L’eredità di Cassini
La missione Cassini-Huygens, realizzata in collaborazione tra NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e ASI (Agenzia Spaziale Italiana), ha avuto come obiettivo lo studio di Saturno e del suo sistema di satelliti e anelli con particolare riguardo al satellite Titano, elemento cardine per la decodifica di alcuni dei processi primari dell’evoluzione di un sistema planetario e in particolare per la comprensione del più complesso tra i pianeti gassosi. Due i componenti la sonda: l’orbiter Cassini della NASA e il lander Huygens dell’ESA, che il 14 gennaio 2005 Huygens è penetrato nell’atmosfera di Titano, raccogliendo dati chimico-fisici, immagini della superficie erumori dall’ambiente circostante, e ha toccato il suolo dopo una discesa di 2 h e 30 m, continuando a trasmettere il suo segnale per altri 30 minuti.
Huygens e Cassini
Tutti i dati raccolti da Huygens nel corso della discesa e dalla superficie di Titano, tra cui quelli dello strumento italiano HASI realizzato da Leonardo, furono trasmessi all’orbiter Cassini per mezzo del sottosistema di comunicazione PDRS (Probe Data Relay Subsystem), realizzato da Thales Alenia Space. Per captare questi dati dal valore inestimabile, l’orbiter puntò la sua antenna ad alto guadagno (HGA) di 4 metri di diametro, anch’essa realizzata da Thales Alenia Space come parte del contributo alla missione da parte dell’agenzia spaziale italiana, verso Titano. Quando Cassini perse il contatto, essendo scivolato sotto l’orizzonte del punto di atterraggio, il lander continuò a trasmettere e i suoi segnali furono captati da grandi telescopi radio sulla terra. Successivamente Cassini diresse nuovamente l’antenna verso la Terra per ritrasmettere i dati registrati. Nel complesso, Huygens trasmise dati per 148 minuti in fase di discesa e per più di tre ore dalla superficie, in un ambiente a -180°C. Per gli scienziati di tutto il mondo, i 474 megabit di dati che includono anche oltre 350 foto, furono una vera “manna dal cielo”, e ancora oggi continuano ad essere studiati e analizzati. La superficie di Titano ha svelato un mondo modellato dalle eruzioni criovulcaniche, oltre che dalle precipitazioni di metano e di altri idrocarburi. Le misurazioni delle proprietà atmosferiche raccolte dallo strumento italiano HASI, realizzato da Leonardo, hanno rivelato un mondo di laghi e mari di metano ed etano allo stato liquido, enormi dune di sabbia, ciottoli di ghiaccio d’acqua e fiumi, un oceano di acqua ricca di ammoniaca al di sotto di un manto superficiale di ghiaccio, nuvole a varie altitudini, un’atmosfera ricca di argon e propilene, e molto altro. La sonda ha sorvolato Encelado, luna di Saturno sede di un affascinante oceano liquido globale sotto la crosta ghiacciata, transitando nella regione del polo sud a soli 49 chilometri dalla sua superficie. Lo storico avvicinamento era mirato a raccogliere tutte le informazioni possibili dalla nube di particelle ghiacciate che vengono emesse dall’area polare meridionale di Encelado.
Il contributo dell’industria italiana alla missione
Leonardo ha un ruolo di primissimo piano nella missione Cassini-Huygens, avendo fornito gli strumenti di navigazione, le tecnologie per i radar di bordo e importanti strumenti di osservazione e misura sia a bordo dell’orbiter che del lander: il sensore stellare SRU (Stellar Reference Unit), usato per mantenere il puntamento di Cassini sia durante la sua traiettoria interplanetaria sia durante la fase orbitale attorno a Saturno; la telecamera nel visibile dello spettrometro VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) in orbita attorno a Saturno a bordo di Cassini e lo strumento HASI, sceso su Titano (Huygens Atmospheric Structure Instrument), realizzati per l’Agenzia Spaziale Italiana. VIMS è uno strumento che integra due telecamere, una per riprendere Saturno e i suoi satelliti nelle lunghezze d’onda del visibile, e una per l’infrarosso. VIMS è stato dedicato allo studio della composizione delle atmosfere di Saturno e Titano, all’osservazione della superficie di Titano e all’identificazione della composizione superficiale dei piccoli satelliti, degli anelli e degli asteroidi osservati durante la fase di viaggio della missione. HASI è lo strumento col quale, attraverso l’uso di diversi sensori (accelerometri, sensori di temperatura, di pressione e campo elettrico), è stato possibile studiare la struttura verticale dell’atmosfera di Titano, mentre il modulo di discesa scendeva sulla sua superficie ghiacciata. Leonardo ha poi contribuito con le sue tecnologie elettroniche al successo del RADAR di Cassini, progettando e costruendo il convertitore di segnale e il suo amplificatore di potenza, elementi chiave per osservare la superficie dei satelliti sotto le nubi.
Thales Alenia Space è prime contractor per la costruzione del lander Huygens, ed è responsabile della progettazione e realizzazione di importanti sistemi elettronici all’interno dell’orbiter, per conto dell’ASI. Tra questi, l’antenna ad alto guadagno (HGA/LGA) di Cassini che assicura tutti i collegamenti da e verso Terra. Con il suo riflettore ultraleggero e indeformabile in fibra di carbonio del diametro di 4 m e la sua capacità di operare in quattro bande di frequenza (S, X, Ku, Ka), la HGA è l’antenna più complessa mai progettata per una missione interplanetaria, un “gioiello” in grado di operare nelle condizioni ambientali estreme incontrate dalla missione. L’azienda ha inoltre realizzato il RADAR multimodo che ha aiutato a comprendere molte particolarità morfologiche di Titano. Sviluppata a Roma in collaborazione con la NASA, questa tecnologia è stata utilizzata, nella sua modalità radiometrica, già durante il viaggio verso Saturno, in occasione del passaggio in prossimità di Giove, consentendo di ottenere un rilevantissimo risultato scientifico nello studio della magnetosfera di quel pianeta. Infine, Thales Alenia Spazio ha anche fornito apparati chiave per la realizzazione degli esperimenti di radioscienza, tra i quali il Ka-translator, un gioiello in grado di mantenere una stabilità di fase allo stato dell’arte alle frequenze 32-34 GHz nelle difficili condizioni ambientali incontrate lungo la missione.
Questa capacità tecnologica si è mantenuta e consolidata negli anni, ed è stata la base per la crescita del settore spaziale nel nostro Paese. VIMS può essere considerato il capostipite di una famiglia di spettrometri a immagini realizzati da Leonardo che hanno esplorato negli anni successivi la maggior parte del sistema solare (Venere, l’asteroide Cerere e la cometa Churymov-Gerasimenko). Questa stessa tecnologia è la base per la imminente missione PRISMA, dell’Agenzia Spaziale Italiana, a bordo di cui una camera iperspettrale (di Leonardo) di ultimissima generazione osserverà la Terra e ne controllerà lo stato di salute 24 ore al giorno. Il sensore stellare SRU è stato allo stesso modo il progenitore di una famiglia di sensori di stelle che hanno guidato le principali missioni spaziali nel loro viaggio attraverso il Sistema Solare: non solo Rosetta ed ExoMars, ma anche New Horizon fino oltre a Plutone. Ne sono stati prodotti diverse centinaia di esemplari anche per guidare i satelliti attorno alla terra. Dopo l’esperienza Cassini-Huygens, grazie alla crescita progressiva delle competenze progettuali e tecnologiche nel SAR, Thales Alenia Space è giunta negli anni ’90 allo sviluppo della costellazione COSMO-SkyMed, un sistema di osservazione nazionale di concezione innovativa. Si è trattato, per la prima volta, di realizzare un programma duale, in grado di far convivere nell’utilizzazione della stessa infrastruttura spaziale il mondo civile e quello della difesa nel rispetto delle regole operative e di riservatezza e in presenza di accordi internazionali. Il programma ha comportato lo sviluppo di una piattaforma satellitare nazionale adatta per una molteplicità di possibili missioni tanto che oggi, oltre alla seconda Generazione in fase di realizzazione si pone l’attenzione anche allo sviluppo della terza Generazione. Anche su COSMO-SkyMed Leonardo ha contribuito con generatori di frequenza ed amplificatori di potenza – come su Cassini, confermando il proprio posizionamento nella gestione delle tecnologie e nel loro impiego sugli equipaggiamenti di bordo. Thales Alenia Space Italia è inoltre Prime Contractor per la missione Sentinel-1 dedicata al monitoring ambientale globale della Terra mediante tecnologia RADAR ad Apertura Sintetica (SAR). La missione Sentinel-1 fornisce dati in tempo reale grazie all’acquisizione di immagini radar ad alta definizione in qualunque condizione meteorologica, sia di giorno che di notte. Al contempo l’evoluzione dell’antenna realizzata per la missione Cassini-Huygens per lo studio di Saturno ha portato alla realizzazione dell’Antenna ad alto guadagno, interamente sviluppata da Thales Alenia Space, per la missione BepiColombo, dalle elevatissime prestazioni, indispensabili per affrontare le severe condizioni ambientali di Mercurio. Questa parabola in Titanio di 1,1 m di diametro servirà per comunicare con la Terra. Analogamente, il successo dell’antenna realizzata per la missione Cassini-Huygens ha portato Thales Alenia Space a sviluppare l’antenna ad alto guadagno per l’orbiter della missione ExoMars 2016. Di recente sono state completate due unità dell’antenna della missione SARah di osservazione della Terra per OHB: si tratta di una delle più grandi antenne imbarcate su di un satellite di Earth Observation con prestazioni RF/Termo-Meccanico/Strutturali di avanguardia e tecnologie proprietarie che sfruttano appieno l’eredità di Thales Alenia Space acquisita nell’ambito della missione Cassini. Inoltre, lo storico successo della missione Rosetta/Philae atterrata su una cometa, per la quale Thales Alenia Space ha assemblato, integrato e collaudato la sonda Rosetta, e per cui Leonardo ha fornito i principali strumenti di bordo e i più grandi pannelli solari mai realizzati per una missione scientifica, ha dimostrato non solo che l’industria spaziale europea, e italiana in particolare, può annoverarsi tra i leader mondiali, ma anche che la storia non finisce certo qui. Continua la sfida per Leonardo e Thales Alenia Space con la missione di esplorazione marziana ExoMars 2020, in particolare con la trivella di Leonardo che scaverà 2 metri sotto la superficie del pianeta rosso.
La Space Alliance, formata da Thales Alenia Space e Telespazio ha siglato un accordo di partnership con la società statunitense Spaceflight Industries per lo sviluppo di BlackSky, costellazione satellitare ad alta frequenza di rivisitazione. L’accordo prevede l’acquisizione di una partecipazione di minoranza in Spaceflight Industries, società statunitense che intende realizzare e gestire – attraverso la sua attività BlackSky – una costellazione di 60 satelliti di osservazione della terra di piccole dimensioni che garantiranno tempi di rivisitazione molto brevi su ogni punto del pianeta; la costituzione negli Stati Uniti di una joint venture industriale tra Thales Alenia Space e Spaceflight Industries specializzata nella realizzazione di satelliti di piccole dimensioni; l’implementazione di un accordo di cooperazione commerciale tra Telespazio e BlackSky che consenta il miglioramento dei rispettivi prodotti e servizi sul mercato.
Il Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia e l’Istituto Nazionale di Astrofisica INAF – Osservatorio Astronomico di Brera hanno presentato il progetto di restauro e valorizzazione del telescopio Merz-Repsold, utilizzato da Giovanni Schiaparelli, esposto nell’area Astronomia e Spazio del Museo e a partire da venerdì 29 settembre, durante MeetMeTonight – Notte Europea dei Ricercatori, a ingresso libero. Si tratta del telescopio rifrattore più grande che abbia mai operato in Italia e uno dei più grandi al mondo. Il recupero e il complesso restauro funzionale dello strumento sono stati realizzati grazie al lavoro volontario di ARASS – Brera (Associazione per il Restauro degli Antichi Strumenti Scientifici Onlus), la quale ha curato lo studio del restauro, le ricerche storiche e la ricostruzione di tutte le parti mancanti. Il progetto e le fasi di lavoro si sono svolte in accordo con la Soprintendenza Archeologia Belle Arti e Paesaggio per la Città metropolitana di Milano. Fortemente voluto da Giovanni Virginio Schiaparelli, direttore dell’Osservatorio Astronomico di Brera dal 1862 al 1900, il telescopio Merz-Repsold (allora uno dei più grandi e potenti in Europa) viene finanziato nel 1878 dal Parlamento italiano e giunge a Brera nel 1882. L’ingente investimento di 250 mila lire (equivalenti a poco più di 1 milione di euro oggi), approvato malgrado le difficoltà economiche del Paese all’indomani dell’Unità, rende l’Osservatorio fra i più avanzati del mondo. Lo strumento viene utilizzato tra il 1886 e il 1890 per approfondire gli studi su Marte che l’astronomo ha avviato qualche anno prima con un altro telescopio Merz di dimensioni inferiori. Il telescopio, costruito da una collaborazione tra le officine tedesche Merz (per la parte ottica) e Repsold (per la montatura), ha una lente obiettiva di diametro pari a 49 centimetri (oggi non più presente), una lunghezza focale di 7 metri ed è caratterizzato da una colonna di supporto alta circa 5 metri. Il peso totale del telescopio si aggira intorno alle 7 tonnellate. A questo strumento sono legate le osservazioni del Pianeta Rosso che, per la loro precisione e dettaglio, segnano un punto di svolta nella studio dei pianeti. Le mappe di Marte disegnate da Schiaparelli mostrano la presenza di “canali”, che danno vita ad un acceso dibattito tra gli scienziati sull’esistenza di acqua, di vegetazione e addirittura di vita intelligente sul pianeta. Mentre Schiaparelli resta cauto nell’ipotizzare quale possa essere la natura dei canali, altri astronomi si sbilanciano in interpretazioni ardite. Il dibattito va ben oltre l’ambito scientifico, per invadere quello sociologico e di costume. Ad esso è indissolubilmente legata la nascita del mito dei marziani e di un nuovo filone letterario che, a partire da quel momento, ha grande fortuna: la fantascienza. Solo molti anni dopo ci si rende conto che i dettagli della superficie del pianeta sono frutto di illusione ottica. Schiaparelli è infatti vittima di un fenomeno percettivo oggi ben noto, per il quale il cervello umano tende a dare una struttura geometrica definita anche ai particolari che sono colti dall’occhio in modo vago e indistinto. Il telescopio Merz-Repsold viene trasferito nel 1936 all’Osservatorio di Merate e definitivamente smantellato all’inizio degli anni ’60.
Nel 2010, in occasione del centenario della morte di Schiaparelli, l’Osservatorio Astronomico di Brera avvia un progetto per il restauro del grande telescopio Merz-Repsold, reso possibile da un finanziamento approvato dalla Commissione Bilancio della Camera, poi integrato con contributi di altre realtà pubbliche e private. Per il Museo e il suo pubblico, valorizzare ed esporre uno degli strumenti che hanno scritto la storia dell’astronomia moderna (in particolare della planetologia), ha un significato molto importante. Il telescopio entra a far parte degli highlight del Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia. Per le sue imponenti dimensioni, questo oggetto costituisce un segno visivo forte della presenza dell’esposizione dedicata al tema dello Spazio e dell’Astronomia, catturando l’attenzione dei visitatori e contribuendo ad ampliare un’importante collezione presente al Museo sin dal 1961 quando, a seguito delle celebrazioni per il 50° anniversario della morte di Schiaparelli, arrivarono al Museo alcuni tra i più antichi e preziosi strumenti del patrimonio storico dell’Osservatorio Astronomico di Brera. All’ interno dell’esposizione permanente Astronomia e Spazio la storia dell’Osservatorio di Brera è presentata come esempio paradigmatico per raccontare lo sviluppo dell’astronomia contemporanea. Particolare rilievo riveste il periodo ottocentesco, momento cruciale nel quale si è avuta la prima grande esplosione delle conoscenze attuali. In questo contesto la presenza all’ingresso dell’area del telescopio Merz–Repsold si configura come una straordinaria opportunità di valorizzazione di un bene nei confronti del quale ognuno ha un profondo debito culturale ma anche come strumento per indurre nuove fascinazioni nei confronti della scienza, in particolare nelle generazioni più giovani.
L’esperimento eseguito da Nespoli fa parte del progetto Meteron dell’Agenzia Spaziale Europea per facilitare l’impiego di robot in ambiente extraterrestre allo scopo di eseguire operazioni complesse, telecomandandole. AstroPaolo ha trasferito al robot Justin i compiti di meccanico ed elettricista, eseguendo una riparazione e acquisendo il risultato dell’intervento. Lo sviluppo della telerobotica spaziale è uno degli obiettivi dell’ESA a supporto delle missioni assegnate ai futuri astronauti.
Le aurore di Giove, spiega uno studio pubblicato su Nature, si comportano in modo diverso rispetto a quelle terrestri. Le emissioni aurorali da Giove sono molto più potenti di quelle della Terra, e si riteneva quindi che fossero generate da processi simili a quelli responsabili delle forti emissioni aurorali della Terra. Le nuove osservazioni effettuate dalla missione Juno della NASA suggeriscono però che non sia così. Le aurore terrestri, note anche come aurore boreali o australi, sono prodotte dall’interazione tra particelle cariche provenienti dal Sole e atmosfera terrestre, in particolare al momento del loro ingresso nell’atmosfera. Due sono i processi coinvolti: le aurore più intense sono generate dall’accelerazione degli elettroni, mentre quelle più deboli sono frutto della dispersione (scattering) degli elettroni magneticamente intrappolati. Il primo di questi processi è ritenuto il meccanismo responsabile delle emissioni aurorali di Giove, anche se le osservazioni iniziali della navicella spaziale Juno non avevano trovato alcun riscontro. Durante i successivi sorvoli, Juno ha rilevato elettroni accelerati, ma questo fenomeno non sembra produrre aurore intense, sostengono Barry Mauk e i colleghi che hanno redatto lo studio. Le loro osservazioni indicano invece che le aurore di Giove sono generate da processi simili a quelli responsabili delle aurore più deboli della Terra.
Nella gif animata, una ricostruzione completa di come le configurazioni aurorali settentrionali e meridionali sono apparse al Juno Ultraviolet Spectograph (UVS) quando Juno, nella sua grande orbita ellittica, si è avvicinato a Giove, è passato sopra il polo nord dirigendosi poi rapidamente verso l’emisfero meridionale per passare sopra il polo sud, e infine si è allontanato da Giove. Giove stesso è rappresentato come un modello digitale come potrebbe essere osservato nella luce visibile, e le configurazioni aurorali sono immagini statiche nella luce ultravioletta misurata dallo strumento UVS.
