martedì 5 luglio 2016

Tenetevi forte: arriva Juno!

Il tuo giudizio : 
Rappresentazione artistica della sonda Juno in orbita intorno a Giove


Come molti di voi avranno sentito, siamo vicinissimi ad un nuovo grande passo nella storia dell'esplorazione spaziale. Sono passati oltre 400 anni da quando, in una fredda notte del gennaio del 1610, Galileo Galilei osservò attraverso il suo cannocchiale il pianeta Giove, e scopri intorno ad esso 4 puntini in perenne e costante movimento: si trattava delle 4 principali lune di Giove, oggi note a tutti come Ganimede, Callisto, Europa ed Io. In questo lasso di tempo sono stati fatti dei passi da gigante, e la missione Juno si vuole caratterizzare come una pietra miliare di questo percorso di evoluzione.

Tra poche ore, alle 05:18 del 05/07/2016, la sonda spaziale della NASA Juno (Giunone, nella mitologia latina la moglie di Giove e regina degli dèi) inizierà le manovre che le consentiranno, se tutto andrà bene, di innestarsi in orbita intorno a Giove: si spingerà fino a meno di 5000 km dalla superficie del gigante gassoso, ben 10 volte più vicina della sonda che l'ha preceduta, la mitica sonda Galileo (con dei fly-by sono passate nei pressi di Giove, in ordine cronologico, le sonde Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Ulysses, Cassini e New Horizons).

L'obiettivo della sonda Juno è di migliorare la nostra comprensione del sistema solare, in particolare permettendoci di capire meglio questioni riguardanti l'origine e l'evoluzione di Giove: del gigante gassoso sarà analizzata la struttura e la composizione dell'atmosfera, i suoi campi magnetici e gravitazionali, la magnetosfera polare e le aurore gioviane, in modo da verificare la teoria attualmente più accreditata secondo la quale Giove sarebbe stato il primo tra i pianeti a formarsi dai dischi protoplanetari presenti nel neonato Sistema solare: dunque significherebbe anche scoprire nuove informazioni sul processo di formazione del Sistema Solare stesso!

La sonda Juno ricalca in fattezze la sonda Pioneer, muovendosi ruotando vorticosamente su se stessa, al fine di migliorare la sua stabilità e per riuscire a "inquadrare" Giove costantemente con ogni strumento di bordo. 

Vediamo brevemente com'è fatta la sonda Juno!

Uno dei tre pannelli solari che garantiranno il corretto funzionamento degli
strumenti scientifici a bordo di Juno, con i tecnici della NASA al lavoro intorno
Poiché Giove si muove su un'orbita 25 volte più distante dal Sole rispetto a quella su cui si muove la Terra, si può dire che Giove riceve una luce del Sole 25 volte meno intensa rispetto alla Terra: ma per Juno questo non è un problema, in quanto è dotata di 3 pannelli solari lunghi complessivamente quasi 30 metri: 9 metri ciascuna, come un autobus! Pensate che comunque l'intera missione non richiederà un dispendio molto alto di energie, richiedendo il massimo della potenza soltanto per 6 ore negli 11 giorni in cui compirà le orbite più vicine al pianeta.

Inoltre, dato che su Giove ci sono radiazioni potentissime, Juno è stata costruita in modo da proteggere tutta la strumentazione elettronica all'interno di una piccola struttura di titanio spessa un centimetro!
Per trasmettere i dati, Juno ci "parlerà" attraverso una antenna lunga 2,5 metri, con la quale invierà sulla Terra i dati raccolti e ci informerà costantemente sullo "stato di salute" della sonda stessa! Questa antenna primaria è stata protetta dalla luce del Sole, che durante il viaggio verso Giove poteva essere molto pericolosa, da coperte isolanti che hanno impedito al calore di provocare qualsiasi tipo di danno; inoltre, l'antenna sarà usata attivamente negli esperimenti, nel GSE (Gravity science experiment).
Juno è poi dotato di 6 grandi cisterne contenenti idrazina, un propellente che serve ad alimentare il sistema di propulsione costituito da un motore a razzo e da propulsori: il motore a razzo serve a manovrare la sonda nel suo viaggio verso Giove e, nei momenti dell'inserimento in orbita, a "spingere" in direzione opposta a quella del movimento in modo da rallentare la sonda a sufficienza per riuscire ad entrare nell'orbita prevista; i propulsori serviranno invece per "aggiustare" la traiettoria o la posizione della sonda, in modo da poterla orientare nella maniera più utile verso Giove, la Terra o il Sole rispettivamente per la raccolta dei dati, il loro invio a Terra o l'accumulo di energia solare indispensabile al corretto funzionamento della sonda.

La sonda Juno contiene al suo interno 9 strumenti scientifici che si occuperanno di diversi esperimenti:

In quest'immagine in inglese, potete vedere lo schema del posizionamento della strumentazione scientifica a bordo di Juno.
1)GSE (Gravity science experiment): serve a studiare i cambiamenti del campo gravitazionale di Giove, che possono rivelarne la struttura interna. Come abbiamo detto poco sopra, sarà l'antenna principale di Juno a operare in questo esperimento che vede coinvolti dei trasponditori collegati col NASA Deep Space Network sulla Terra con il quale si scambierà dei segnali radio: le variazioni di tempo di viaggio del segnale ci diranno di quanto si è spostata la sonda a causa di variazioni gravitazionali anche piccole, così che gli scienziati possano tracciare una vera e propria "mappa" del campo gravitazionale di Giove;
2)Magnetometri, costituiti dal FGM (FluxGate Magnetometer), strumento che servirà a creare una dettagliatissima mappa tridimensionale del campo magnetico di Giove; e dall'ASC (Advanced Stellar Compass), che monitorerà la perfetta orientazione dei sensori del FGM. 
Come precauzione, per evitare che i dati possano essere falsati dal campo magnetico della sonda stessa, sono stati posti due set di magnetometri: il primo a 10 ed il secondo a 12 metri dal centro della sonda;
3)MWR (MicroWave Radiometer): serve a misurare la radiazione emessa dal pianeta Giove in modo da poter "vedere" e scoprire di cosa è composto Giove sotto lo strato più esterno dell'atmosfera. Sebbene Giove emetta radiazioni che coprono tutte le frequenze radio, soltanto le microonde riescono a superare lo spessore delle nubi del pianeta, e queste saranno rilevate dai 6 radiometri che costituiscono il MWR, che potranno studiare così la composizioni delle nubi più esterne ma anche "scendere in profondità" di centinaia e centinaia di chilometri. Ogni radiometro ha un'antenna, la quale è collegata ad un ricevitore che si trova all'interno della struttura protettiva di titanio;
JEDI (Jovian Energetic particle Detector Instruments)
4)JEDI (non parliamo di Star Wars, bensì del "Jovian Energetic particle Detector Instrument): misurerà l'energia delle particelle che viaggiano verso Giove, studiando la loro interazione con il campo magnetico del pianeta: queste particelle sono cariche elettronicamente (si tratta di ioni ed elettroni) e quando si scontrano con il campo magnetico di Giove danno origine alle aurore: JEDI misurerà la carica di queste particelle, il tipo di particelle e la direzione nella quale si muovono;
Un'aurora su Giove, ripresa pochi giorni fa dal telescopio
spaziale Hubble  nell'ultravioletto e unita ad un immagine di
Giove ripreso nello spettro del visibile.
5)JADE (Jovian Auroral Distribution Experiment): si occuperà dello studio delle particelle che causano le aurore su Giove, con l'aiuto di altri strumenti; contribuirà inoltre a "disegnare" una mappa tridimensionale del campo magnetico di Giove. JADE è costituita da strumenti elettronici condivisi da quattro sensori: i primi tre si occupano di rilevare gli elettroni che circondano la sonda, il quarto invece identifica le particelle caricate positivamente di idrogeni, elio, ossigeno e ioni di zolfo, questi ultimi scagliati nello spazio dai vulcani su Io, uno dei maggiori satelliti di Giove. Quando la sonda volerà direttamente sopra le aurore, JADE riuscirà a risolvere strutture di soli 50 km (si consideri che le aurore possono estendersi per decine di migliaia di chilometri intorno ai poli, per cui 50 km è un livello notevolissimo di dettagli!);
6)WAVES (Radio and Plasma Wave Sensor): questo strumento studia l'atmosfera ed il campo magnetico di Giove attraverso osservazioni delle onde radio e del plasma, per comprendere meglio le interazioni tra l'atmosfera di Giove, la sua magnetosfera ed il suo campo magnetico. Questo strumento si compone di un'antenna a forma di "V" (come quelle che si potevano vedere molti anni fa nelle vecchie televisioni) lunga 4 metri da un'estremità all'altra: una parte individua la parte elettrica delle onde radio e di plasma, l'altra individua la componente magnetica di tali onde. Pensate che l'antenna "magnetica" è costituita da una bobina di fil di ferro arrotolato 10.000 volte intorno ad un nucleo di 15 centimetri! Tale bobina misura le fluttuazioni magnetiche nell'audiosequenza (16-20.000 Hz);
7)UVS (Ultraviolet Imaging Spectrograph): questo strumento catturerà delle immagini delle aurore di Giove nell'ultravioletto (70-205 nanometri). Lavorando insieme ai sopracitati JADE e JEDI, UVS contribuirà a capire l'interazione tra le aurore, le particelle in viaggio nello spazio e la magnetosfera;
Il JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper),
strumento tutto italiano a bordo di Juno!
8)JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper): questo strumento studierà le aurore e le nubi di Giove nell'infrarosso, e sarà in grado di scoprirne la composizione chimica. Consiste di una fotocamera e di uno spettrometro, che scompone la luce nelle sue componenti (come farebbe un prisma), studiando la luce alla frequenza infrarossa (onde dai 2 ai 5 micron). Misurando il calore che tale luce promana, JIRAM sarà in grado di determinare -ad esempio- come circolano le nubi di Giove contenenti acqua. Inoltre, poiché alcuni gas presenti nell'atmosfera (metano, acqua, ammoniaca e fosfina assorbono alcune frequenze dell'infrarosso, JIRAM saprà ricostruire la composizione chimica degli strati interni di Giove semplicemente "controllando" quali frequenze mancano e in che quantità. JIRAM potrà catturare immagini anche nello spettro del visibile, garantendoci immagini mozzafiato delle aurore gioviane. Un'ultima curiosità: questo strumento è stato sviluppato in Italia dall'INAF, Istituto Nazionale di Astrofisica, e finanziato dall'ASI, l'Agenzia Spaziale Italiana!
9)JCM (JunoCam): si tratta di una camera che cattura immagini nello spettro del visibile, che ci permetterà di avere viste mozzafiato delle nubi esterne e delle aurore di Giove come le vedrebbe un astronauta in orbita intorno al gigante gassoso. Questo strumento sarà attivo solamente durante i passaggi più ravvicinati al pianeta, in modo da catturare il maggior numero possibile di dettagli, ad una risoluzione incredibile: 25 chilometri per pixel! Purtroppo è possibile che le particelle ad altissima energia che circondano Giove distruggano la JCM, che comunque è progettata per resistere ad almeno sette orbite complete intorno a Giove: un tempo sufficiente per catturare tantissime immagini meravigliose!

Pensate che questa sonda è dotata di una memoria RAM di 128MB e una memoria di archiviazione di 256MB! Questo perché i dati non sono archiviati nella sonda, ma vengono trasmessi direttamente a Terra!

Il momento del lancio della sonda Juno
Juno è stata lanciata nello spazio quasi 5 anni fa, il 5 agosto 2011, dalla base militare di Cape Canaveral in Florida, alle 16:25 UTC, e terminerà la sua missione il 20 febbraio 2018, quando durante la sua trentaquattresima orbita intorno a Giove i suoi propulsori ne devieranno la traiettoria mandandola a "suicidarsi" lanciandosi sul gigantesco pianeta: le pressioni e temperature elevatissime incendieranno e disintegreranno la sonda.

Le prossime ore saranno certamente le più delicate: la sonda Juno si trova infatti nella fase di inserimento nell'orbita del gigante gassoso: alle 05:18 ora italiana, la sonda accenderà il suo razzo che la farà decelerare paurosamente, dagli attuali oltre 84.000 km/h (oltre 230 km/s!) a "soli" 1.950 km/h (542 m/s), il tutto nel giro di trentacinque minuti, e qui si presenta la criticità: poiché il ritardo delle comunicazioni tra la Terra e Giove sono di circa 48 minuti (considerando che Giove in quel momento disterà da noi quasi ottocentosettantamilioni di chilometri (869.246.162,36106 km, a voler essere precisi!), se qualcosa andrà storto, da Terra lo sapranno troppo tardi per poter rimediare!

Una volta terminato l'inserimento con successo, la sonda si assesterà compiendo due orbite larghissime intorno a Giove, lunghe ben 53,5 giorni, dopodiché comincerà a compiere le orbite regolari lunghe 14 giorni ciascuna.

Alcune curiosità su Juno:

-Il nome Juno è stato dato con riferimento alla mitologia romana, e dovrebbe essere di buon auspicio per l'esito della missione: come Giunone è riuscita dalla cima del monte Olimpo a vedere attraverso le nuvole la natura fedifraga del marito Giove, così gli scienziati sperano che la sonda Juno riesca a scoprire un sacco di informazioni utili sulla natura del pianeta Giove scrutando tra le sue spesse nubi.

La placca raffigurante Galileo Galilei in viaggio sulla sonda Juno
-Sulla sonda Juno, insieme a tutta la strumentazione scientifica di bordo, viaggiano alcuni ospiti particolari: nello specifico, una placca in alluminio fornita dall'ASI (Agenzia Spaziale Italiana) dedicata a Galileo Galilei, con una iscrizione tratta dal manoscritto originale su cui Galileo annotò le sue impressioni sulla sua prima osservazione delle principali lune di Giove, che da allora sono note come "lune galileiane": "Nell'11esimo (giorno, NdR), era in questa formazione, e la stella più vicina a Giove era metà della dimensione dell'altra e molto vicina all'altra così che, durante le precedenti notti, tutte e tre le stelle osservate erano della stessa dimensione e distanti ugualmente; così appare evidente che intorno a Giove ci siano tre stelle che si muovono, invisibili a tutti fino ad ora." ; inoltre ci sono tre figurine della LEGO raffiguranti Galileo, Giove e sua moglie Giunone (Juno, per l'appunto).

Le tre figurine in alluminio della LEGO, raffiguranti, da sinistra verso destra,
Giove, Giunone (Juno) e Galileo Galilei.
-Il costo complessivo della missione è stato di circa 1,1 miliardi di dollari (990 milioni di Euro).

-La NASA ha studiato alla perfezione la fase finale della missione, quando Juno andrà a gettarsi sul grande pianeta gassoso, al fine di impedire che per un errore di traiettoria la sonda possa schiantarsi con Europa, una delle lune di Giove che potrebbe ospitare la vita.

Collegamenti utili:

http://www.nasa.gov/multimedia/nasatv/#public (streaming video della NASA a partire dalle 04:30 ora italiana);

http://www.ustream.tv/NASAJPL2 (altro streaming video della NASA a partire dalle 04:30 ora italiana);

https://www.youtube.com/watch?v=XyRZ0lZMcDw (interessante video dell'INAF che racconta in breve di Giove e della missione Juno);

https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/index.html (sito della NASA dedicato alla missione JUNO)



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