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Juno: viaggio alla scoperta della sonda spaziale

La sonda spaziale Juno è entrata nell'orbita di Giove. "È stata la cosa più difficile che la NASA abbia mai fatto" parole del responsabile scientifico della missione Scott Bolton!

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Juno: viaggio alla scoperta della sonda spaziale

Il 4 luglio 2016, dopo un viaggio interplanetario che ha coperto la distanza di 2,8 miliardi di chilometri (iniziato il 5 agosto di 5 anni fa da Cape Canaveral, in Florida), la sonda della NASA, Juno, ha raggiunto il gigante gassoso Giove, facendosi attrarre nella sua orbita e iniziando una serie di analisi del suo campo magnetico.

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La missione rientra nell’ambito del programma spaziale della NASA denominato New Frontiers, di cui fa parte anche la spedizione della sonda New Horizons arrivata su Plutone lo scorso anno, che prevede la realizzazione di progetti spaziali altamente specializzati ma realizzati con un budget “medio”, ossia pari a non più di 700 milioni di dollari.
La conclusione della missione Juno è prevista per il febbraio del 2018, una sorte di “morte annunciata” poiché, nonostante la sonda sia provvista di spesse pareti in titanio, le radiazioni emanate dal campo gravitazionale di Giove saranno così intense che difficilmente potrà sopravvivere e resistere per più di un anno e mezzo.
Gli scienziati, per sfruttare al massimo gli strumenti della sonda e la sua operatività residua, hanno quindi stabilito che, nei primi mesi del 2018, con una manovra complessa e kamikaze della durata di 5 giorni, Juno si tufferà letteralmente nell’atmosfera e tra le nubi del più grande pianeta del Sistema Solare, ne studierà da vicino la composizione, per poi bruciare.

La perfetta riuscita del viaggio di Juno, come tutti quelli effettuati nello spazio e verso altri pianeti, è il frutto di complessi studi gravitazionali e di fisica. La sonda infatti, dopo essere stata lanciata dalla celebre base di Cape Canaveral a bordo del razzo Atlas V 551, non è stata indirizzata direttamente verso Giove, seguendo una traiettoria lineare, ma ha stazionato in orbita terrestre per ben due anni e mezzo e ne ha sfruttato la gravità per acquisire la velocità necessaria e partire e raggiungere Giove in meno tempo possibile.
Tale manovra, denominata fly-by gravitazionale o fionda gravitazionale, è avvenuta il 9 ottobre 2013, e ha permesso a Juno di viaggiare ad una velocità pari a 64,3 km/s, ossia 231.745,536 km/h.
Dal 4 luglio Juno ha iniziato una prima fase di “ambientamento” effettuando la prima di due orbite attorno al pianeta della durata ciascuna di due mesi. Dal 4 novembre la sonda si è avvicinata ancora di più al pianeta e ogni orbita, di tipo ellittica, completa, fino al termine della missione, impiegherà solo 14 giorni.
In totale Juno dovrebbe compiere 37 orbite ellittiche in un tempo pari a circa 20 mesi, con una velocità massima pari a 206 mila km orari e arrivando alla distanza minima di 5.000 km dalle nubi superficiali di Giove. Gli scienziati che hanno lavorato alla missione hanno scoperto che far effettuare delle orbite ellittiche e circolari a Juno avrebbe consentito di allungare i tempi della missione poiché sarebbe stata ridotta al minimo l’esposizione della sonda alle radiazioni magnetiche gioviane e, inoltre, avrebbe permesso di massimizzare l’esposizione alla luce dei lunghi e sofisticati pannelli solari.

Aldilà della strumentazione che Juno ha portato con sé verso Giove, fondamentale per il completamento ottimale degli obiettivi prefissati per la missione, la particolarità di questa sonda è che è stata dotata, sia per il viaggio che per le operazioni da compiere quotidianamente (eccezion fatta per alcune manovre di rallentamento nei pressi del pianeta Giove, che avvengono grazie a motori ausiliari) di tre enormi pannelli solari (invece di generatori termoelettrici a radioisotopi come in altre missioni contemporanee), lunghi 9 metri ognuno, utili per sfruttare l’energia proveniente dalla nostra stella, il Sole.
Una cosa non da poco, poiché Scott Bolton, capo della missione, e il suo team, hanno dovuto far fronte alla scarsità di energia solare che arriva in quella particolare e lontana zona dello spazio: solo il 3-4% di quella disponibile sulla Terra.

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Avendo a disposizione un arco estremamente limitato di tempo per effettuare rilevazioni di dati e analisi, la missione della sonda Juno è stata limitata al raggiungimento di tre obiettivi principali:

1.    capire le proprietà strutturali e la dinamica generale del pianeta attraverso la misurazione della massa e delle dimensioni del nucleo, del campo gravitazionale e magnetico di Giove;
2.    studiare la composizione dell'atmosfera gioviana, il profilo termico, il profilo di velocità dei venti e l'opacità delle nuvole a profondità maggiori di quelle raggiunte da precedenti missioni, attraverso la loro misurazione con strumentazione tecnologicamente avanzata e stabilire quanta acqua è presente sotto forma di vapore acqueo o di ghiaccio sospeso nell’alta atmosfera;
3.    studiare la struttura tridimensionale e ottenere informazioni approfondite sulla magnetosfera dei poli.

Le analisi e le riprese vengono effettuate grazie a 9 strumenti scientifici, sviluppati da vari paesi nel mondo, tra cui l’Italia, che sono:

•    MWR (MicroWave Radiometer): si tratta di un radiometro alle microonde, composto da sei antenne ai lati della sonda e in grado di effettuare la misurazione delle onde elettromagnetiche comprese tra le frequenze 600 MHz e 22 GHz, le sole che riescono a passare attraverso la spessa atmosfera di Giove. Il radiometro MWR ha una capacità di penetrazione nell’atmosfera pari a 5–600 km e fornirà preziose indicazioni, ad esempio, su temperatura e contenuto di vapore acqueo e di ammoniaca.
•    JIRAM (Jovian InfraRed Auroral Mapper): spettrometro che opererà nel vicino infrarosso (lunghezze d’onda tra 2 e 5 µm) penetrando fino a 50–70 km. JIRAM osserverà le aurore gioviane, uno degli obiettivi principali della missione, e traccerà diversi elementi, come vapore acqueo, ammoniaca, metano e fosfina.
•    ASC (Advanced Stellar Compass): obiettivo del ASC è quello di consentire a Juno di orientarsi in base a complesse e precise osservazioni stellari.
•    MAG: magnetometro. Il MAG è stato ideato e sviluppato per 3 diversi scopi: la mappatura del campo magnetico, la determinazione delle dinamiche degli strati interni di Giove e la determinazione della struttura tridimensionale della magnetosfera polare.
•    GS (Gravity Science): questo strumento utilizzerà le onde radio per misurare la struttura del campo gravitazionale originato dal pianeta gassoso.
•    JADE (Jovian Auroral Distribution Experiment): utilizzato per lo studio della struttura del plasma intorno alle aurore di Giove, con misurazioni riguardanti la posizione, l'energia e la distribuzione per composizione delle particelle cariche della magnetosfera polare di Giove.
•    Waves: sensore di onde radio e plasma. Waves identificherà le regioni delle correnti attivate dalle aurore.
•    UVS (Ultraviolet Imaging Spectrograph): spettrografo all’ultravioletto. Questo strumento sarà fondamentale per ottenere immagini spettrali delle emissioni delle aurore nella magnetosfera gioviana polare.
•    JCM (JunoCam): questa fotocamera, inserita nel modulo della sonda solo per attività educative e di divulgazione scientifica, è stata progettata per funzionare per sole 7 orbite nel difficile ambiente gioviano, ma potrebbe durare anche di più.

Il team della missione ha voluto inserire, tra gli elementi di corredo della sonda spaziale Juno, anche una targa dedicata al famoso astronomo pisano Galileo Galilei, un vero e proprio cimelio della cultura astronomica italiana, su cui compare un’iscrizione del manoscritto in cui Galileo descrisse per la prima volta i quattro principali satelliti di Giove, proprio da lui scoperti: Io, Callisto, Ganimede ed Europa. Oltre alla placca, fornita dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), la NASA ha deciso di spedire verso Giove anche tre figurine LEGO in alluminio raffiguranti lo stesso Galileo, Jupiter e Giunone (Juno).

Oltre alla placca dedicata a Galileo Galilei, è stato richiesto dalla NASA un contributo italiano alla missione Juno, e non di poco conto. Lo spettrometro JIRAM in primis, è stato finanziato dall’ASI e costruito da Leonardo-Finmeccanica e verrà gestito dall’Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (IAPS), facente parte dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Inoltre, anche uno degli strumenti compositivi di GS, noto come KaTS (Ka-band Translator System), è stato finanziato dall’ASI e costruito in Italia da Thales Alenia Space, un vero e proprio fiore all’occhiello del settore della tecnologia italiana impegnata in numerose missioni nel corso degli anni.

Juno rappresenta un capitolo coinvolgente dell’esplorazione spaziale umana e sta già ottenendo risultati notevoli per il mondo scientifico e il settore dell’astronomia.

L’importanza di questa missione è da ricercare, oltre che nella specificità delle ricerche che verranno generate dall’analisi dei dati forniti, anche nel fatto che Juno è solo la seconda sonda della storia della scienza ideata e costruita per raggiungere e studiare Giove.

Il primo veicolo (a motore, non dotato di pannelli solari) ad avere successo e raggiungere il pianeta gassoso è stata la sonda Galileo, arrivata su Giove nel 1995 e rimasta in orbita fino al 2003. Galileo, pur rimanendo al giorno d’oggi una delle missioni di maggior successo della NASA, raggiunse “solo” il 70% degli obiettivi prefissati dal team di scienziati che vi lavorarono, a causa di un problema alle antenne che ne limitò la banda di trasmissione.

In futuro invece, saranno due le missioni che vedranno protagonista, anche se in maniera indiretta, Giove. La prima è stata programmata dall’ESA sotto il nome di JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) e partirà nel 2022. Compito principale di JUICE sarà quello di studiare da vicino i satelliti gioviani Callisto, Europa e Ganimede, entrando anche in orbita intorno a quest’ultimo. La seconda, invece, programmata dalla NASA per la metà degli anni ’20, è nelle fasi iniziali della preparazione e ha come obiettivo primario lo studio di Europa, l’affascinante e misteriosa luna che ospita un enorme oceano di acqua salata sotto la superficie ghiacciata.

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