Spazio, tra pochi giorni un evento unico: Solar Orbiter attraverserà la coda della cometa Atlas

La sonda Solar Orbiter dell’Agenzia Spaziale Europea attraverserà la coda della Cometa Atlas: sebbene l’appuntamento non fosse previsto, gli esperti di missione hanno lavorato per assicurare che i quattro strumenti più importanti vengano accessi durante questo incontro unico.
Solar Orbiter è stato lanciato il 10 febbraio 2020: da allora, e salvo una breve interruzione a causa della pandemia di Coronavirus, scienziati ed ingegneri hanno condotto una serie di test e preparato delle attività di routine. La data di completamento di questa fase era stata fissata al 15 giugno, per consentire alla sonda di essere completamente operativa per il suo primo passaggio vicino al Sole a metà giugno.

Solar Orbiter fornirà le prime vedute delle inesplorate regioni polari del Sole da alte latitudini, fornendo una visione senza precedenti di come funziona la nostra stella madre: questa importante missione indagherà inoltre sulla connessione Sole-Terra, aiutandoci a meglio comprendere e prevedere i periodi burrascosi del meteo nello spazio.

Nel corso della missione, la navicella sfrutterà la gravità di Venere per avere la spinta per uscire fuori dal piano del Sistema Solare, offrendo nuove prospettive della nostra stella madre. Seguirà un’orbita ellittica intorno al Sole, passando entro l’orbita di Mercurio nel punto più vicino. La tecnologia all’avanguardia dello scudo termico garantirà che gli strumenti scientifici della navicella siano protetti, in quanto affrontano fino a 13 volte il riscaldamento dei satelliti in orbita terrestre.

Solar Orbiter utilizzerà una combinazione di dieci strumenti in-situ e di telerilevamento per osservare la turbolenta superficie solare, la sua calda atmosfera esterna e i cambiamenti del vento solare. La missione lavorerà anche con la sonda Parker Solar Probe della NASA, raccogliendo set di dati complementari che permetteranno di estrarre più scienza dalle due missioni di quanto ciascuna delle due potrebbe raggiungere da sola.

Per questa importante missione, essenziale per la comprensione dell’eliosfera e del suo impatto sulla Terra, Thales Alenia Space (Thales 67%, Leonardo 67%) si è trovata a fronteggiare nuove sfide da un punto di vista scientifico e tecnologico. Per prima: la protezione termica; per conto di Airbus Defense and Space ha infatti progettato e costruito lo scudo termico (HD) che proteggerà la sonda dalle altissime temperature a cui sarà sottoposta (oltre 500°).

Lo scudo termico (Heat Shield) è stato progettato per far fronte alla considerevole illuminazione solare, al freddo dello spazio profondo e alle sorgenti di calore interne, in modo da mantenere la temperatura operativa ottimale di tutta la strumentazione interna, uno dei quali, Metis, prodotto da Thales Alenia Space, congiuntamente con OHB Italia. Metis è un coronografo innovativo, progettato per fornire per la prima volta immagini in simultanea dell’intera corona solare in luce visibile polarizzata e ultravioletto in banda stretta. Metis fornirà una caratterizzazione dei componenti più importanti del plasma della corona e del vento solare che permetteranno di avere degli elementi per rispondere alle domande fondamentali sulle origini dei venti solari, sulle fonti di particelle energetiche solari e sull’eruzione e i primi cambiamenti nell’espulsione della massa coronale.

Solar Orbiter attraverserà la coda di ioni della cometa ATLAS il 31 maggio/1 giugno e la coda polverosa il 6 giugno. Se la coda di ioni è abbastanza densa, il magnetometro di Solar Orbiter potrebbe rilevare la variazione del campo magnetico interplanetario a causa della sua interazione con gli ioni nella coda della cometa, mentre il Solar Wind Analyser potrebbe catturare direttamente alcune delle particelle di coda.
Quando Solar Orbiter attraverserà la coda polverosa, a seconda della densità, è possibile che uno o più piccoli granelli di polvere possano colpire il veicolo spaziale a velocità di decine di km al secondo. Sebbene non vi siano rischi significativi per il veicolo spaziale, i granelli di polvere stessi saranno vaporizzati all’impatto, formando minuscole nuvole di gas o plasma caricati elettricamente, che potrebbero essere rilevati dallo strumento Radio and Plasma Waves.

Volare per caso attraverso la coda di una cometa è un evento raro per una missione spaziale, è qualcosa che gli scienziati sanno che è avvenuto solo sei volte in precedenza, per missioni che non stavano espressamente inseguendo comete. Tutti gli incontri sono stati scoperti nei dati acquisiti dal veicolo spaziale, successivamente all’evento. L’imminente attraversamento di Solar Orbiter è il primo ad essere conosciuto in anticipo.

Il fatto è stato notato da Geraint Jones del gruppo di ricerca spaziale UCL Mullard Space Science Laboratory, nel Regno Unito, che ha una storia ventennale di indagini su questi incontri. Jones ha scoperto il primo attraversamento casuale di cometa nel 2000, mentre investigava su uno strano disturbo nei dati registrati dalla sonda ESA/NASA Ulysses per lo studio del Sole, nel 1996. Questo studio ha rivelato che la sonda è passata attraverso la coda della Cometa Hyakutake, indicata anche come ‘La Grande Cometa del 1996’. Subito dopo l’annuncio, Ulysses incrociò la coda di un’altra cometa, e di una terza ancora nel 2007.

All’inizio di questo mese, realizzando che Solar Orbiter si sarebbe trovato a 44 milioni di chilometri nella corrente della Cometa C/2019 Y4 (ATLAS) di lì a poche settimane, Jones ha immediatamente allertato l’ESA.

Scienza extra

Solar Orbiter è equipaggiato con un pacchetto di 10 strumenti in-situ e di telerilevamento per studiare il Sole e il flusso di particelle cariche che rilascia nello spazio – il vento solare. Casualmente, i quattro strumenti in-situ sono anche perfetti per rilevare la coda della cometa in quanto misurano le condizioni intorno al veicolo spaziale, e potranno dunque inviare dati relativi ai granelli di polvere e alle particelle elettricamente cariche emesse dalla cometa. Queste emissioni creano le due code della cometa: la coda di polvere che la cometa lascia dietro di se nell’orbita e la coda di ioni che punta diretto lontano dal Sole.

Solar Orbiter attraverserà la coda di ioni della Cometa ATLAS il 31 maggio-1 giugno, e la coda di polvere il 6 giugno. Se la coda di ioni è densa abbastanza, il magnetometro (MAG) di Solar Orbiter potrebbe rilevare le variazioni del campo magnetico interplanetario per via della sua interazione con gli ioni presenti nella coda della cometa, mentre l’analizzatore del vento solare SWA (Solar Wind Analyser) potrebbe catturare direttamente alcune delle particelle della coda.

Quando Solar Orbiter attraversa la coda della cometa, a seconda della sua densità – che è estremamente difficile da predire – è possibile che uno o più piccolissimi granelli di polvere possano colpire la navicella spaziale alla velocità di dieci chilometri al secondo. Mentre non c’è nessun rischio significativo per la navicella, i granelli di polvere stessi potrebbero vaporizzarsi nell’impatto, formando piccole nuvole di gas elettricamente cariche, o di plasma, che potrebbero essere rilevate dallo strumento RPW (Radio and Plasma Wawes) per le onde radio e plasma.

“Un incontro inaspettato come questo fornisce alla missione opportunità uniche e sfide, ma questo è un bene! Possibilità come questa fanno parte dell’avventura scientifica“, commenta Günther Hasinger, Direttore di Scienza all’ESA.

Una di queste sfide era che gli strumenti potessero non essere tutti pronti in tempo per via della messa in servizio. Ora, grazie allo speciale sforzo delle squadre che lavorano agli strumenti e di quelle delle operazioni di missione dell’ESA, tutti e quattro gli strumenti in-situ saranno accesi e raccoglieranno dati, anche se in alcuni momenti gli strumenti dovranno essere riportati alla modalità di messa in servizio per assicurare che la data del 15 giugno venga rispettata.

“Con questi ammonimenti, siamo pronti a qualsiasi cosa la Cometa ATLAS abbia da dirci“, commenta Daniel Müller, Scienziato di Progetto all’ESA per Solar Orbiter.

Aspettarsi l’inaspettato

Un’altra sfida riguarda il comportamento della cometa. La Cometa ATLAS è stata scoperta il 28 dicembre 2019. Durante i mesi successivi, è diventata così luminosa che gli astronomi si sono chiesti se sarebbe diventata visibile ad occhio nudo per il mese di maggio.

Sfortunatamente, agli inizi di aprile la cometa si è frammentata. Come risultato, anche la sua luminosità è calata drasticamente, rubando la veduta agli appassionati osservatori del cielo. Una ulteriore frammentazione occorsa a metà maggio ha diminuito ulteriormente la cometa, rendendone meno probabile il rilevamento per Solar Orbiter.

Anche se le possibilità di rilevamento si sono ridotte, il gioco vale ancora la candela, secondo Geraing Jones.

“Ad ogni incontro con una cometa apprendiamo di più su questi intriganti oggetti. Se Solar Orbiter rileva la presenza della Cometa ATLAS, allora sapremo di più su come le comete interagiscono con il vento solare, e possiamo verificare, per esempio, se le nostre aspettative sul comportamento della polvere della coda rispecchiano i nostri modelli“, spiega. “Tutte le missioni che incontrano comete forniscono pezzi per il puzzle“.

Geraint Jones è ricercatore principale per la futura missione dell’ESA denominata Comet Interceptor, che consiste di tre veicoli spaziali ed è in programma per il lancio nel 2028. Effettuerà il sorvolo più ravvicinato di una cometa per adesso ancora sconosciuta che sarà selezionata tra le comete appena scoperte in prossimità del periodo del lancio (o persino dopo tale data).

Sfiorando il Sole

Attualmente Solar Orbiter sta orbitando la nostra stella madre tra le orbite di Venere e Mercurio, con il suo primo perielio in programma il 15 giugno, a circa 77 milioni di chilometri dal Sole. Nei prossimi anni, si avvicinerà molto di più, entro l’orbita di Mercurio, circa 42 milioni di chilometri dalla superficie del Sole. Nel frattempo, la Cometa ATLAS è già lì, in avvicinamento al proprio perielio, che è previsto il 31 maggio, a circa 37 milioni di chilometri dal Sole.

“Questo attraversamento della coda è entusiasmante anche perché per la prima volta succederà a distanze così vicine al Sole, con il nucleo della cometa all’interno dell’orbita di Mercurio“, commenta Yannis Zouganelis, vice Scienziato di Progetto dell’ESA per Solar Orbiter.

Comprendere l’ambiente della polvere nella regione più interna del sistema solare è uno degli obiettivi scientifici della missione Solar Orbiter.

“Comete vicine al Sole come la Cometa ATLAS sono fonti di polvere nell’eliosfera interna e pertanto questo studio non solo ci aiuterà a capire la cometa, ma anche l’ambiente polveroso della nostra stella“, aggiunge Zouganelis.

Osservare un oggetto ghiacciato piuttosto che il bollente Sole è certamente un modo eccitante – e inaspettato – per Solar Orbiter di cominciare la sua missione scientifica, ma è questa la natura della scienza.

“La scoperta scientifica è tuttora costruita su una buona pianificazione e un colpo di fortuna. Nei tre mesi dal lancio, i team di Solar Orbiter hanno già provato che la missione è pronta per entrambe le cose“, aggiunge Daniel.

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