Astronomia, la sonda “Solar Orbiter” in rampa di lancio: il Sole non avrà più segreti, anche per i cambiamenti climatici

Sulla rampa di lancio la sonda dell’ESA/NASA che ci farà capire il comportamento del Sole anche in funzione dei cambiamenti climatici. Il contributo italiano di ASI e INAF sarà preponderante per scoprire ulteriori segreti del Sole

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È il Sole l’oggetto celeste che sarà studiato dalla sonda Solar Orbiter realizzata dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e dalla NASA. A bordo 10 strumenti che ci daranno informazioni dettagliate sulla nostra stella ed il suo comportamento anche in relazione ai cambiamenti climatici che stanno avvenendo sul nostro pianeta. Uno di questi strumenti è il coronografo METIS realizzato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e con il CNR, diverse università italiane e istituti di ricerca sparsi in tutto il mondo. Metis che ha un design innovativo, occulterà il disco solare per produrre un’eclissi artificiale, un po’ come fa la Luna quando si frappone tra noi e la nostra stella. Il coronografo che prende il nome dalla mitologia greca, utilizzerà un occultatore esterno per studiare le regioni coronali dove si genera il vento solare con osservazioni sia in luce visibile che ultravioletta.

Tra gli strumenti di Solar Orbiter a contributo italiano vi sono anche SWA (Solar Wind Analyser) e STIX (Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays). SWA è una suite di 4 sensori dedicati allo studio in-situ delle proprietà del plasma e del vento solare, quali per esempio la densità, la velocità, la temperatura e la composizione ionica. L’Italia ha contribuito anche a questo strumento con la fornitura della DPU (Data Processing Unit), ovvero il cuore ed il cervello di SWA. Il telescopio STIX osserverà il Sole nella banda X per lo studio dei brillamenti. L’Italia ha contribuito alla definizione dell’algoritmo per la ricostruzione di immagini a raggi X dei brillamenti solari.

Questi esperimenti insieme agli altri 7 di varie nazionalità, sono imbarcati sulla sonda Solar Orbiter il cui decollo è previsto dal centro spaziale di Cape Canaveral Air Force Station in Florida la sera del 9 febbraio alle ore 23.03 quando in Italia saranno le 5.03 del mattino del 10 febbraio. Una volta portata in orbita dal vettore americano Atlas V la sonda impiegherà circa due anni per arrivare al suo punto di osservazione.

SOLAR ORBITER ALLA SCOPERTA DEI SEGRETI DEL SOLE

A bordo della sonda dell’ESA/NASA un grande contributo italiano di ASI e INAF che sarà preponderante per scoprire ulteriori segreti del Sole

Destinazione Sole. Questo è l’obiettivo della sonda Solar Orbiter che si avvicinerà alla nostra stella più di quanto non lo sia Mercurio. A bordo della sonda dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e della NASA importanti strumenti scientifici tra cui il coronografo Metis realizzato in Italia con il contributo dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), con diverse università italiane e istituti di ricerca sparsi in tutto il mondo.

Solar Orbiter è la prima delle missioni M (Medium) del programma “Cosmic Vision 2015-2025” dell’ESA ed ha come obiettivo principale lo studio del Sole e di come questo determini le condizioni fisiche dello spazio interplanetario. La nostra stella, sorgente principale dello Space Weather e del vento solare, rappresenta un laboratorio naturale per la fisica del plasma che permette di studiare processi fisici in condizioni difficilmente riproducibili sulla Terra e a scale spaziali e temporali non accessibili in altre sorgenti astrofisiche.

Con un set di 10 strumenti, Solar Orbiter sarà in grado di osservare simultaneamente diversi strati dell’atmosfera solare e di analizzare contemporaneamente in-situ le caratteristiche del plasma che dall’atmosfera solare stessa viene espulso e accelerato nello spazio interplanetario. L’impiego combinato di strumenti di remote sensing ed a bordo della sonda permetterà di fare luce sui meccanismi attraverso i quali il Sole governa le condizioni fisiche dello spazio circostante e che a volte, attraverso violente eruzioni di plasma, possono avere effetti importanti sulla vita e sulla tecnologia terrestre.

Spingendosi all’interno dell’orbita di Mercurio, Solar Orbiter riprenderà immagini dell’atmosfera del Sole da una distanza ravvicinata mai raggiunta prima, consentendo di individuare le sorgenti del plasma che investe la sonda ed operare una connessione tra l’atmosfera solare e l’eliosfera senza precedenti. Inoltre, inclinando progressivamente il piano della propria orbita, Solar Orbiter osserverà per la prima volta i poli della nostra stella, sede di complesse interazioni plasma-campo magnetico, raccogliendo così preziose informazioni sui processi di dinamo che regolano il ciclo di attività del Sole, di rilevanza non solo per la fisica solare, ma per la fisica dei plasmi in generale e per molti altri contesti astrofisici.

I 10 strumenti scientifici a bordo della sonda sono stati forniti da Agenzie nazionali membri dell’ESA, dalla NASA e dall’ESA stessa e comprendono 6 strumenti di osservazione remota e 4 strumenti di osservazioni in-situ per una massa totale del carico scientifico di circa 210 kg.

Il coronografo Metis rappresenta uno dei principali strumenti di osservazione remota e il maggior contributo dell’Italia alla missione. Metis crea un’eclisse artificiale, occultando il Sole per osservarne la corona che ha una luminosità milioni di volte più debole di quella del disco. Otterrà immagini simultaneamente nel visibile e nell’ultravioletto e svelerà, con una copertura temporale e una risoluzione spaziale senza precedenti, la struttura e la dinamica della corona solare tra 1,6 e 3,0 raggi solari dal centro del Sole. È questa, infatti, una regione cruciale per collegare i fenomeni atmosferici solari alla loro evoluzione nell’eliosfera interna. Metis è un coronografo con occultatore esterno il cui il disegno ottico è dettato dalla necessità di minimizzare l’apertura di entrata dello strumento al fine di ridurre il flusso termico in ingresso che alla minima distanza dal Sole sarà fino a 13 volte superiore a quello sulla Terra.

Il coronografo è stato progettato da un team di scienziati italiani provenienti da INAF, università e CNR (Principal Investigator Prof. Marco Romoli, Univ. di Firenze) e realizzato dalla OHB Italia (Milano) e dalla Thales-Alenia Space Italy (Torino) con il contributo dei rivelatori da parte del Max Planck Institute (Germania) e degli specchi da parte dell’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca.

Uno dei principali strumenti per le osservazioni in-situ è SWA (Solar Wind Analyser), una suite di 4 sensori dedicati allo studio delle proprietà del plasma del vento solare, quali per esempio densità, velocità, temperatura e composizione ionica. Grazie a SWA si potrà studiare uno dei principali obiettivi scientifici dell’intera missione, ovvero il legame fra i rapidi cambiamenti, osservati da remoto, alla base dell’atmosfera solare, e le misure in-situ dei parametri del vento solare.  L’Italia ha contribuito allo strumento con la fornitura della DPU (Data Processing Unit), ovvero il cuore ed il cervello di SWA: essa fornisce le interfacce uniche di potenza, telemetria e telecomandi verso il satellite e gestisce potenza, comandi, data handling e compressione dati per i 3 sensori EAS (Electron Analyser System x 2) e PAS (Proton Alpha Sensor), nonché la telemetria per HIS (Heavy Ion Sensor). Inoltre, la DPU è in grado di operare scelte decisionali in modo autonomo e rappresenta, in tal senso, un importante riferimento per missioni spaziali future.

Lo strumento SWA è il risultato di una collaborazione scientifica tra INAF (per la DPU), MSSL (Inghilterra, per EAS), IRAP (Francia, per PAS) e SwRI (Stati Uniti, per HIS); la PI-ship di strumento verso ESA è in capo a MSSL, Co-Principal Investigator italiano è il Dott. Roberto Bruno (Senior Researcher presso INAF/IAPS).

La DPU è stata realizzata da un raggruppamento temporaneo di imprese con mandataria Techno System Developments S.r.l. (TSD) e mandanti SITAEL S.p.A., Leonardo S.p.A. e Planetek S.r.l.

L’altro contributo italiano agli strumenti del Solar Orbiter è lo sviluppo del software per STIX, lo strumento che rileva l’emissione di raggi X dei brillamenti solari.  STIX è un telescopio spaziale che è stato sviluppato e costruito presso l’Università di Scienze Applicate della Svizzera nordoccidentale, FHNW. L’attività del gruppo italiano consiste nello sviluppo di algoritmi basati su tecniche di Fourier per la ricostruzione di immagini a raggi X e flusso di elettroni medi a diverse energie di fotoni ed elettroni. Co-investigator italiani sono il Prof. Michele Piana e la Prof.ssa Anna Maria Massone (Dipartimento di Matematica, Università di Genova).

INAF coordina il contributo scientifico italiano di tutti e tre questi strumenti. Responsabile scientifico INAF per Solar Orbiter e Co-Investigator di Metis è il Dott. Silvano Fineschi (Osservatorio Astrofisico di Torino).