelle precedentemente apparse si faceva riferimento all’asteroide 1999 UL₁₆ nell’altra al 1997 UL_{16 ,} ma appare evidente dal discorso che si tratta dello stesso corpo celeste.

HIGH FRONTIER, fabbrica di scenari futuri

(doppio click per ingrandire)

Nel dicembre scorso avemmo il piacere di presentare un gioco di simulazione dotato di caratteristiche sorprendenti e inconsuete, che fu subito premiato da un forte interesse da parte dei lettori. Il titolo dell’articolo era “HIGH FRONTIER, l’esplorazione simulata dl Sistema Solare” e detiene ancora il primato come articolo più letto in una singola giornata. Oggi ritorniamo a occuparci di HIGH FRONTIER, e probabilmente lo faremo ancora in futuro da angolazioni diverse, per presentarvi i risultati di un esperimento di simulazione ludica giocata e commentata. Le due partite di cui vi parleremo sono state giocate via email tramite il sito “Calvinus – Boardgames Design Lab”, creato e animato da Luca Cammisa, 41 anni, un passato come sviluppatore di giochi per computer. La prima delle due partite, a cui ci riferiremo da qui in poi, reca, dietro nostra richiesta, una scheda dove ogni giocatore presenta un proprio curriculum ludico essenziale, un’analisi dell’andamento generale della partita e una serie di valutazioni tattico-strategiche.

 Apprendiamo così che Samuel Williams, membro della Columbus Area Board Game Society, uno dei più famosi club americani , e cresciuto a suon di Axis and Allies, Diplomacy e Battlestar Galactica, tiene i giapponesi della Shimizu in questa partita di HF. Dopo un inizio difficile, è riuscito a imbroccare un buon business tecnologico che gli ha permesso di industrializzare la Luna e Dresda, un grosso asteroide, e terminare la partita al secondo posto.

 Francisco Colmenares, sviluppatore di software residente a Toronto, tiene l’ESA, apprezza i giochi GMT e gli archeologici Avalon Hill, e ammette di non essere soddisfatto della sua prestazione in questa partita, dove si è classificato solo terzo, o penultimo (a seconda della prospettiva con la quale si vedono i casi della vita). Ad essergli fatale nel gioco, per sua stessa ammissione, è stata una incertezza nella strategia: costruire l’Ascensore Spaziale o massimizzare la produzione industriale? Preso in questo dilemma, Francisco ha perso ottime occasioni pe accumulare punti vittoria e ha concluso in modo deludente la partita. Rimangono da assegnare il primo e l’ultimo posto, ma noi ci fermiamo qui, per non togliere ai lettori il piacere della sorpresa.

 A questo punto non ci rimane che darvi il link per il report vero e proprio della partita. Si tratta di un buon esempio di gusto estetico abbinato alla competenza professionale che Luca Commisa dimostra costruendo il diario della partita turno per turno ma senza interruzione. Un documento che si dipana via via come un rotolo di pergamena alternando estratti della mappa, carte tecnologia, inserti di testo allo scopo di costruire scenari futuribili dell’esplorazione e dell’industrializzazione del Sistema Solare.

ROBERTO FLAIBANI

Partita uno (commentata)

Partita due (non commentata)

“Europa Clipper” verso l’oceano nascosto della luna di Giove

Alla fine degli anni ’90, la sonda spaziale Galileo raggiunse Giove, effettuando una dozzina di sorvoli ravvicinati di Europa, la più piccola delle quattro grandi lune medicee. Il magnetometro di Galileo rilevò un campo magnetico indotto, che segnalava l’esistenza di un fluido conduttore appena sotto la superficie del satellite. Insieme alle altre misurazioni relative alla composizione della superficie e della struttura interna di Europa, queste osservazioni deposero a favore, sia pur indirettamente, dell’esistenza di acqua liquida sotto la superfice di questa luna del Sistema Solare esterno. Di più, i ricercatori ritengono che all’interno di Europa potrebbe esserci una quantità di acqua liquida doppia di quella presente sulla Terra. Per gli scienziati e gli appassionati di questioni planetarie divennero subito ovvie in tutto il mondo le implicazioni rispetto all’abitabilità di Europa. Oggi, più di una dozzina d’anni dopo la missione Galileo, quelli tra noi che si entusiasmarono per queste prime scoperte, aspettano ancora l’occasione per poter visitare nuovamente Europa e il resto del sistema gioviano. Europa partecipa all’unica “risonanza di Laplace” del Sistema Solare attualmente nota, una risonanza 2:1 con le vicine lune Io e Ganimede: ogni volta che Europa completa un’orbita intorno a Giove, si allinea con Io, e ogni seconda orbita si allinea con Ganimede. Le interazioni gravitazionali tra queste lune risonanti mantengono le loro orbite leggermente ellittiche. Questo vuol dire che durante tutta l’orbita di Europa la distanza e la direzione relativa a Giove cambiano, provocando dei rigonfiamenti mareali capaci di modificare costantemente la forma complessiva di Europa. La struttura geologica riccamente diversificata di Europa e il suo probabile oceano di acqua liquida appena sotto la crosta sono entrambi il risultato di forti maree che riscaldano l’interno e flettono la superficie fino al punto di rottura.

(foto a sinistra: molte delle creste che intersecano la superficie di Europa sono in effetti creste “doppie”. La “linea di Androgeos”, che si può qui vedere evidenziata a colori, è una rilevante doppia cresta. Ecco come le maree provocate da Giove modellano la superficie di Europa). Un fenomeno simile si verifica anche su Io, la più vicina delle grandi lune di Giove, provocando un riscaldamento da frizione del suo interno roccioso e generando il vulcanismo più attivo dell’intero sistema solare. Le brillanti eruzioni sulfuree di Io possono essere osservate anche utilizzando telescopi collocati sulla Terra.

 Cosa sappiamo e cosa ignoriamo di Europa.

Basandosi ampiamente sui dati raccolti dalla sonda Galileo, gli scienziati sono stati in grado di dedurre molte informazioni a proposito dell’esterno e dell’interno di Europa. Analizzando la forma e la distribuzione delle fratture e delle creste formatesi probabilmente a causa dello stress mareale, abbiamo compreso che lo stato rotazionale di Europa è complesso. Le fratture e le creste di Europa suggeriscono una “rotazione asincrona” (un lento spostamento verso est della parte della crosta ghiacciata orientata in direzione di Giove), una piccola “obliquità” (inclinazione dell’asse di rotazione), che può risultare in un’ulteriore riscaldamento mareale, e persino un antico “slittamento polare” (movimento dell’intero guscio di ghiaccio rispetto all’asse di rotazione).

I terrazzamenti caotici di Europa – zone di ghiaccio superficiale interrotto – mostrano molte caratteristiche simile all’Antartide, il che fa pensare che si tratti di manifestazioni superficiali di laghi poco profondi al di sotto della superficie. Se questo è vero, è qui che Europa potrebbe ospitare la vita. Le regioni caotiche di Europa sono solitamente di colore rossiccio, con segnali infrarossi che fanno pensare a sali, forse derivanti dall’oceano sottostante.

Purtroppo i limiti dei dati raccolti da Galileo rendono impossibile determinare alcune delle più importanti caratteristiche di Europa. Le immagini complessive di cui siamo in possesso non hanno una risoluzione sufficiente per una completa mappatura geologica di Europa, e le informazioni topografiche sono sparse e grossolane. I dati sulla composizione sono ambigui, gli indizi a favore di un oceano indiretti e, nonostante le nostre aspettative, la presenza di molecole organiche non è stata confermata.

Oggi sappiamo che molti dei fenomeni che hanno luogo su Europa non sono unici. La missione Cassini ancora in corso nel sistema di Saturno ha rivelato che le interazioni mareali possono anche spiegare il comportamento del piccolo cugino di Europa, Encelado. Le eruzioni simili a geyser nella regione polare sud di Encelado possono essere correlate con le forze mareali che aprono e chiudono le lunghe fratture chiamate “strisce tigrate” (Tiger Stripes). Ciò che conosciamo di Europa ha influito positivamente sulla nostra capacità di interpretare le osservazioni di Encelado, e viceversa. La portata e il livello di dettaglio dei dati raccolti da Cassini mettono però in evidenza quanto siano scarse le informazioni che abbiamo su Europa.

 Aumentare le nostre conoscenze: le sfide

L’attrattiva scientifica di Europa è notevole, ma le missioni verso il Sistema Solare esterno sono costose. Scienziati e ingegneri hanno lavorato duramente per capire quale sia il modo migliore per riuscire ad esplorare Europa, soprattutto in quest’epoca di limitazioni dei finanziamenti. La NASA ha recentemente incaricato il Jet Propulsion Laboratory, in stretto contatto con il Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins University, di valutare tutte le possibili opzioni per l’esplorazione di Europa. Durante l’ultimo decennio il principale candidato per una missione finalizzata su Europa è stato un orbiter ben equipaggiato. Simile al Mars Reconnaissance Orbiter del Pianeta Rosso o la missione Messenger di Mercurio, una sonda orbitante potrebbe rivolgere una gran quantità di strumenti di rilevazione a distanza verso la superficie sottostante, acquisire misurazioni sulla sua composizione, e individuare i luoghi migliori sui quali dirigere in futuro un lander.

(nella foto: ad ogni sorvolo l’Europa Clipper riprenderebbe con una stereo camera delle porzioni della superficie ghiacciata di Europa, ottenendo immagini tridimensionali ad una risoluzione superiore a 50 metri per pixel. Ognuna di queste fasce colorate rappresenta lo stereo imaging di un flyby illuminato dalla luce del sole). La difficoltà principale per un veicolo orbitante viene però dall’ambiente intensamente radioattivo di Europa, che può rendere inutilizzabili i normali strumenti elettronici, se privi di schermature. Il campo magnetico di Giove è il più potente del sistema solare, e riesce ad accelerare eventuali particelle cariche fino a velocità quasi relativistiche. Un veicolo che orbiti intorno a Europa sarebbe costantemente immerso in questa radiazione e dovrebbe essere quindi costruito utilizzando componenti altamente resistenti e portare notevoli quantità di schermature protettive. Come se ciò non bastasse, trasferirlo da un’orbita intorno a Giove a una intorno a Europa, grazie a quasi due anni di una sorta di “gioco al biliardo celeste”, farebbe sì che una grande quantità di radiazioni si accumuli ancor prima dell’arrivo a Europa. Gran parte delle preziose capacità di tolleranza alle radiazioni della missione verrebbe consumata nel trasferimento, accorciando la permanenza del veicolo intorno alla luna. Un approccio più economico è quello utilizzato dalla sonda Cassini su Saturno, che è riuscita a conseguire delle scoperte spettacolari su Encelado. Importanti risultati scientifici si possono ottenere orbitando intorno al pianeta madre ed effettuando numerosi sorvoli ravvicinati di una luna. Su Giove questo approccio offre anche il vantaggio che il veicolo spaziale può immergersi brevemente nelle regioni altamente radioattive vicine ad Europa, raccogliere velocemente una grande quantità di informazioni, e poi scappar via per ritrasmettere i preziosi dati alla Terra da una distanza di sicurezza. È questa la base per una nuova missione a basso costo concepita per esplorare quella luna di Giove: l’Europa Clipper.

 La missione Europa Clipper

La sonda farebbe almeno 32 orbite intorno a Giove, sorvolando ogni volta Europa a non più di 100 km di distanza. Ad ogni passaggio riprenderebbe con una stereo camera delle porzioni della superficie ghiacciata del satellite, catturando lo scenario tridimensionale con una risoluzione superiore a 50 metri per pixel. La sonda farebbe anche delle fotografie all’incredibile risoluzione di mezzo metro per pixel – sufficiente per vedere dei grossi massi (o persino i monoliti di Arthur C. Clarke, se ve ne fossero!) – in modo da poter programmare una futura missione di atterraggio. Allo stesso tempo analizzerebbe la superficie con uno spettrometro agli infrarossi in cerca di tracce di sali e composti organici che potrebbero provenire dall’oceano sottostante. Secondo gli standard terrestri, Europa non possiede un’atmosfera; tuttavia la radiazione fa rimbalzare continuamente delle molecole dalla superficie. Volando a distanza ravvicinata, una sonda potrebbe “annusare” con uno spettrometro di massa questa pseudo atmosfera per comprenderne la composizione. In questo modo l’Europa Clipper potrebbe raccogliere informazioni complementari sulla composizione sia della superficie che della tenue atmosfera. Un radar in grado di penetrare nel ghiaccio è considerato una componente fondamentale del carico utile. Il ghiaccio è essenzialmente trasparente alle onde radar che abbiano una lunghezza di diversi metri, ma l’acqua non lo è. Una sonda potrebbe colpire con il radar la superficie, e il segnale di ritorno darebbe informazioni sul viaggio da esso compiuto attraverso il ghiaccio prima di essere riflesso dall’acqua eventualmente presente al di sotto. In questo modo un radar potrebbe mappare il “sistema idraulico” interno alla crosta di ghiaccio di Europa, identificando laghi poco profondi nelle zone caotiche e spiando l’oceano sottostante.

Altri modi per sondare la presenza di un oceano nascosto sono le misurazioni gravitazionali e magnetiche. Mentre Europa esegue ogni 3,55 giorni terrestri la sua orbita ellittica intorno a Giove, la sua crosta di ghiaccio alternativamente si gonfia e si contrae a seconda di come il ghiaccio e il suo probabile oceano sottostante reagiscono all’attrazione gravitazionale di Giove. Un oceano profondo genererebbe maree di 30 metri, ma senza un oceano le maree sarebbero al massimo di 1 metro circa. Una flessione di origine mareale potrebbe essere rilevata misurando l’attrazione esercitata da Europa sulla sonda mentre questa la sorvola. Le ripetute misurazioni, effettuate in momenti diversi durante molti flyby nell’orbita di Europa, rivelerebbero le modificazioni della sua forma, confermando finalmente la presenza del supposto oceano, ammesso che questo esista davvero. Misurare la variazioni magnetiche durante tutta l’orbita di Europa permetterebbe inoltre di determinare in modo autonomo lo spessore e la salinità dell’oceano.

(l’immagine rappresenta come viene attualmente concepita dalla NASA la sonda Europa Clipper – fare doppio click per ingrandire le immagini) .Si valuta che l’Europa Clipper costerebbe 2 miliardi di dollari, meno della metà di un orbiter analogamente equipaggiato. Questo tipo di missione ha avuto una valutazione molto positiva dalla comunità scientifica, ma il progetto è in attesa di essere approvato dalla NASA prima di incominciare a lavorarci.. Dopo l’approvazione, ci vorrebbero altri sei anni per sviluppare compiutamente, costruire e lanciare l’Europa Clipper, e poi circa altri sei anni prima che arrivi nell’orbita di Giove. Questo vuol dire che se la NASA dà il via libera all’operazione nel 2015, data prima della quale è improbabile che il Congresso approvi il finanziamento della missione, il Clipper potrebbe essere lanciato intorno al 2021 e arrivare a Giove verso il 2027.

Esplorare il sistema solare esterno richiede molta pazienza e perseveranza. Richiede anche di pensare in avanti e programmare per la generazione futura. Scienziati e ingegneri stanno già valutando la possibilità di una missione di atterraggio, da far seguire alle scoperte di una missione come l’Europa Clipper. Un Europa lander potrebbe scendere morbidamente in una zona pianeggiante della superficie, forse sul ghiaccio rossiccio di una zona caotica in cui il radar dell’Europa Clipper abbia rilevato promettenti indizi della presenza di acqua sotto la superfice. Dopo aver raccolto le particelle ghiacciate rossicce, potrebbe andare direttamente alla ricerca di materiale organico, o persino della vita. Europa è uno dei corpi celesti geologicamente più dinamici e astrobiologicamente più promettenti del nostro sistema solare. Sembra che semplici processi di interazione gravitazionale abbiano prodotto un oceano di acqua liquida e fenomeni tettonici diffusi. Su Europa abbiamo identificato modi per mantenere un’attività geologica e creare un mondo potenzialmente abitabile completamente diverso da quelli del sistema solare interno. Localizzando i laghi esistenti sotto il ghiaccio, sondando la composizione del presunto oceano, e verificando l’attuale attività geologica di Europa, l’Europa Clipper fornirebbe una grande quantità di nuovi dati che permetterebbero agli scienziati di determinare la struttura dettagliata della crosta ghiacciata della luna e del suo interno. Inoltre, le importanti informazioni relative a processi geologici di derivazione mareale ci aiuterebbero a interpretare le osservazioni di Encelado e di altri corpi celesti dotati di oceani ghiacciati. Potremo così comprendere in quali modi la vita potrebbe esistere e svilupparsi in luoghi inaspettati, sia nel nostro sistema solare che altrove.

Per quanto ne sappiamo, siamo le uniche creature dotate della la capacità di apprezzare e capire il mondo naturale, compresi i mondi al di là della Terra: abbiamo quindi non solo la scelta ma anche l’obbligo di esplorare e scoprire la ricchezza del Sistema Solare, rimanendone abbagliati. Europa è la destinazione più avvincente a cui si possa ambire, e abbiamo identificato nell’Europa Clipper la missione che può farci arrivare lassù. Prima cominciamo, prima arriveremo.

Traduzione di DONATELLA LEVI

Editing ROBERTO FLAIBANI

Original Title: Turning the Tides, Setting Sail With the Europa Clipper –  written by  Alyssa Rhoden (NASA’s Goddard Space Flight Center) and Robert Pappalardo (Senior Research Scientist at JPL CalTec). Published by The Planetary  Society on the 2013 March Equinox issue of  “The Planetary Report”. Credits for pictures: NASA, The Planetary Society.

 

Diventare blogger

Cari amici e simpatizzanti, il gruppetto di volontari che ha cresciuto il blog noto come Il Tredicesimo Cavaliere, rischia di avviarsi verso un periodo di stagnazione. Non che manchino le idee, anzi. Penso che tutti abbiate notato lo spazio dedicato alla fantascienza. In futuro, speriamo, ci saranno altre novità in questo settore. Ultimamente abbiamo stretto un’alleanza strategica con la sezione italiana della British Interplanetary Society, la prima grande ONG dello Spazio a presentarsi nel nostro paese, e stiamo organizzando iniziative comuni.
Si tratta quindi di una crisi di crescita, che può risolversi solo in positivo, o non risolversi affatto, lasciando questo gruppetto di anziani bizzosi (siamo tutti “over fifty”, e ce ne facciamo un vanto!) a difendere da soli il loro Fort Alamo a tempo indeterminato. Ma c’è uno scenario alternativo, fortunatamente, che prevede di continuare a crescere grazie all’inserimento di forze fresche. Perchè è di voi lettori che abbiamo bisogno, delle vostre capacità come divulgatori o traduttori, di qualche ora  del vostro tempo libero. Unico requisito: conoscere bene inglese e italiano.
Gli interessati possono scriverci presso: roberto.flaibani@facebook.com