Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Il gigante gassoso e la sua corte

gioveLa congiuntura economica sfavorevole sembra essere alle nostre spalle, e negli Stati Uniti le spese per le Scienze dello Spazio tendono ad aumentare, specialmente quelle relative all’esplorazione del Sistema Solare. C’è nell’opinione pubblica, ed ancor più nel Congresso, una forte curiosità per Europa, la luna di Giove, suscitata dalla presenza (assai probabile) di un grande oceano d’acqua all’interno di essa, che potrebbe ospitare un’intera biosfera e forme di vita complesse. Il bilancio preventivo per il 2016 della NASA, infatti, è aumentato di oltre mezzo miliardo di dollari rispetto a quello corrente, e si prevede che la tendenza continui almeno fino al 2019. Tra i più attenti a cogliere il momento positivo e ad interpretare glli umori dell’opinione pubblica, è stato il gruppo di esperti lobbisti della Planetary Society, che si sono battuti fieramente a favore dell’aumento dei fondi destinati alla NASA, risultando determinanti in svariate occasioni. E devono veramente aver fatto breccia nel cuore della gente se hanno incassato proprio in questi giorni, loro che lavorano esclusivamente grazie a contributi volontari e all’autofinanziamento, il più cospicuo regalo della loro storia offerto da una singola persona, pari a 4,2 milioni di dollari!

juno+Ah, l’America …. I nostri paperoni, che pure ci sarebbero, non vanno oltre le Cayman.

Ecco dunque spiegato il frenetico attivismo in cui la Planetary Society si è lanciata nelle ultime settimane, con parecchie nuove assunzioni nel Quartier Generale di Pasadena, e il tentativo di costruire una vera rete di sostenitori in tutto il mondo. Da parte sua, il Tredicesimo Cavaliere non ha tardato a farsi sentire, mettendo a disposizione della Society tutta la potenza delle sue bocche da fuoco. La sua Santa Barbara, secondo il più recente inventario, risulta costituita da una scatola di fiammiferi controvento e quattro petardi natalizi. La Society ha immediatamente risposto offrendo il posto di correttori di bozze per i sottotitoli italiani del loro materiale audiovisivo, posizione che l’equipaggio degli astrononni (nessuno ha meno di 50 anni, salvo “il pivello”) ha entusiasticamente accettato. Per aspera ad astra, incrementis.

 La NASA suddivide le sue missioni in tre categorie, definite in base al limite di spesa:

Discovery (limite di spesa 450 milioni di dollari) molto popolari tra gli ingegneri e gli scienziati dell’Agenzia per la velocità con cui possono essere ideate, assemblate e lanciate anche se a scapito della completezza dei dati scientifici ottenuti. Le missioni Discovery sono di esclusiva competenza della NASA, dalla individuazione dell’obbiettivo fino al termine del ciclo operativo. Questo profilo è stato definito e ufficializzato nel 1992, ed è stato utilizzato in 28 missioni, di cui 7 dirette verso Venere, 9 verso asteroidi o comete, e le altre da dividersi tra Luna e Marte. Il limite di spesa imposto a questa classe di missioni ne ha limitato fino ad oggi il raggio d’azione al Sistema Solare interno. Ma la comunità scientifica è preoccupata per la mancanza quasi totale di missioni attive nel Sistema Solare esterno che si verificherà nel prossimo decennio a causa dei tagli del bilancio NASA effettuati negli anni scorsi. Il metodo migliore per mitigare il danno sembra essere quello di favorire al massimo l’accesso al Sistema Solare esterno delle missioni di classe Discovery. La NASA ha compiuto un gesto concreto decretando che, da subito, nel bilancio di missione tutte le spese che cadono sotto la voce “operazioni”, vengano conteggiate a parte, e senza concorrere più, come già quelle relative al lancio e alla messa in orbita, al raggiungimento del tetto di spesa prefissato. Gli scienziati hanno risposto presentando dei progetti di classe Discovery di concezione radicalmente nuova: IVO, ELF, Kuiper e LIFE. In questo articolo parleremo di IVO, lasciando gli altri a una prossima occasione.

ganymedeNew Frontiers, (limite di spesa 1000 milioni di dollari). Le missioni vengono scelte e finanziate con un curioso meccanismo di divisione delle responsabilità tra Governo, Congresso e NASA, ma pagate con fondi provenienti dal bilancio di quest’ultima. Questo programma ha avuto inizio nel 2006 e ha dato vita fino a oggi a tre missioni: New Horizons, ormai in vista del suo principale obiettivo, Plutone; JUNO, che orbiterà intorno a Giove a partire dal 2016 per studiarne la magnetosfera; OSIRIS-REX, data di lancio prevista 2016, che studierà in maniera intensiva e riporterà a Terra dei campioni prelevati da alcuni asteroidi ricchi di materiale organico. La NASA sembra decisa ad emettere un nuovo bando nel 2016, che consentirebbe di avere le sonde pronte al lancio nel 2023.

Flagship, nessun limite di spesa. Si tratta di sofisticate missioni dotate di numerose, grandi e complesse apparecchiature atte a compiere ricerche ed esperimenti estesi e approfonditi. Hanno tempi di realizzazione lunghi, che possono risentire dei sentimenti dell’opinione pubblica e di tendenze macroeconomiche. Se ne può realizzare una ogni dieci anni, se va bene. Gli obiettivi che si pongono sono di livello strategico, e vengono decisi su delega presidenziale da un gruppo di super-esperti chiamato Planetary Science Decadal Survey. Il finanziamento grava interamente sul bilancio federale, sotto il controllo del Presidente. Gli esempi più recenti e indimenticabili di questa classe sono state le missioni Galileo e Cassini.

fiondamejoConsegnata la palma di missione Flagship (in pectore) a Europa Clipper per ovazione popolare, e riconosciuti i limiti della classe Discovery , appare chiaro che saranno le missioni classe New Frontiers quelle a cui saranno assegnati i compiti più importanti nei prossimi dieci o vent’anni. Il luogo più affollato negli anni ’30 sarà senza dubbio il Sistema Gioviano. Al centro del sistema c’è naturalmente il gigante gassoso, che emette più energia di quanta ne riceva dal Sole, con grave pericolo per la strumentazione che deve essere adeguatamente schermata, e il suo poderoso campo di gravità che rende possibile un energico giro di fionda gravitazionale alle astronavi in transito nel caso volessero cambiare rotta e/o aumentare velocità. Intorno al gigante ruotano la bellezza di 67 satelliti naturali, e lungo la sua orbita, nei punti di librazione L4 e L5 del sistema Sole-Giove, sono ospitati oltre 6000 asteroidi cosidetti Troiani. I quattro satelliti maggiori, ovvero Io, Europa, Callisto e Ganimede, completano il quadro offerto ai ricercatori.

europaIl primo robot terrestre in arrivo, come sappiamo, sarà JUNO nel 2016, il secondo veicolo della classe New Frontiers. Tra il 2028 e il 2032 circa, sarà la volta dell’europeo JUICE, che indagherà su Europa, Callisto e sopratutto Ganimede, il più grande dei satelliti di Giove e di tutto il Sistema Solare, sospettato di contenere anch’esso un oceano d’ acqua, proprio come Europa. Si tratta di un veicolo di classe L (large – limite di spesa 900 milioni di euro) che dimostra quanto l’Europa sia interessata a giocare le sue carte in questa assemblea scientifico-tecnologica.

Un’altra missione classe New Frontiers, chiamata Trojan Tour & Rendezvous, è attesa nelle zone degli asteroidi Troiani, che percorrono la stessa orbita di Giove. La composizione chimica e geologica di questi piccoli corpi celesti costituisce un caso scientifico ancora irrisolto: potrebbero essere composti di metallo e roccia e quindi essere simili a Ceres e agli altri asteroidi della Cintura Principale, che sono stati validamente sottoposti a indagine dalla sonda Dawn in questi ultimi mesi. Oppure potrebbero essere composti di rocce porose, gas volatili e acqua, come le comete. Conoscere la risposta sarebbere di grande aiuto per i ricercatori che cercano di scrivere la storia del Sistema Solare. I Troiani sono così ambiti come oggetti di ricerca, che nella zona dovrebbe presentarsi anche un’ospite illustre da tempo annunciato: la sonda giapponese erede di Ikaros, per l’occasione equipaggiata da una vela solare più grande e da un motore a ioni.

Ci sarà infine una missione dedicata all’osservazione di Io, e qui le cose si complicano. Di sicuro quel corpo celeste merita parecchia attenzione: appena più grande della nostra Luna, è in rapporto di risonanza orbitale 4:2:1 con Ganimede ed Europa, e il suo nucleo ferroso interagisce fortemente con la potente magnetosfera del gigante. Ma è l’attrazione gravitazionale integrata di questi tre attori che provoca i maggiori sconvolgimenti sulla piccola luna, che, sottoposta a contiui stress, dà origine a sempre nuove bocche vulcaniche e colate laviche sulla superficie, per la necessità di dar sfogo alle enormi pressioni e temperature createsi all’interno, scaricando in tutto il Sistema Giovano tonnellate e tonnellate dei materiali più diversi. Ebbene, se osserviamo i programmi delle classi New Frontiers e Discovery scopriamo che ambedue propongono missioni dedicate all’osservazione di Io. Nel primo caso si parla di un veicolo denominato Io Observer, che risiederà in un’orbita larga intorno al gigante svolgendo la maggior pare delle indagini in una situazione di relativa sicurezza rispetto all’intensa emissione di radiazioni provenienti da Giove. Periodicamente la sonda si lancerà in profondi quanto veloci flyby di Io per integrare le osservazioni effettuate dall’orbita.

ioMa dicevamo che è stato presentato anche un progetto per una missione di classe Discovery, sempre dedicata a Io. La missione Io Volcano Observer (IVO) dovrebbe operare da un’orbita polare gioviana, effettuando anch’essa periodici flyby di Io. La sonda conterrà non più di cinque apparecchi: due telecamere, una camera termografica all’infrarosso, un magnetometro e uno spettrometro di massa. L’apparato radio in dotazione controllerà anche la velocità del veicolo, e a bordo verrà installato un sistema ottico di trasmissione dati di nuova concezione. L’attenzione dei ricercatori sarà concentrata sulle sorgenti e l’estensione dell’attività vulcanica di Io e gli effetti della dispersione nell’ambiente gioviano del materiale proveniente dall’interno della luna. La durata della missione è fissata in 22 mesi, ma potrebbe essere prolungata fino 6 anni, in caso di necessità.

Tra il 2027 e il 2032, probabilmente, farà il suo ingresso nello spazio gioviano l’ammiraglia di questa flotta di esploratori, Europa Clipper, a cui oggi sono demandate le maggiori speranze di trovare finalmente la vita nel Sistema Solare.

A meno che JUICE….

ROBERTO FLAIBANI

FONTI

31 marzo 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , | Lascia un commento

Tra l’incudine e il martello

In Elettricità e calore dai radioisotopi  abbiamo raccontato come la NASA ha vinto la battaglia per produrre a proprie spese il Plutonio 238 da impiegare nello spazio per ottenere elettricità e calore senza dipendere dal Sole. Ma è stata una vittoria  di Pirro, perché problemi di carattere manageriale e le solite ristrettezze di bilancio hanno obbligato l’Agenzia a fare scelte amare.

330px-MMRTG_schematic_-_english_labels(nell’illustrazione: un MMRTG). Il PU 238 è un isotopo che non esiste in natura e deve quindi essere prodotto artificialmente.  Il primo problema riguarda proprio la produzione: ne verrà generato al massimo 1 kg. circa all’anno e solo a partire dal 2021.  La riserva degli Stati Uniti assomma oggi a una trentina di chili, parzialmente “decaduti” radioattivamente, ed è quindi probabile che le prime quantità prodotte vengano utilizzate per rivitalizzare le scorte.  Nello spazio, il calore generato dal PU 238 viene trasformato in elettricità da un generatore termico a radioisotopi (RTG) o da un suo successore chiamato MMRTG di cui esistono 7 unità pronte per essere utilizzate a bordo delle prossime sonde.

Con queste limitate capacità, la NASA si appresta ad affrontare gli impegni del presente decennio e del prossimo, mentre ordina alla  Lockheed Martin Space System, da tempo incaricata dell’ASRG, il nuovo modello di generatore, di rispedire ogni cosa relativa a tale progetto ai  laboratori  del Glenn Research Center di Cleveland, uno dei più grandi centri di studio dell’Agenzia, che sottoporrà la tecnologia Stirling, il cuore del ASRG, a ulteriori studi e approfondimenti. Da un punto di vista meramente finanziario la NASA ha speso fino ad oggi 272 (198)* milioni di dollari per sviluppare la tecnologia ASRG, e altri 100 (72) sarebbero stati spesi in due anni per ottenere il primo generatore pronto per l’utilizzo in missione. Invece, sospendendo ora il programma, la NASA realizzerebbe subito un risparmio di 170 (124) milioni, ritardando però di una decina  d’anni l’entrata in servizio del nuovissimo ASRG, guarda caso proprio il tempo necessario per smaltire le attuali scorte.

Sembra incredibile che la più grande agenzia spaziale del mondo, mentre vanta per il 2014 fondi assegnati per oltre 17,6 miliardi di dollari, ritenga desiderabile realizzare un risparmio di 170 milioni e la razionalizzazione delle scorte a scapito di una tecnologia innovativa che aprirebbe la strada a ben altri risparmi e sopratutto promuoverebbe l’esplorazione delle regioni esterne del Sistema Solare grazie all’affermarsi di nuovi tipi di missione e del relativo hardware. Ciò che vogliamo dire appare chiarissimo dopo l’esame della seguente tabella comparativa:

 

tabella MMRTG-ASRGAnche facendo lavorare sempre gli ASRG in coppia per creare una  ridondanza contro eventuali guasti  di parti mobili, i vantaggi che si otterrebbero sostituendo semplicemente gli MMRTG con gli ASRG, a parità di energia prodotta, sono evidenti. Ma altri fattori sono intervenuti e  i manager della NASA hanno realizzato di avere la possibilità di far fronte alle richieste per i prossimi anni assegnando alle uniche due missioni di classe “Flagship” (1,5 – 2 miliardi di dollari) pronte al lancio entro il 2022,  le scorte di PU238 e gli MMRTG disponibili in magazzino.  Si tratta di Mars 2020 rover e di Europa Clipper. Quest’ultima specialmente gode della  considerazione del Congresso e del pubblico,  alla luce dei recenti avvistamenti di pennacchi eruttivi simili ai nostri geyser che scagliano attorno al satellite nuvole di vapor d’acqua. Attraversandole con una sonda opportunamente attrezzata, si potrebbero ottenere nuove conoscenze in merito al supposto oceano d’acqua sotterraneo che sarebbe presente dentro la luna di Giove e della sua capacità di ospitare la vita.

Esiste inoltre un confine che potremmo definire tecnologico, al di là del quale l’alimentazione di una sonda spaziale non può essere affidata solo alle celle fotovoltaiche perché il Sole è così lontano che la sua luce ci giunge troppo fioca. Fino a ieri questa linea  di confine era grosso modo rappresentata dalla Fascia Principale degli Asteroidi, mentre oggi, in seguito a veloci progressi tecnologici, tale confine si è spostato verso  l’esterno fino a comprendere l’orbita di Saturno. Naturalmente apposite commissioni di esperti sono già al  lavoro per verificare quali e quanti vantaggi potranno ottenere  dalla moderna tecnologia fotovoltaica le prossime sonde che opereranno nella nuova zona (vale a dire tra la Cintura degli Asteroidi e l’orbita di Saturno). Sembra che Europa Clipper passerà da una formula 100% nucleare (5 MMRTG), a una ibrida con meno generatori, o forse al 100% fotovoltaica.

Europa Clipper(nell’illustrazione: Europa Clipper). Ma il discorso va oltre perché c’è una quantità di nuove missioni che gli astrofisici americani hanno studiato considerando l’ASRG una risorsa disponibile  subito o nel breve termine.  Ci riferiamo a missioni molto specializzate, per la maggior parte a basso costo (classe Discovery: 425-500 milioni). Ne ha rilasciato un lungo elenco l’American Astronomical Society (AAS) alla fine del 2013, stilato ispirandosi alle linee guida espresse dalla NASA in un precedente documento chiamato Enduring Quests Daring Visions. Anche se si tratta di documenti ancora piuttosto vaghi e generici, sono importanti per capire i desideri e gli interessi professionali della massa degli astronomi e degli astrofisici americani, e sopratutto mettere alla prova la loro creatività in presenza di uno strumento molto avanzato come l’ASRG, che avrebbe garantito l’alimentazione e il riscaldamento della sonda in qualsiasi ambiente. Di certo l’improvvisa e del tutto inattesa ibernazione del progetto ASRG ha cambiato completamente le carte in tavola e una larga fetta delle missioni proposte dall’AAS è diventata semplicemente  inattuabile. Per esempio quelle che hanno come obiettivo  le zone polari della Luna, scarsamente illuminate, o l’emisfero oscuro di Mercurio. Sono luoghi non lontani dalla Terra ma di sicuro interesse scientifico e forse, nel caso della Luna, anche minerario. Ma sopratutto rimangono esclusi Urano e Nettuno con le loro interessantissime lune e la misteriosa Fascia di Kuiper, con Plutone e i suoi Plutini, nonché centinaia di altri pianeti nani, asteroidi, nuclei  cometari esauriti, e  chissà cos’altro.
Non è poco.

ROBERTO FLAIBANI

 

* la seconda cifra corrisponde al valore in euro della prima

FONTI:

Van Kane, The ASRG Cancellation in Context, The Planetary Society

Casey Dreier,  Continued Victories for Planetary Exploration, The Planetary Society

Casey Dreier, Europa Beckons, The Planetary Society

Casey Dreier, NASA just cancelled its Advanced Spacecraft Power Program, The Planetary Society

Jeff Foust, Omnibus  bill gives NASA $17,65 billions… , Space Politics

Jeff Foust, Astronomers’ bold visions clash with limited budgets, Space Politics

Dan Leone, Lockheed shrinking ASRG team as closeout work begins, Space News

NASA, Enduring Quest Daring Visions

 

 

 

 

9 aprile 2014 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio | , , , | 3 commenti

Alla ricerca dell’acqua nel Sistema Solare

Fino a una quindicina di anni fa eravamo convinti che gli oceani e i mari della Terra rappresentassero le uniche riserve di acqua presenti nel Sistema Solare. Marte era al più sospettato di contenerne una certa quantità congelata negli strati subsuperficiali e le comete, o una parte di esse, di trattenerne quantità notevoli nel materiale poroso di cui erano costituite. Ma nel 1998 la sonda Galileo giunse nel Sistema Gioviano e questa visione restrittiva cambiò. Dapprima la luna Europa, e poi anche Callisto e Ganimede, incominciarono ad essere sospettate di ospitare al loro interno interi oceani di acqua in quantità molto superiore alle riserve terrestri, e potenzialmente capaci di sostenere intere biosfere. Gli scienziati attribuivano ad effetti mareali, al decadimento nucleare di materiale radioattivo e al vulcanismo del nucleo solido la responsabilità della generazione del calore che manteneva l’acqua allo stato liquido. Inoltre una crosta ghiacciata superficiale di spessore non ancora accertato la difendeva dal gelo dello spazio. Da allora le tre lune, ma sopratutto Europa, sono tenute sotto stretta osservazione, e gli indizi favorevoli all’esistenza dell’oceano sotterraneo non fanno che accumularsi.

europa_vents_2 - NASA ESA University of Cologne (Germany)(L’immagine qui di fianco mostra la posizione  delle nuvole di vapor acqueo sopra Europa. In realtà le nuvole non sono state fotografate, bensì rilevate spettroscopicamente. Credit: NASA, ESA, L. Roth (Southwest Research Institute and University of Cologne – Germany). Le ultimissime osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble hanno rilevato sopra il polo sud di Europa grandi nuvole di vapor acqueo, direttamente connesse con ampi bacini subsuperficiali di cui non conosciamo ancora la natura. Potrebbe trattarsi del tanto desiderato oceano sotterraneo, magari brulicante di vita, oppure di un semplice lago creatosi a qualche profondità nel pack. La notizia comunque ha emozionato fortemente gli esperti perché, anche nell’ipotesi più riduttiva, ora abbiamo la possibilità di esaminare acque subsuperficiali di Europa senza dover scendere sulla superficie a trivellare: basterà organizzare un flyby sopra il polo sud in modo che la sonda voli all’interno del vapor acqueo e faccia tutti i rilevamenti del caso. Cosa resa ancor più attraente dal fatto accertato che i supposti “soffioni” entrano in funzione sempre e solamente quando la luna si trova a percorrere il tratto della sua orbita che la porta più lontano da Giove. Sembra ripetersi, con disarmante somiglianza, la vicenda che una decina d’anni fa accentrò su Encelado, una piccola luna di Saturno, l’attenzione della comunità scientifica. Anche in quel caso furono avvistati dei geyser in eruzione nel periodo in cui la luna era lontana da Saturno, e furono effettuati due flyby che portarono la sonda Cassini ben dentro la nuvola di vapor acqueo e ghiaccio creata dalle eruzioni. Sono passati circa otto anni, nuovi dati si aggiungono ai vecchi, il dibattito sulla natura di Encelado è ancora acceso, e riguardo all’esistenza o meno di una vasto oceano sotterraneo non c’è ancora accordo. Può darsi che la tecnica del flyby, in questo caso, abbia dato il suo massimo e per risolvere il mistero non rimanga davvero altro da fare che scendere sulla superficie e trivellare. Ma di Encelado, Dione e sopratutto Tritone, una delle lune di Nettuno, parleremo diffusamente in un prossimo articolo.

Pluto system - credit NASA ESA SETI  Institute(Nell’immagine: il sistema di Plutone – Credit: NASA, ESA, SETI Institute). Forti delle precedenti scoperte, molti ricercatori si stanno chiedendo se non sia il caso di mettersi alla ricerca dell’acqua anche più lontano dal Sole, cioè nella Fascia di Kuiper. Due ricercatori dell’Università della California, Guillaume Robuchon e Francis Nimmo, basandosi sui loro modelli di evoluzione termica, hanno descritto Plutone come dotato di due strati, di cui il più esterno costituito da ghiaccio secco, l’altro da ghiaccio d’acqua. Sotto questa rigida crosta, spessa nei modelli circa 165 km, si agita un oceano sotterraneo della stessa dimensione, e infine un nocciolo roccioso. In un articolo pubblicato su Astrobiology Magazine hanno avanzato un’ipotesi suggestiva: se sull’equatore di Plutone si trovasse un qualche tipo di rilievo di altezza superiore ai 10.000 metri, ciò sarebbe un chiaro indizio dell’assenza di un oceano sotto la superficie, perché grandi quantità d’acqua, anche sotterranee, muovendosi per effetto della rotazione del pianeta-nano, sarebbero capaci di livellare simili picchi in superficie. I due scienziati hanno inoltre individuato nei processi di decadimento radioattivo, in assenza degli effetti delle forze gravitazionali che agiscono sulle lune dei pianeti gassosi, l’unica fonte disponibile di calore per mantenere l’acqua in forma liquida. La presenza di potassio sembra essere la migliore spia che tali processi siano tutt’ora in corso, e fortunatamente gli strumenti in dotazione a New Horizons, la sonda che l’anno prossimo eseguirà un veloce flyby di Plutone, saranno in grado di rilevare tanto un’abnorme quantità di potassio in superficie, quanto l’esistenza di alti picchi, vallate e perfino grossi geyser in fase eruttiva.

Secondo Steve Desch non solo Plutone, ma anche Caronte, il compagno con cui forma un vero e proprio sistema planetario binario, potrebbe contenere un oceano sotterraneo composto da acqua e ammoniaca, dove quest’ultima darebbe un contributo essenziale ad abbassare il punto di congelamento dell’acqua, contribuendo a mantenerla liquida. La conclusione di Desch è che tutti i corpi celesti della fascia di Kuiper con densità dell’ordine dei 2 gr/cm3 (quella di Plutone) e un raggio di almeno 500 km, sarebbero in grado di ospitare un oceano sotterraneo, mantenendo l’acqua liquida grazie al calore generato dal decadimento di materiali radioattivi. Analogamente Hanke Hussmann ritiene che tali oceani potrebbero essere ospitati nelle lune Tritone (Nettuno), Rhea e Dione (Saturno), Titania e Oberon (Urano) e perfino nel lontanissimo Sedna, il pianeta-nano che viene oggi considerato il primo oggetto appartenente alla Nube di Oort ad essere stato scoperto.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

  • Slow boat to Centauri: a millennium journey – exploiting resources along the way
    by Paul A. Gilster – Tau Zero Foundation
    JBIS vol.66 – pp 302-311 – 2013
  • Roth et al., “Transient Water Vapor at Europa’s South Pole,”
    published online in Science 12 December 2013
  • G. Robuchon and F. Nimmo, “Thermal Evolution of Pluto and
    Implications for Surface Tectonics and a Subsurface Ocean”, Icarus, 216,
    pp.426-439, 2011.
  • Desch et al., “Cryovolcanism on Charon and Other Kuiper Belt Objects”,
    38th Lunar and Planetary Science Conference, Texas, USA, 12-16 March
    2007.
  • Hussmann et al., “Subsurface Oceans and Deep interiors of Medium-
    Sized Outer Planet Satellites and Large Trans-Neptunian Objects”,
    Icarus, 185, pp.258-273, 2006

15 gennaio 2014 Posted by | Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , , | 2 commenti

3 Film: Elysium, Gravity, Europa Report

***Attenzione spoiler ***

Elysium1Di Elysium, il film che ha aperto il cartellone autunnale del cinema di fantascienza in Italia abbiamo già parlato in questi spazi. Un prodotto onesto, che fa la sua cassetta anche grazie alla presenza di Matt ‘Bourne identity’ Damon e Jodie ‘Clarice Sterling’ Foster. I miei nick non sono dei vezzi per sfoderare una cultura cinematografica che non ho. Semplicemente, servono a far intendere al lettore che i due attori hanno fatto anche di meglio di questo Elysium dalla trama un po’ così, acclamato come il successore di District 9. Ma dove quest’ultimo riusciva a conservare una certa ironia – per esempio la passione degli alieni per il cibo per gatti – qui Elysium si prende troppo sul serio: si vede pesantemente la mano dei produttori sul regista Neil Blomkamp, desiderosi a tutti costi del happy end che in District 9 non erano riusciti a imporre. Per me rimane memorabile la scena della ex fidanzata di un essere umano ormai diventato alieno. La donna lo vede oltre le sbarre del famigerato District 9, lo osserva meglio mentre solleva una scatola di cibo per gatti e urla il suo nome, egli si volta, la guarda a sua volta ma poi la sua attenzione è tutta per la scatoletta tra le sue zampe. Un finale pieno di ironia, certo, comicità anche, ma pure tanto tanto cinismo ottimamente dosato da Blomkamp nel corso di tutto il film. Ma stiamo divagando.

Ho introdotto Elysium per definire anche un genere, quello fantascientifico, che se non trova altre strade linguistiche ha poca durata. Non bastano il volto simpatico di Damon e la bravura forse un po’ troppo rigida in questo caso della Foster, né gli effetti speciali, di fronte ai quali la maggior parte del pubblico over 15 ormai sbadiglia, per fare un grande film. Ed è un peccato, perchè la stazione spaziale Elysium è un tributo al genio visionario di Gerard K. O’Neill, professore a Princeton, che negli anni ’70 progettava oggetti mastodontici come quello e altri, tra cui i famosi cilindri di Incontro con Rama, acclamato romanzo firmato da Sir Arthur Clarke. La risposta può venire da quel genere che definisco, con neologismo brutto e decisamente azzardato, “fantafuturo”: brutto per il suono e azzardato perché il futuro è sempre fantastico, nel senso di “non immaginabile”. Ma nel mio caso mi riferisco al futuro prossimo, quando gli uomini varcheranno di nuovo i confini dello spazio con i mezzi già a disposizione, o con nuovi congegni, che però siano logici sviluppi della tecnologia attuale e pertanto riconoscibili anche dal pubblico generico.

gravity Di questo genere sono usciti un blockbuster, Gravity, e un film minore, Europa Report, che tuttavia meriterebbe maggiore attenzione di quella dei festival dedicati – il film è stato presentato al Festival della Fantascienza di Trieste pochi giorni fa -. Gravity si avvale di due attori come Sandra Bullock e George Clooney, c’è il previsto happy end, anche se solo a metà, come già in Elysium e come prevede oggi il copione politically correct. D’altra parte anche il cinema americano si è dovuto piegare alle leggi dettate dai serial, l’unico media realmente innovativo. Lost ha cambiato il modo di fare fiction televisiva e fa morire due o tre dei suoi personaggi di punta alla seconda o terza stagione, lasciando di stucco e infuriati gli spettatori, ma a quel punto fa genere. Per cui lacrimucce tanto nel caso di Elysium che di Gravity. Quest’ultimo – va sottolineato – riesce però a fare spettacolo con il suo shuttle in 3D bombardato dai detriti spaziali. Forse chi lo vede ricorda il tragico incidente del Challenger: insomma, la realtà mischiata a un bel po’ di trovate discutibilissime sul piano scientifico – e umano, aggiungo io – funziona. Certo, ci vuole una grossa dose di quella “sospensione dell’incredulità” che si chiede allo spettatore quando la Bullock a un certo punto si trova ad aver quasi circumnavigato al Terra con la sola tuta da passeggiata spaziale. Di queste perle Gravity ne inanella talmente tante che lo spettatore informato si irrita e finisce per annoiarsi. Persino il presidente dell’INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) e due astronauti, Vittori e Nespoli, se non sbaglio, si son sentiti in dovere di intervenire sui giornali per avvertire il pubblico. Onore al merito per Sandra Bullock, che recita per quasi tutto il film da sola, e alla voce di Tonino Accolla, il doppiatore di Clooney, che ci accompagna per un po’.

Con Europa Report, una piccola perla in questo scenario, ci spingiamo verso Giove e le sue lune. Europa appunto è la meta di un’altra astronave, attrezzata per esplorare il misterioso oceano sotterraneo di cui quel remoto corpo celeste sembra essere dotato. Fantascienza allora? Non tanto, perché a sentire chi se ne intende davvero, è il film con il più alto tasso di attendibilità scientifica tra i tre. Ed è anche quello che, a mio avviso, spinge di più l’acceleratore sulla componente umana nella sua essenza più profonda, ossia quando gli individui, insieme, si trovano di fronte a una realtà sconosciuta. Ed è il piano umano quello che a mio avviso rende avvincente e commovente e infine vincente Europa Report rispetto agli altri due. Mentre Elysium punta sull’eroe redento in guerra contro una casta ricca ma umanamente morta – gli abitanti di Elysium, i Campi Elisi, dove secondo il mito greco vagavano le anime degli eroi – e Gravity sul machismo di una donna che tra l’altro non è nemmeno un’astronauta esperta, Europa Report punta tutte le sue carte umane su un gruppo di scienziati e tecnici (non ci sono militari nell’equipaggio di Europa-1) capaci di meravigliarsi come bambini di fronte a un un nuovo mondo, e di dare la vita perchè una grande avventura scientifica possa proseguire.

Europa Crew“E’ un piccolo passo per me…. ” ha detto Armstrong posando il piede sulla superfice lunare, una delle frasi storiche più gonfie di retorica della storia dell’ Umanità. Ecco invece la voce di Rosa, pilota di Europa-1, un faccino dolce in un corpicino minuto, infantile, emergere umile e coraggiosa al di sopra del frastuono dei campanelli d’allarme e dell’acqua gelida che si riversa dentro l’astronave: “Comparata con la vastità del sapere ancora da acquisire, che rilevanza può avere la tua vita?”

GIANVITTORIO FEDELE

22 ottobre 2013 Posted by | Fantascienza | , , , , | Lascia un commento

Aggiornamenti su Europa: chimica dell’oceano e siti di sbarco

Europa Report panorama[…] Ma quello che eccede tutte le meraviglie, ho ritrovati quattro pianeti di nuovo, e osservati i loro movimenti propri e particolari, differenti fra loro e da tutti gli altri movimenti delle stelle, e questi nuovi pianeti si muovono intorno ad un’altra stella molto grande, non altrimenti che si muovino Venere e Mercurio, e per avventura li altri pianeti conosciuti intorno al Sole. […] (nell’immagine: un fotogramma da Europa Report, il film)-

Iniziò così la storia di Europa, la sera del lontano 7 gennaio 1610 quando, insieme ad Io, Ganimede e Callisto, fu scoperta da Galileo Galilei. È la più piccola delle quattro lune medicee di Giove, da cui dista 671 mila chilometri ed intorno al quale svolge un periodo di rivoluzione di 3 giorni e 13 ore. Il suo moto è sincrono con quello del pianeta e pertanto mostra ad esso sempre lo stesso emisfero. È anche uno dei satelliti più massicci dell’intero sistema solare con il suo diametro massimo di 3120 chilometri e una densità media di 3,3 kg/cm3. La sua superficie è relativamente piatta e ricoperta da uno strato di ghiaccio, il cui spessore è oggetto di un serrato dibattito. La suggestiva ipotesi dell’esistenza su Europa di un oceano di circa 100 chilometri di profondità, cioè un vasto corpo che può contenere due o tre volte il volume di tutta l’acqua liquida presente sulla Terra, ha affascinato da subito gli scienziati e stimolato numerose ricerche, finalizzate alla valutazione dell’esistenza di un possibile ambiente adatto alla vita e contemporaneamente anche alla individuazione di aree funzionali ad uno sbarco futuro. Ovviamente, per confermare questo, è necessario raggiungere una conoscenza approfondita riguardo alla composizione chimica dell’oceano di Europa e alla presenza dell’energia necessaria all’attivazione dei cicli chimici peculiari della vita, quale noi la conosciamo.

Per valutare la composizione chimica di questo immenso corpo liquido non sono risultate più sufficienti le informazioni fornite dai vari strumenti della sonda Galileo (in orbita dal 18 ottobre 1989), quali il NIMS (Near-Infrared Mapping Spectrometer) che valuta le lunghezze d’onda da 0,7 a 5,2 micrometri. Per questo motivo due scienziati, Mike Brown (Caltech-California Institute of Technology, Pasadina) e Kevin Hand (JPL- Jet Propulsion Laboratory, NASA) si sono appoggiati ai dati raccolti dallo strumento Keck di Mauna Kea, utilizzando ottiche adattive e analisi spettrografiche effettuate con OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph). Questo spettrografo operante nel vicino infrarosso prende spettri in un piccolo campo di vista e consente di ignorare le lunghezze d’onda di disturbo, causate nell’atmosfera terrestre dalle emissioni da OH- (ossidrile), permettendo così l’individuazione di oggetti 10 volte più deboli di quelli rilevati in precedenza. Le analisi hanno portato alla scoperta della presenza sulla superficie di un solfato di sale di magnesio, chiamato epsomite, cosa che poteva deporre a favore di uno scambio di materiali tra l’oceano sottostante e la superficie stessa.

In merito a questo, un dato importante da evidenziare è che c’è una marcata differenza nei materiali che compongono l’emisfero di Europa rivolto verso Giove e quello nascosto: il primo ha una colorazione gialla, mentre l’altro è striato di materiale rosso. L’ipotesi più accreditata sui motivi di tale differenza è la presenza della luna Io, la più vicina al pianeta, che produce con la sua intensa attività vulcanica grandi quantità di zolfo, parte del quale si accumulerebbe proprio sulla superficie di Europa, maggiormente nell’emisfero nascosto, insieme a ghiaccio non di acqua. Le analisi spettrografiche, condotte da Brown e Hand sui materiali, hanno messo in evidenza che entrambi gli emisferi contengono quantità significative di ghiaccio non di acqua e che è presente solfato di magnesio solo sull’emisfero nascosto. Questo dato, pertanto, ha portato i ricercatori a concludere che tale composto non possa provenire dall’oceano, ma da un altro precursore minerale del magnesio (probabilmente cloruro di magnesio), distribuito ovunque sul satellite. Questa ipotesi concorda con altre analisi fatte da Brown sull’atmosfera di Europa, dalle quali risulta che questa è costituita da sodio e potassio, i cloruri dei quali, pertanto, dovrebbero essere i sali prevalenti sulla superficie di Europa. In conclusione la composizione dell’oceano di Europa potrebbe non essere molto diversa da quella degli oceani della Terra!

europa_oceanImmagine 1: Sulla base di nuove prove gli astronomi ipotizzano che sali di cloruro sgorghino dall’oceano liquido profondo della luna ghiacciata di Giove, Europa, e raggiungano la superficie, dove verrebbero bombardati dallo zolfo emesso dai vulcani della luna più interna del pianeta, Io. Le nuove scoperte danno risposte alle domande che sono state dibattute fin dai tempi delle missioni Voyager e Galileo della NASA. Illustrazione artistica di Europa (in primo piano), Giove (a destra) e Io (al centro). Credit: NASA / JPL – clicca 2 volte per ingrandire

Altro dato interessante riguardo alla chimica dell’oceano di Europa è la presenza di perossido d’idrogeno (insomma… acqua ossigenata, ma 20 volte più diluita di quella in vendita nelle nostre farmacie!). Questo composto, al di sotto della crosta ghiacciata, potrebbe trasformarsi in ossigeno, creando un rimescolamento dei materiali tra superficie e profondità, e presentarsi così come una sorgente di energia utile per eventuali forme di vita. Comunque anche questo composto non è distribuito in modo uniforme: la concentrazione maggiore (0,12% rispetto all’acqua) si trova sul lato rivolto verso Giove, mentre sull’emisfero opposto si abbassa fino a raggiungere quasi lo zero. E inoltre appare più concentrato nelle zone in cui il ghiaccio è fatto quasi esclusivamente di acqua. Queste ultime ricerche rimodulano quanto proposto ad una prima lettura dei dati rilevati dallo strumento NIMS, i quali lasciavano ipotizzare una quantità uniforme di perossido all’interno dello strato ghiacciato con un tasso di concentrazione pari allo 0,13%, concentrazione presente in realtà solo nelle regioni più ricche di ghiaccio di acqua. I ricercatori comunque concordano sull’importanza di un approfondimento riguardo alla presenza e alle trasformazioni del perossido d’idrogeno su Europa, per confermare o meno la possibilità di un ambiente favorevole alla vita. La ricerca, però, si presenta difficoltosa perché le regioni polari del satellite, ricche di ghiaccio, non sono facilmente osservabili.

 twin_europaImmagine 2: Questa immagine mostra Europa in colore naturale (a sinistra) e in colore migliorato per esaltare le differenze della superficie (a destra). La parte luminosa bianca e bluastra è composto principalmente di ghiaccio d’acqua, con pochissima quantità di altri materiali non di ghiaccio. In contrasto, le regioni brunastre screziate sul lato destro dell’immagine possono essere coperte da sali idrati e da un composto rossa non conosciuto. Anche il materiale giallastro screziato sul lato sinistro è un componente sconosciuta. Le linee scure disseminate sulla superficie sono fratture della crosta, alcune delle quali lunghe più di 3000 chilometri. Credit: JPL. – clicca 2 volte per ingrandire

Lo studio della presenza di composti dello zolfo, che appaiono più abbondanti sull’emisfero di Europa opposto a Giove, è risultato interessante per comprendere quali siano le aree più utili ad un futuro atterraggio di sonde. Brad Dalton e i suoi colleghi del JPL hanno concentrato il loro lavoro di ricerca sulle particelle cariche che colpiscono la superficie di Europa, per individuare i luoghi di minor impatto, al di sotto dei quali l’oceano dovrebbe presentare una modifica minore della sua composizione originale ad opera di elettroni e ioni in entrata. Il team di ricercatori ha analizzato gli spettri, raccolti dal NIMS di Galileo, dell’acido solforico idrato e dei sali di solfato idrato, che possono essere distinti da quelli del ghiaccio d’acqua. Il risultato è stato che l’acido solforico varia da livelli non rilevabili vicino al centro dell’emisfero esposto verso Giove fino a quantità pari a più della metà dei materiali sulla superficie vicino al centro dell’emisfero opposto. La quantità di elettroni e ioni di zolfo che colpisce la superficie presenta una stretta correlazione con questo risultato. Pertanto, è più probabile che il materiale oceanico in condizioni più simili alla composizione originaria si trovi nel lato esposto di Europa e possa essere presente anche intrappolato nella crosta ghiacciata sovrastante.

Europa_sitesImmagine 3: Questa grafica mette in relazione la quantità di energia depositata su Europa dal bombardamento di particelle cariche e il contenuto chimico di depositi di ghiaccio sulla superficie, distribuita in cinque aree (da A ad E). Ioni ed elettroni legati al potente campo magnetico di Giove colpiscono Europa abbondantemente. Il campo magnetico viaggia intorno a Giove con velocità superiore di quella con cui Europa orbita attorno al pianeta. La maggior parte delle particelle energetiche colpiscono Europa nell’emisfero opposto alla direzione di orbita. L’emisfero rivolto nella direzione di marcia, invece, riceve meno particelle cariche. Credit: NASA / JPL-Caltech / Univ. di Ariz. / JHUAPL / Univ. di Colorado. – clicca 2 volte per ingrandire

Ovviamente il modo migliore per avere informazioni utili sarebbe arrivare direttamente sulla superfice di Europa! Essa appare relativamente piatta e l’assenza di crateri di impatto potrebbe significare che si sia consolidata in tempi relativamente recenti. La superficie è anche attraversata da striature più scure, dovute probabilmente ad impatti di meteoriti, che hanno causato lo scioglimento del ghiaccio, permettendo all’acqua di scorrere prima di congelare nuovamente. Potrebbe essere possibile che vicino a queste linee ci siano biomarcatori che hanno raggiunto la superficie dall’oceano sottostante spinti attraverso le fratture: proprio in questi punti si sono trovati scambi di materiale tra la superficie, il guscio ghiacciato e l’oceano.

europa_fracturesImmagine 4: composizione di immagini ad alta risoluzione di una veduta da polo a polo di Europa con il lato rivolto verso Giove a sinistra (ovest) e la parte lontana da Giove a destra (est). Oltre alle linee, si notano altre strutture interessanti, le lenticule (piccole macchie), il “caos” (area densa di diversi tipi di strutture), macule (grandi macchie) e nel sud la fascia luminosa nota come Linea di Agenore. Il mosaico è stato costruito a partire da singole immagini ottenute con il sistema SSI (imaging a stato solido) della sonda Galileo della NASA durante sei passaggi ravvicinati ad Europa tra il 1996 e il 1999. Credit: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona. – clicca 2 volte per ingrandire

Oltre alle effettive dimensioni dello spessore sottile della crosta ghiacciata, è necessario possedere altri dati per scegliere le tecnologie necessarie per arrivare su Europa. Per individuare i possibili luoghi di sbarco, quali le aree di bassa albedo e le zone geologicamente giovani, poco alterate dalle radiazioni, è utile disporre della mappatura della superficie effettuata con immagini ad alta risoluzione. Robert Pappalardo (Senior Research Scientist, JPL), analizzando le mappe ottenute dalla composizione delle immagini fornite dalla sonda Galileo, ha individuato quali aree rispondenti alla maggior parte dei requisiti sono rappresentate nelle mappe sottostanti. Le regioni di Europa chiamate “caotiche” (un miscuglio di crinali, pianure e crepacci) sono considerate i siti migliori per l’atterraggio, perché apparentemente di formazione più recente. Le parti più scure e pianeggianti a esse associate potrebbero essere composte di fluidi congelati provenienti dall’oceeano

europa_landing_sitesImmagine 5: In alto la mappa generale: luoghi di sbarco candidati su Europa indicati da cerchi rossi sulle la mappa globale; i contorni blu mostrano intensità di radiazione sulla superficie di Europa, con evidenza dell’estensione geografica su cui gli elettroni di una data energia influenzano la superficie e quanto penetrano in profondità (escludendo gli effetti delle particelle secondarie). In basso: immagini su scala regionale. A sinistra: pianure scure associate con il caos nella regione E25 Galileo. Centro: I terreni caos Thera e Tracia Maculae. A destra: scuro terreno caotico nella Galileo E17 mosaico regionale. Ogni sito candidato soddisfa i criteri di bassa albedo, materiale giovane che sembra provenire dal sottosuolo ed è al di fuori delle regioni di radiazioni più intense sul satellite. (Credit: Pappalardo et al.) – clicca 2 volte per ingrandire

Attualmente, diversi ricercatori, tra i quali Robert Pappalardo e il planetologo Philip Hozempa, sono impegnati nel progetto  Europa Clipper, una sonda da porre in orbita intorno Giove nel 2021 che, nel corso di due anni e mezzo, dovrebbe compiere 32 passaggi ravvicinati a Europa (il più vicino a 25 chilometri). Questa missione potrebbe essere considerata come precorritrice di una futura spedizione di atterraggio sul satellite gioviano. Budget permettendo!

SIMONETTA ERCOLI

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Bibliografia

  • Galileo Galilei, Lettere, Lettera a B. Vista, 30 genn 1610.
  • Brown and Hand, “Salts and radiation products on the surface of Europa,” in press at the Astrophysical Journal;
  • Mike Brown e Kevin Hand, “Keck II Osservazioni del Differenze emisferica H2O2 su Europa,” Astrophysical Journal Letters, 766 (2013);
  • Dalton et al., “Exogenic controls on sulfuric acid hydrate production at the surface of Europa,” Planetary and Space Science, Volume 77 (March 2013), pp. 45–63 ;
  • Pappalardo et al., “Science Potential from a Europa Lander,” published online by Astrobiology August 7, 2013;

Articoli da Centauri Dreams

  1. Dentro l’oceano di Europa, Paul Gilster il 6 Marzo 2013
  2. La chimica dell’Oceano di Europa, Paul Gilster il 9 aprile 2013
  3. Europa: Solfati e luoghi di sbarco, Paul Gilster il 15 Aprile 2013
  4. Siti di discesa su Europa, Paul Gilster il 9 Agosto 2013

26 agosto 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Chimica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 2 commenti

“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.

Europa Clipper foto1(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.

Europa Clipper foto3(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.

Europa Clipper foto4(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.

 

6 maggio 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia, Scienze dello Spazio, Senza categoria | , , , | 5 commenti

NASA: basta ai tagli di bilancio!

Save Our ScienceLa Planetary Society di Pasadena in California, una delle maggiori organizzazioni non governative di livello mondiale dedicata alle Scienze dello Spazio, si sta impegnando in una dura battaglia per difendere il budget della NASA dai tagli proposti dal governo americano. In particolare l’azione è rivolta contro un taglio di oltre 200 milioni di dollari a carico del settore “Scienze Planetarie” dell’Agenzia, che renderebbe di fatto non più praticabile nessuna delle due missioni oggi ritenute di importanza cruciale per l’esplorazione del Sistema Solare. La prima sarebbe diretta verso Europa, la luna di Giove che si sospetta nascondere, celato sotto una spessa coltre di ghiaccio, un unico, immenso oceano d’acqua. La seconda missione prevederebbe il prelievo di campioni significativi del suolo e delle rocce marziane che andrebbero riportati sulla Terra per  una serie di esami e test di laboratorio impossibili da compiere con mezzi robotizzati sul pianeta d’origine.

La Planetary Society, fondata dal mitico Carl Sagan e da Louis Friedman, uno dei più grandi esperti di vele solari, si propone di premere sulla Casa Bianca e sul Congresso, raccogliendo almeno 25.000 email di protesta con una iniziativa a cui può partecipare chiunque, anche i non soci e coloro che non sono cittadini americani. Per aderire basta seguire questo link:

https://secure3.convio.net/planet/site/Advocacy?cmd=display&page=UserAction&id=153

compilate il questionario anagrafico con i vostri veri dati (email anonime non sono ammesse), il testo è già pronto e appare sulla destra del questionario. E non dimenticatevi di spedire (send)!

20 aprile 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , | 1 commento

Acqua, acqua, ovunque

La nostra visione del Sistema Solare è completamente cambiata negli ultimi cinquant’anni. Ditelo a una festa, e chi vi ascolta darà per scontato che vi stiate riferendo a Plutone, il cui declassamento ha provocato più reazioni di qualsiasi altra recente notizia sui pianeti.Ma in aggiunta a tutto quello che abbiamo appreso dalle sonde, la nostra visione del Sistema Solare composto da un piccolo numero di pianeti, ora comprende un enorme numero di oggetti a immense distanze. Cinquant’anni fa , una Cintura di Kuiper di gran lunga più popolata della fascia principale degli asteroidi era solo teoria. E i primi modelli dl Sistema Solare con i quali sono cresciuto non includevano mai nessuna rappresentazione di una immensa nuvola di comete (ndt: la Nube di Oort), che si estendeva fino a cinquantamila Unità Astronomiche di distanza.

Abbiamo anche cominciato a capire che l’acqua allo stato liquido, una volta considerata esclusiva della Terra, potrebbe abbondare in tutto il Sistema. Caleb Scharf si occupa dell’argomento in un recente articolo apparso su Life Unbounded, prendendo nota di cosa i nostri modelli teorici ci dicono sulla presenza di oceani interni in svariati oggetti celesti.

Si può fare molto con modelli puramente teorici che cercano di determinare il giusto equilibrio idrostatico tra il peso di un corpo celeste e le sue forze di pressione interne, sia che siano esercitate in stato gassoso, solido o liquido: energia termica proveniente dalla formazione dei corpi stessi, calore generato dal decadimento radoattivo di isotopi d’origine naturale, tutto gioca un ruolo. Basta inserire qualche dato reale, per esempio misurazioni inerenti a luoghi come Europa o Titano, perché i nostri modelli diventino molto meglio calibrati. L’aspetto intrigante è che si può giocare variando la composizione e la stratificazione interna del materiale di un corpo planetario per trovare la combinazione che funziona meglio. Di conseguenza si può fare una stima della natura e dell’estensione di qualsiasi zona di acqua allo stato liquido situata sotto la superfice.

Scoprire oceani interni

I dati diventano impressionanti, come dimostrano Hauke Hussmann e colleghi in un testo del 2006 apparso sulla rivista Icarus. Si inizia con Galileo, la missione verso Giove che ha riportato dati sufficienti per cambiare la nostra visione delle lune del pianeta gigante. Galileo ha scoperto campi magnetici secondari indotti nelle vicinanze di Europa, Callisto e Ganimede, fornendo consistenti prove sperimentali a sostegno dell’ipotesi che esistano oceani sotto le loro superfici. Si pensa che tali campi siano generati da ioni contenuti in uno strato d’acqua allo stato liquido presente sotto la crosta ghiacciata esterna. Indubbiamente Europa è diventata un obiettivo primario per una futura ricerca di astrobiologia, grazie alla prospettiva di trovare, oltre all’acqua, anche una crosta di ghiaccio sottile.

L’articolo di Hussmann prosegue calcolando i modelli di strutture interne per corpi celesti ghiacciati di medie dimensioni nel Sistema Solare esterno, supponendo come acquisito l’equilibrio termico tra calore di origine radioattiva prodotto dal nucleo e la perdita di calore attraverso la crosta di ghiaccio. Ora possiamo davvero cominciare a espandere il quadro. Il testo dimostra che l’esistenza di oceani sotto la superficie è plausibile non solo nel caso, ora ovvio, di Europa, ma anche di Rhea, Titania, Oberon, Tritone e Plutone. Un esempio può essere costituito anche dagli oggetti trans-nettuniani (TNO) 2003-UB313, Sedna e 2004-DW. Hussmann dice:

Nei corpi celesti qui in discussione, gli strati liquidi sono in diretto contatto con i nuclei rocciosi. Ciò contrasta con gli oceani interni nei grandi satelliti ghiacciati come Ganimede, Callisto o Titano, dove essi sono racchiusi tra una crosta di ghiaccio comune sopra e da strati di ghiaccio supercompressi sotto. Il contatto tra l’acqua e i silicati permetterebbe uno scambio molto efficace di minerali e sali tra le rocce e l’oceano nelle zone interne di questi satellti di medie dimensioni.

E’ interessante notare che Encelado, come risulta dai continui esami a cui è sottoposto dalla sonda Cassini, non si accorda col modello Hussmann. Nel documento si segnala infatti che sorgenti di calore diverse da quella originata dal decadimento radioattivo servirebbero per sostenere un tale oceano, con l’ovvia opzione rappresentata dal calore sviluppato dalle maree. Abbiamo molto da imparare su Encelado: il testo affronta argomenti come la storia della sua orbita, e fa paragoni con Mimas, dove la forza della marea è molto più intensa. Ma le conclusioni sono chiare: abbiamo necessità di una maggior mole di osservazioni per chiarire se gli oceani interni sono o meno un fenomeno comune nel Sistema, tra le lune e i corpi celesti ghiacciati come gli oggetti trans-nettuniani.

Oceani oscuri e lontani

Hussmann e colleghi partono dall’assunto che i bacini sotterranei in questi mondi esterni si trovino sotto una crosta di ghiaccio spessa oltre 100 chilometri, abbastanza perchè ci sia poco collegamento tra tali bacini e le caratteristiche di superficie. Ma lo studio dell’interazione tra questi oceani e i campi magnetici e le particelle cariche che li circondano, e le reazioni dei corpi celesti alle maree esercitate dal corpo primario (ndt: uno dei pianeti esterni, nel nostro caso), possono aiutarci a confermare o smentire l’esistenza degli oceani stessi. Qui c’è lavoro per generazioni di sonde spaziali, ma se azzecchiamo il modello giusto fin dall’inizio, allora potremo fare ragionevoli estrapolazioni a proposito dell’onnipresenza dell’acqua.

Il modello proposto nel documento, dicono gli autori, non è applicabile a Ganimede, Callisto e Titano, ma vedo che nel suo articolo Scharf afferma che Titano potrebbe avere un volume di acque dieci volte superiore a quello degli oceani terrestri. Questi sono i dati che contano. Come dice Scharf:…”questi corpi celesti da soli potrebbero fornire una quantità d’acqua allo stato liquido da dieci a sedici volte maggiore di quella presente sulla Terra.” Mettiamo nel conto anche gli oggetti trans – nettuniani, aggiungiamo la possibilità di un eventuale riscaldamento d’origine radioattiva, e otterremo quanto meno l’eventualità che i TNO siano la più estesa sorgente di acqua allo stato liquido dell’intero Sistema Solare.

Non avevamo forse detto che la nostra visione del Sistema era cambiata? Questa rivoluzione continua non appena ci addentriamo nella Cintura di Kuiper. Speriamo che la sonda New Horizons scopra un piccolo TNO da studiare, nel corso del suo viaggio oltre Plutone e Caronte, ma forse potremmo sperare nel lancio di sonde destinate a orbitare intorno ai satelliti dei pianeti esterni o ad altri oggetti, aiutandoci a comprenderne la composizione interna. Se si avvalora la prospettiva che esistano bacini d’acqua interni nelle proporzioni indicate precedentemente, allora tutta la Cintura di Kuiper avrebbe un seppur minimo potenziale astrobiologico.

Titolo originale:“Water, Water, Everywhere” scritto da Paul Gilster e pubblicato in Centauri Dreams il 18 febbraio 2011. Traduzione italiana di Roberto Flaibani, editing di Beatrice Parisi. Le illustrazioni riproducono alcune opere del pittore Giulio Corcos, che ringraziamo con simpatia. Questo articolo segna la nostra partecipazione al Carnevale della Chimica, terza edizione, e inaugura una fase di collaborazione con Centauri Dreams, che ci auguriamo lunga e fruttuosa.

Fonte: Hussmann et al., “Subsurface oceans and deep interiors of medium-sized outer planet satellites and large trans-neptunian objects,” Icarus Vol. 185, Issue 1 (2006), p. 258-273.

21 marzo 2011 Posted by | Carnevale della Chimica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , , , | 2 commenti

   

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