Sorrentino, Autore presso Orbiter

Fermi riscrive il software

da Sorrentino | Gen 8, 2016 | Astronomia, Missioni, Primo Piano

Si chiama PASS 8 ed è il nuovo software che ricostruisce l’interazione dei fotoni gamma con i rivelatori di Fermi, il satellite della NASA, cui l’Italia collabora con Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dedicato allo studio della radiazione gamma di alta e altissima energia. Grazie all’entrata in funzione di PASS 8, Fermi è stato potenziato, e ora l’esperimento è in grado di fornire prestazioni senza precedenti.

In ogni strumento astronomico l’hardware è tanto importante quanto il software che si utilizza per analizzare i dati raccolti. I gruppi che costruiscono strumentazione per i telescopi ancorati a terra pianificano da subito upgrade regolari dei loro strumenti. Per esempio, si possono cambiare i sensori, utilizzando modelli più recenti, magari più grandi e più veloci da leggere, oppure si possono modificare i sistemi di allineamento, di raffreddamento e così via. In parallelo bisognerà intervenire sul software che va adattato ai nuovi sensori, alle nuove richieste degli utilizzatori, alle nuove generazioni di computer… senza dimenticare le nuove problematiche astronomiche che possono essere emerse nel frattempo.

Per gli strumenti in orbita, se si vogliono migliorare le prestazioni, bisogna intervenire sul software. Ovviamente il potenziale interesse di un upgrade software è tanto maggiore quanto più i risultati dipendono dal software utilizzato. Per uno strumento che raccoglie immagini, per esempio, un nuovo software di bordo può velocizzare la lettura e la trasmissione ma difficilmente migliora la qualità intrinseca dei dati. La situazione è diversa per il Large Area Telescope (LAT) a bordo della missione NASA. I dati relativi a ogni raggio gamma devono essere ricostruiti a partire dalle tracce che la coppia elettrone-positrone (risultato dell’interazione del raggio gamma con la materia del rivelatore) ha lasciato nel tracciatore. Passare dalle tracce delle particelle alla direzione d’arrivo e all’energia del fotone gamma è compito di un complesso software di ricostruzione che è parte integrante del telescopio Fermi. È un software pensato ben prima del lancio e che, pur funzionando egregiamente, con il tempo ha cominciato a mostrare qualche pecca. Con l’aumentare della statistica si è visto, infatti, che il programma di ricostruzione “perdeva” eventi alle energie più basse e a quelle più alte. Per risolvere il problema non era sufficiente mettere una toppa al vecchio software, bisognava ripensare tutto dal principio.

“È stato così deciso di procedere alla riscrittura totale del software di ricostruzione degli eventi gamma” spiega Elisabetta Cavazzuti, responsabile della collaborazione Fermi per l’Agenzia Spaziale Italiana. “Un compito difficile che ha richiesto lo sforzo di molte teste per circa quattro anni molto intensi. Pass 8 ha cambiato (in meglio) le prestazioni della missione Fermi i cui dati sono stati tutti rianalizzati con il nuovo software. A sette anni e mezzo dal lancio il LAT è ora uno strumento più potente”.

I miglioramenti più importanti si registrano per le energie più basse (dove però la risoluzione angolare dello strumento è piuttosto scarsa) e a quelle più alte (dove invece la risoluzione angolare è al meglio). Per questo motivo i dati PASS 8 sono stati, inizialmente, usati per compilare un catalogo delle sorgenti rivelate da Fermi a energie tra 50 GeV e 2 TeV, un intervallo di energia che, fino ad ora, era stato appannaggio dei telescopi gamma a terra. Analizzando 61.000 raggi gamma con energie superiori a 50 GeV, Fermi ha rivelato 360 sorgenti, tre quarti delle quali sono riconducibili a galassie attive, mentre l’11% risultano collegate alle particelle accelerate da pulsar oppure da resti di supernova. Il restante 14% delle sorgenti non è associato a oggetti noti ad altre lunghezze d’onda.

Confrontando il nuovo catalogo Fermi con la compilazione delle sorgenti gamma viste da terra, utilizzando speciali telescopi che sfruttano l’effetto Cherenkov, si nota subito che Fermi vede più del doppio delle sorgenti rivelate dai telescopi gamma al suolo.

“La differenza tra Fermi LAT e i telescopi Cherenkov – spiega Patrizia Caraveo responsabile per INAF della missione Fermi e membro del board del progetto CTA (Cherenkov Telescope Array) – sta tutta nella zona di cielo esplorata. Fermi ha un grande campo di vista (circa due steradianti) e, operando in modo scanning, copre tutto il cielo ogni 3 ore, i telescopi Cherenkov a terra, invece, hanno campo di vista molto più piccolo (pochi gradi quadrati) e devono puntare una determinata direzione, ricoprendo un’area di cielo molto più limitata. Solo 90 delle 360 sorgenti nel catalogo Fermi coincidono con sorgenti viste dai telescopi a terra (non dimentichiamo che molte delle sorgente gamma extragalattiche sono violentemente variabili), dimostrando che Fermi può agire da apripista per segnalare ai telescopi a terra le regioni più interessanti da studiare. PASS 8 fa nascere una nuova sinergia tra l’astronomia gamma spaziale e quella ancorata a terra che sarà di grande beneficio per il mini Array di piccoli telescopi Cherenkov che INAF costruirà come precursore al Cherenkov Telescope Array”.

“L’impegno dei nostri team per Pass 8 ha prodotto risultati eccitanti in molte ricerche condotte da Fermi” osserva Luca Latronico, responsabile del programma Fermi LAT per l’INFN, nei cui laboratori sono stati integrati tutti i tracciatori al silicio del telescopio e concepiti molti degli algoritmi del nuovo software di ricostruzione. “L’aumento di sensibilità rende possibile rivelare sorgenti molto deboli, o abbassare notevolmente i limiti di flusso minimo rivelabile, come nel caso delle galassie nane, dove la mancata osservazione di fotoni gamma si traduce direttamente in un limite molto forte sulla massa e la probabilità di annichilazione delle particelle di materia oscura che domina questi sistemi”. “La maggiore estensione energetica delle osservazioni – prosegue Latronico – permette ora di registrare da un lato elettroni di 2 TeV con sufficiente efficienza per cercare sorgenti locali, e fotoni di poche decine di MeV dall’altro, alla ricerca di sorgenti gamma polarizzate o lampi di raggi gamma provenienti dai confini dell’Universo”.

Buchi neri ad occhio nudo

da Sorrentino | Gen 7, 2016 | Astronomia, Primo Piano

Un team guidato da scienziati dell’Università di Kyoto afferma che i buchi neri possono essere osservati attraverso studi in luce visibile. E’ sufficiente un telescopio da 20 cm. per indagare l’attività di questi oggetti peculiari ed estremi del cosmo, grazie alla luce visibile emessa durante i loro outburst, ovvero dalla luce tremolante che emerge dal gas che circonda il buco nero. I risultati, pubblicati su Nature, mostrano che i raggi ottici, come anche i raggi X, forniscono dati osservativi affidabili per studiare l’attività di un buco nero.

«Ora sappiamo che possiamo realizzare osservazioni basandoci sulla luce visibile, e che i buchi neri possono essere studiati anche senza telescopi ad alta risoluzione spettrale nei raggi X e gamma», spiega l’autore principale Mariko Kimura, studente di master presso l’Università di Kyoto. Con una ricorrenza pari a una volta ogni svariati decenni, alcuni sistemi binari che ospitano al loro interno un buco nero emettono degli outburst, vale a dire delle “esplosioni” durante le quali la materia che cade sul buco nero rilascia enormi quantità di energia, anche sotto forma di raggi X. I buchi neri nei sistemi binari sono tipicamente circondati da dischi di accrescimento, formati da gas proveniente da una stella compagna che spiraleggia lentamente verso il centro. L’attività di accrescimento dei buchi neri si osserva di solito attraverso i raggi X, che vengono generati nelle parti interne dei dischi, dove le temperature raggiungono (e a volte superano) i 10 milioni di gradi Kelvin. Lo studio ha riguardato V404 Cygni, uno dei sistemi binari che ospita un buco nero più vicino alla Terra, risvegliatosi il 15 giugno 2015 dopo 26 anni di inattività, mostrando una di queste esplosioni. Il team di scienziati, guidato da ricercatori dell’Università di Kyoto, è riuscito a ottenere una quantità senza precedenti di dati ottici provenienti da V404 Cygni, grazie ai quali è stato possibile rilevare schemi ripetuti con tempi scala da alcuni minuti a diverse ore. Le fluttuazioni nella banda ottica sono correlabili con quelle nei raggi X.

Sulla base dell’analisi dei dati ottici e nei raggi X, gli astronomi di Kyoto e dei loro collaboratori dell’agenzia spaziale giapponese JAXA, del laboratorio nazionale RIKEN, e dell’Università di Hiroshima hanno dimostrato che l’informazione ottica proviene dai raggi X, che emergono a loro volta dalla regione più interna del disco di accrescimento. I raggi X, infatti, irradiano e scaldano la regione esterna del disco, facendo sì che questa emetta luce visibile. L’osservazione di questo outburst, sottolineano i ricercatori, è stata il frutto di una collaborazione internazionale molto estesa, tra paesi in fusi orari differenti.

«Le stelle possono essere osservate solo dopo il tramonto, e ogni notte ha un numero limitato di ore, ma effettuando osservazioni in diverse località in tutto il mondo possiamo raccogliere un quantitativo maggiore di dati», ha spiegato il co-autore dello studio Daisuke Nogami. «Siamo felici che la nostra rete internazionale di osservatori sia stata in grado di unire le forze per documentare questo evento raro e prezioso».

Lo studio ha anche rivelato che le variazioni periodiche avvengono a tassi di accrescimento inferiori a quanto si pensava in precedenza (circa un decimo dei valori stimati). Questo indica che il fattore scatenante dell’attività osservata non è tanto la materia in accrescimento, quanto la durata dei periodi orbitali.

(fonte: Inaf-Nature)

Exomars sulla rampa il 14 marzo

da Sorrentino | Gen 4, 2016 | Missioni, Primo Piano, Programmi

Fervono i preparativi per il lancio della sonda ExoMars 2016, giunta alla vigilia di Natale a Baikonur in Kazakistan, dove si lavora alla verifica di tutti i componenti prima di passare al caricamento del propellente di bordo e all’integrazione con il sistema di lancio. La prima finestra di lancio è fissata il 14 marzo 2016. ExoMars è la prima missione del programma di esplorazione dell’ESA Aurora, che comprende due missioni distinte. La prima, nel 2016, studierà l’atmosfera marziana e dimostrerà la fattibilità di diverse tecnologie fondamentali per l’ingresso in atmosfera, discesa e atterraggio. La missione 2016 inoltre, fornirà anche un collegamento dati tra la Terra e un rover marziano che sarà utilizzato nelle successive missioni. La seconda missione nel 2018, comprenderà un rover Europeo autonomo, capace di prelevare campioni di terreno ad una profondità di due metri a di analizzarne le proprietà chimiche , fisiche e biologiche.

Il programma ExoMars è frutto di una cooperazione internazionale tra l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Agenzia Spaziale Russa (Roscosmos), e che vede l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) fortemente coinvolta. L’Italia, maggiore investitore, è la principale sostenitrice della missione Exomars e lo sviluppo industriale del programma è condotto da un consorzio Europeo guidato da Thales Alenia Space Italia, che coinvolge circa 134 aziende spaziali dei Paesi partner dell’ESA. Il veicolo che a Marzo 2016 sarà inviato verso il Pianeta Rosso è composto da un modulo orbitante, chiamato TGO “Trace Gas Orbiter” (del quale è responsabile Thales Alenia Space Francia) e da un modulo di discesa chiamato EDM “Entry Descent and Landing Demonstrator Module (del quale è invece responsabile Thales Alenia Space Italia), denominato Giovanni Virginio Schiaparelli, in onore del famoso astronomo italiano considerato una delle più grandi figure dell’ astronomia Italiana dell’800 e al tempo stesso, uno dei maggiori studiosi della storia della scienza e dell’astronomia antica.

Alla missione ExoMars 2016 contribuiscono altre aziende italiane, in particolare Finmeccanica-Selex ES con la fornitura di generatori e unità montate sul modulo EDM, con i sensori di assetto stellari per il TGO e con il cuore optronico dello strumento di osservazione CASSIS e Telespazio che, attraverso la controllata Telespazio VEGA Deutschland, cura lo sviluppo dell’ExoMars Mission Control System (MCS) per monitorare e controllare l’ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) nel 2016.

L’INAF contribuisce alla missione con la responsabilità di due strumenti scientifici e con la partecipazioni a diversi altri. Gli strumenti con responsabilità diretta di INAF sono: MaMISS -Spettrometro inserito nel sistema di carotaggio-driller per lo studio del sottosuolo marziano (INAF-IAPS) e DREAMS (INAF-OACN) per la caratterizzazione dell’ambiente marziano ed è coinvolto anche nella realizzazione dello strumento CASSIS.

InSight “perde” la finestra di lancio

da Sorrentino | Dic 30, 2015 | Missioni, Primo Piano

InSight, la nuova missione NASA dedicata allo studio della composizione e della struttura interna di Marte, alla fine, perde l’appuntamento per la finestra di lancio programmata nel marzo 2016, a causa di una perdita nel sistema di vuoto nello strumento SEIS, un sensibilissimo sismografo uno dei principali equipaggiamenti scientifici della sonda. Secondo le indicazioni fornite dalla NASA, la partenza verso il Pianeta Rosso è destinata ad essere rinviata almeno di un paio d’anni, fino a quando Terra e Marte si troveranno nelle rispettive posizioni giuste per consentire a InSight di arrivare a destinazione secondo il programma prestabilito della missione. SEIS è uno strumento fornito dal CNES francese e in grado di captare anche i più lievi movimenti tellurici, grazie a tre sensori che devono operare in una condizione di vuoto spinto per resistere alle avverse condizioni dell’ambiente marziano. A una prima perdita, individuata a inizio 2015 e subito riparata, ne è seguita un’altra che non consente di avviare la missione senza il grosso rischio di vedere compromessa la funzione del sensibilissimo rilevatore sismico. La soluzione dell’anomalia, a cui stanno lavorando i tecnici del Centro Spaziale del CNES di Tolosa, richiede tempi lunghi, che fanno slittare inevitabilmente la partenza. La sonda InSight, giunta alla base aerea di Vandenberg, in California, il 16 dicembre scorso, prende la via del ritorno allo stabilimento della Lockheed Martin, dove è stata costruita.

Laconico, in proposito, il commento di Charles Elachi, direttore del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, secondo il quale, sancito che a marzo 2016 sarà scaduto il tempo per lanciare la sonda verso Marte, è indispensabile completare al meglio la preparazione del veicolo spaziale che evitare di rischiare il fallimento della missione.

Sempre a marzo 2016 è in programma il lancio della missione Exomars dell’Agenzia Spaziale Europea in collaborazione con quella russa. La sonda si trova già al cosmodromo di Baikonur in Kazakistan.

Lo Spazio non è vanità

da Sorrentino | Dic 29, 2015 | Attualità, Politica Spaziale, Primo Piano

Il 17 dicembre 2015, durante la permanenza del primo astronauta britannico Tim Peake sulla Stazione Spaziale Internazionale, il noto editorialista del Guardian Simon Jenkins ha sollevato una serie di critiche al governo di Londra nei confronti dei voli umani verso lo spazio, sostenendo in sintesi che i fondi pubblici destinati allo spazio sono molto alti e troppo spesso destinati ad alimentare la vanità più che i bisogni.

Non v’è dubbio che le attività spaziali, come oggi concepite, siano sostanzialmente viste come gesti pionieristici con lo scopo di spostare un po’ più in là l’orizzonte dell’umanità, e percepite, e talvolta utilizzate, come veri e propri strumenti politici. L’impresa di Tim Peake è ritenuta “eroica” nel Regno Unito, mentre gli italiani hanno familiarizzato con astroLuca e astroSamantha. Al di là del clamore e dell’interesse che le varie missioni possono suscitare grazie alle azioni specifiche degli enti spaziali, richiamando così l’attenzione dell’opinione pubblica sui loro programmi anche per trovare il necessario consenso e puntare al consolidamento del budget, il vero obiettivo dovrebbe essere rappresentato dalla consapevolezza che occorre rendere lo spazio davvero possibile per tutti. Le oltre 600 persone andate nello spazio nei circa 60 anni di era astronautica non possono bastare a sostenere il concetto di Quarto Ambiente, di cui si parla da tre decenni. E’ giunto il momento che le attività spaziali diventino parte integrante della vita quotidiana e questo richiede la più ampia apertura del settore ai privati, così come sta accadendo negli Stati Uniti da qualche anno.

Jenkins in effetti dichiara anche di esser stato allettato dall’idea di acquistare un biglietto per un volo suborbitale sulla SpaceShipTwo di Virgin Galactic, desistendo poi quando ha percepito con non poca superficialità che i livelli di sicurezza garantiti sono all’incirca quelli del bungee jumping. Appare evidente che la sicurezza offerta inizialmente da sistemi rivoluzionari sia minore di quella di sistemi consolidati; tuttavia, solo sviluppando nuovi sistemi e la tecnologia che li accompagna si potrà arrivare ad un’affidabilità paragonabile a quella dell’attuale aviazione commerciale. Un esempio è rappresentato dal progetto Hyplane sostenuto dal Center for Near Space. Un piccolo velivolo ipersonico in grado di realizzare indifferentemente due missioni diverse: un volo di crociera intercontinentale a 30 km di quota e un volo spaziale suborbitale fino a 100 km. E’ inimmaginabile vedere concretizzato tale progetto senza investitori privati, in grado di valutare il business plan e puntare al suo sviluppo per il recupero degli investimenti prima e il vero guadagno poi.

Anni fa l’Agenzia Spaziale Italiana costituì un gruppo di lavoro per valutare la possibilità che l’Italia sviluppasse una propria ed indipendente missione automatica (senza uomo a bordo) verso la Luna. Il risultato fu la fattibilità tecnica ma la totale inopportunità dato che per diversi anni tutti i fondi governativi avrebbero dovuto essere destinati all’impresa. Allo stesso modo, da tempo si parla di una missione umana su Marte e se ne stima il costo in 1.5 trilioni di dollari; tenuto conto che la somma dei budget di tutte le agenzie spaziali del mondo vale circa 50 miliardi di dollari all’anno, occorrerebbero circa 30 anni per realizzare questo sogno, ma togliendo risorse ad ogni altra iniziativa.

Detto che realizzare un km di autostrada costa mediamente tra i 10 ed i 35 M€ (la variante di valico inaugurata pochi giorni fa è costata 67 M€/km!), il budget annuo dell’Agenzia Spaziale Italiana equivale a circa 25 km di autostrada o, se si vuole, a un caffè al mese per ogni italiano! I cittadini europei pagano un po’ meno, un caffè ogni due mesi, data la presenza di molti Stati che investono meno dell’Italia. Non è difficile quindi convincersi di come dopo tutto i budget spaziali siano ridotti, a differenza di quanto il cittadino creda. Per contro, quello stesso cittadino non sempre si rende conto che una quantità di cose che lo circondano, e che usa quotidianamente, si basa su tecnologia spaziale: velcro, pennarello, pentola antiaderente, microprocessore, telefono cellulare, TV satellitare, sistemi di geo-posizionamento, previsioni meteorologiche, joystick, tessuti tecnici per tute sportive (gore-tex) o indumenti ignifughi (nomex) o coperte termiche (mylar), solo per citarne alcuni. In sintesi, Jenkins è del tutto fuori strada quando fa rilevare come i fondi spesi per missioni spaziali abbiano più l’aspetto della “vanity fair” che una reale esigenza della popolazione.

Eppure, come dicevamo, questi preziosi fondi non bastano perché lo Spazio possa a tutti gli effetti diventare parte integrante del mondo in cui viviamo. L’utilizzazione massiccia della risorsa Spazio porterà incommensurabili benefici sulla Terra, ma perché ciò avvenga occorrono investimenti ben superiori a quelli che tutti i governi insieme potrebbero mai accollarsi. Per questo motivo il CNS promuove l’allargamento ai privati del mondo spaziale, sia per aumentare la conoscenza e la consapevolezza delle ricadute tecnologiche, sia per un ampio coinvolgimento di industriali ed investitori in genere. In tale visione rientra il progetto OrbiTecture, proposto dal CNS e orientato allo studio di un nodo infrastrutturale di futura generazione che, collocato in un punto dello spazio geo-lunare, possa vedere la presenza continua di molte decine di persone e garantire le funzioni di molo di attracco, hangar di manutenzione ed integrazione, laboratorio scientifico e abitazione (resort e/o hotel). Al progetto OrbiTecture si lega anche il Concorso di Idee FLOR2050 dedicato agli studenti delle scuole superiori di ogni tipo per far emergere nuove visioni e caratterizzazioni della funzione Resort.