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Missioni spaziali - Rosetta: atterrare su una cometa per studiare l'origine del Sistema Solare

28-29 astronomia - missioni spaziali. missione rosetta
• di Marco Massa, presidente dell'Associazione Astrofili Sardi

 

Dopo la formazione del sole primitivo una parte delle polveri e dei gas ancora rotanti si raggrumò dando origine ai planetesimi, piccoli nuclei di materia che costituirono i mattoni di base per la formazione dei corpi del sistema solare. Sarebbe quindi molto interessante per gli astronomi avere “fra le mani” un planetesimo per analizzarlo e così confermare le loro teorie sull’ origine del sistema solare. Eppure questi mattoni esistono ancora! Gli asteroidi e le comete rappresentano proprio i campioni del materiale dal quale sono nati i pianeti. Perciò uno studio approfondito, sia degli asteroidi che delle comete, ci permetterebbe di tornare indietro nel tempo di oltre quattro miliardi di anni e di verificare direttamente i processi di formazione del sistema planetario. Rientra in quest’ottica la missione Rosetta del programma dell’Ente Spaziale Europeo “Horizon 2000” dedicata all’esplorazione dei corpi minori del Sistema Solare.

 

Il viaggio

La navicella spaziale Rosetta è stata lanciata il 2 marzo 2004, ha effettuato con successo l’incontro con l’asteroide Steins nel 2008 e con l’asteroide Lutetia nel 2010, ma il suo obiettivo primario è quello di effettuare una serie di indagini dettagliate sulle caratteristiche della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Dopo i due fly-by, Rosetta è stata messa in stato di ibernazione per 31 mesi durante il viaggio verso l’orbita di Giove e si è svegliata automaticamente, comandata da un proprio orologio interno, il 20 gennaio 2014. Dopo il risveglio Rosetta ha continuato l’avventura con l’incontro del 6 agosto 2014 con la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, intorno alla quale è entrata in orbita, e che scorterà nel suo avvicinamento al Sole fino alla fine del 2015. La navicella Rosetta è composta da un orbiter, dove sono situati i sensori per gli esperimenti in remoto, e da una sonda, chiamata Philae, destinata allo sbarco sulla superficie della cometa.

 

Obiettivi Scientifici

Il principale obiettivo scientifico della missione è lo studio in loco per comprendere l’origine delle comete e le relazioni esistenti tra la loro composizione e la materia interstellare quali elementi fondamentali per potere risalire alle origini del Sistema Solare. La ricerca di materiali primordiali e inalterati può avere successo con l’esplorazione delle comete in quanto le zone esterne del Sistema Solare, ove esse si sono formate, contengono materiale ricco di sostanze volatili che non è stato alterato nelle zone interne vicine al Sole, caratterizzate da alte temperature. L’esplorazione della cometa consiste nello studio delle caratteristiche del suo nucleo e della chioma, della morfologia e della composizione. In particolare, lo studio della mineralogia e degli elementi volatili del nucleo fornirà informazioni preziose sulla composizione della nebulosa primordiale che si pensa sia stata all’origine del Sistema Solare. Alcuni scienziati suppongono che l’acqua e i componenti chimici alla base della vita possano essere stati portati sulla Terra, nei primi stadi della sua esistenza, proprio dalle numerose comete che entrarono in collisione con il nostro pianeta. Per raggiungere questi obiettivi la navicella orbiterà a lungo attorno alla cometa, seguendola nel suo viaggio di avvicinamento e poi di allontanamento dal Sole, mentre Philae ha il compito di effettuare misure in-situ e di campionare del materiale alla superficie del nucleo per una analisi chimico-mineralogica dettagliata.

 

L’atterraggio sul suolo della cometa

Prima del distacco di Philae dalla navicella madre Rosetta, un controllo aveva evidenziato il non funzionamento del dispositivo che doveva spingere le zampe di Philae verso la superficie della cometa. Poiché non era possibile fare la riparazione si era deciso di proseguire con il distacco confidando nel sistema di ancoraggio della sonda. Da precisare che il luogo di atterraggio sarebbe dovuto essere pianeggiante e soleggiato, dato che la sopravvivenza di Philae dipendeva dalla sua possibilità di ricaricare le batterie tramite energia solare. Non è stato facile individuare un sito adeguato per l’atterraggio in quanto la superficie della cometa si è manifestata molto più irregolare e scoscesa di quanto ci si attendesse: rocce e massi di grandi dimensioni, crateri e dirupi hanno limitato molto le possibilità di scelta da parte dei responsabili della missione. Dal momento che Philae non ha un motore per le correzioni di rotta, era stato necessario calcolare con grandissima precisione il momento per il distacco e la precisa spinta per indirizzare la sonda sulla giusta traiettoria per raggiungere un pianoro al quale era stato dato il nome di Agilkia. Dalle foto riprese da Rosetta si vede che Philae ha centrato nel segno, ha mosso un po’ la polvere della superficie, ma, purtroppo, non si è fermata; quali i motivi? La mancanza del getto di gas che avrebbe dovuto frenarla, i razzi di stabilizzazione che avrebbero dovuto aiutarla a posarsi sul suolo che non hanno funzionato e gli arpioni che l’avrebbero dovuta ancorare al terreno che non si sono attivati. Occorre considerare che la cometa ha un nucleo di forma altamente irregolare, come ben visibile nella fotografia ripresa da Rosetta, e che le dimensioni massime sono di circa 4 kilometri. Un corpo così piccolo produce un’attrazione gravitazionale così bassa che Philae, un concentrato di tecnologia delle dimensioni di una lavatrice, posato sulla sua superfice, pesa poco più di un grammo per cui è comprensibile che, al momento dell’atterraggio, sia rimbalzata fluttuando nello spazio. Gli strumenti di Philae, registrato il contatto con il suolo, avevano mandato il messaggio alla sonda madre che ha provveduto a trasmetterlo a Terra. Dagli schermi della TV tutti abbiamo assistito all’esplosione di gioia dei protagonisti dell’impresa nel momento in cui arrivò l’annuncio dal centro di controllo dell’ESA che  il modulo Philae aveva toccato il suolo della cometa alle 15:34:04 GMT (tempo di bordo). Fra questi c’erano tanti scienziati e tecnici, anche italiani di agenzie pubbliche come l’ASI e rappresentanti di imprese che hanno costruito parti importanti di Rosetta e Philae. Mentre al centro di controllo si esultava, Philae stava tentando nuovamente di posarsi al suolo sotto la debole attrazione della cometa fluttuando in volo per cinquantuno minuti. Toccata di nuovo la cometa la sonda rimbalzava ancora per posarsi finalmente al suolo dopo altri sei minuti, in un luogo sconosciuto fino ad ora (04 Dicembre 2014). In ogni caso molto lontano dal luogo previsto, andandosi a mettere nella peggiore posizione possibile, in un pendio circondata da massi ai piedi di una collina, in modo tale da restare in ombra. Per capire quelli che sembrano inspiegabili ritardi delle comunicazioni fra la sonda e il centro di controllo bisogna sapere che le comunicazioni spaziali con una piccola sonda posata su un corpo celeste a 510 milioni di km da noi non sono né facili né veloci (quasi mezz’ora per le comunicazioni fra Terra e Rosetta). Philae ha una limitata capacità di trasmettere informazioni e può farlo solo quando è in vista di Rosetta, l’unica con la potenza necessaria per inviarle a terra. Considerando che la cometa ruota con un periodo di circa 12 ore e che Rosetta è in orbita intorno alla cometa, la possibilità di scambiare informazioni con Philae è limitata a poche ore al giorno, quando l’orbita di Rosetta “vede” la posizione di Philae e le due sonde possono scambiarsi i segnali radio. Quando al centro di controllo si sono resi conto della gravità della situazione, calcolata un’autonomia di energia di poche decine di ore, gli scienziati e i tecnici hanno deciso di attivare tutti gli strumenti per raccogliere il massimo dei dati possibili fino all’esaurimento delle batterie. Da sonda di altissima tecnologia, molta della quale fatta in Italia, Philae si è trasformata in una bella addormentata spaziale. Sarà possibile risvegliarla? Il principe azzurro della nostra storia si chiama Sole, man mano che la cometa si avvicinerà ad esso, la radiazione solare riscalderà la cometa che comincerà ad emettere getti di gas. La speranza degli scienziati è che qualche getto potrebbe dare una spintarella a Philae spostandola in una posizione più favorevole perché i suoi pannelli solari ricevano più luce e quindi producano l’energia necessaria a risvegliarla.

 

I primi dati trasmessi

Attualmente gli scienziati sono occupati ad analizzare i dati trasmessi dalla sonda Philae durante il suo breve tempo di attività. Philae ha lavorato intensamente per raggiungere quanti più obiettivi possibili.
La prima sonda inviata dall’uomo su una cometa ha trovato tracce di molecole organiche e una superficie molto più dura di quanto immaginato. Uno dei dieci strumenti scientifici a bordo di Philae ha martellato la superficie della cometa scoprendo che è “dura da scalfire”, una durezza compatibile con la presenza di ghiaccio particolarmente duro. La potenza del martello è stata gradualmente aumentata, ma esso non è stato in grado di penetrare in profondità e si è guastato. Esperimenti elettrici e acustici hanno confermato che la cometa non è morbida al di sotto della polvere superficiale. Nonostante la posizione precaria, Philae ha tentato di trivellare parzialmente il suolo, ma non è chiaro se abbia raccolto campioni di terreno. Un grande contributo alla scienza proviene dalla fotocamera ROLIS che ha ripreso immagini importanti durante la prima discesa. Dopo il terzo touchdown, quello finale, ROLIS è stato riattivato ed ha ripreso immagini della superficie a distanza ravvicinata, materiale anche questo prezioso per il team di missione. Una grande quantità di dati provengono anche dallo strumento CONSERT presente sia nella sonda Philae che nell'orbiter Rosetta. I due veicoli hanno lavorato insieme e quando venivano a trovarsi uno da una parte della cometa e l'altro dalla parte opposta si sono scambiati segnali radio, creando così un profilo tridimensionale del nucleo della cometa. L’analizzatore di gas è riuscito ad “annusare” l’atmosfera della cometa e a rilevare le prime molecole organiche.

 

Prospettive future

Nei mesi a venire, avvicinandosi al Sole, la cometa diventerà molto più attiva e i getti di gas, dovuti a evaporazione a causa della temperatura crescente, aumenteranno notevolmente e Rosetta potrà continuare a esaminarli, scattare foto e raccogliere informazioni che ci permetteranno di conoscere meglio il comportamento della cometa lungo la sua orbita intorno al Sole. Nel mese di Agosto la cometa sarà al perielio e per quel periodo ci sono buone possibilità per la ripresa delle attività di Philae e allora la missione potrà essere completata con pieno successo. Atterrare su una cometa per la prima volta nella storia dell'umanità ha comportato un impegno straordinario della comunità scientifica europea e per 10 anni tutto è andato bene. E’ bastato un piccolo malfunzionamento per guastare un sogno e appannare il successo straordinario della Missione Rosetta, ma intanto la navicella continuerà ad orbitare intorno alla cometa, la sua missione andrà avanti fino a tutto l’anno 2015 trasmettendo dati preziosi a Terra e resterà in materna attesa del risveglio di Philae!

 

(Vulcano n° 82)

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