Dawn e New Horizons alla scoperta del passato del Sistema Solare

Gli appassionati di astronomia degli anni ’80 potevano ricorrere solo alle grosse enciclopedie dell’epoca per poter ammirare il nostro Sistema Solare, soprattutto grazie alle immagini dei paesaggi marziani raccolte dei lander delle Viking 1 e 2 [1] e a quelle dei pianeti giganti gassosi e ghiacciati inviateci dalle due sonde Voyager [2].

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La superficie di Marte vista da uno dei due lander Viking (NASA) a sinistra, i quattro pianeti giganti osservati dalle Voyager (NASA), a destra.

Oltre a queste foto restava appena un po’ di spazio per alcuni dei satelliti maggiori di Giove e Saturno, tra cui i quattro medicei (Io, Europa, Ganimede e Callisto), grazie ai quali Galileo aveva aperto l’era del metodo scientifico [3]. In rari casi era possibile imbattersi nei pochi scatti “rubati” a Venere dai lander russi Venera, prima di soccombere alle condizioni di temperatura e pressione proibitive [4]. Ciò che mancava erano immagini dettagliate dei corpi celesti attualmente catalogati come “corpi minori” – ovvero comete, asteroidi e pianeti nani – eccezion fatta per la cometa di Halley, ripresa dalla sonda europea Giotto nel 1986 [REF], e alcune immagini di Plutone riprese da Terra, nelle quali esso appariva più come una stella che come un corpo solido.

Nei due decenni successivi c’è poi stata una vera e propria esplosione dell’interesse per l’esplorazione del Sistema Solare, con sonde inviate praticamente verso tutti i pianeti e con missioni progettate per osservare a lungo, e non più solo con passaggi ravvicinati, i “compagni di viaggio” della Terra. Abbiamo così potuto ottenere informazioni accuratissime su Marte, grazie alle innumerevoli sonde in orbita e agli almeno quattro rover sulla sua superficie [5], mentre riuscivamo a studiare per la prima volta dati certi sulla superficie venusiana e sulla sua attività vulcanica (nonché sulla sua dinamica atmosferica) grazie alla sonda ESA Venus Express [6]. In aggiunta gli strumenti ci mostravano mondi più che interessanti nei satelliti dei pianeti giganti, da Europa, Ganimede ed Encelado con probabili oceani sotto una superficie ghiacciata, a Titano, vero “mondo al contrario” sul quale quello che sulla è Terra è il ciclo idrogeologico è replicato in toto utilizzando idrocarburi, così da avere laghi, nubi, piogge e nevi di metano (e montagne di ghiaccio) [7].

In questo quadro continuavano però a mancare totalmente i corpi minori ai quali abbiamo accennato in precedenza: corpi celesti che spesso, per mancanza della giusta quantità di energia interna, non avevano avuto la possibilità di modificare la propria struttura mineralogica, diventando, così, testimoni d’eccezione delle prime fasi di formazione del Sistema Solare. Per questi oggetti erano disponibili solo osservazioni da telescopi a Terra, che però non rendevano possibile riconoscere dettagli superficiali e ne forzavano quindi lo studio a restare globale, piuttosto che locale, magari grazie al solo confronto delle loro caratteristiche spettroscopiche con quelle dei meteoriti rinvenuti sulla superficie terrestre. Ma la conoscenza e la voglia di esplorare dell’umanità, per fortuna, non si fermano facilmente e così, proprio negli anni che vanno tra la fine del vecchio e l’inizio del nuovo millennio, ESA e NASA non hanno potuto negare finanziamenti ai ricercatori che chiedevano l’esplorazione di questi corpi piccoli, remoti, ma colmi di fonti di interesse.

Le missioni proposte erano lunghe e senza alcuna certezza di successo scientifico, ma in questo contesto Rosetta (verso la cometa 67P), New Horizons (diretta verso Plutone) e Dawn (all’esplorazione di Vesta e Cerere) sono partite rispettivamente nel 2004, 2007 e 2011 per aprire un nuovo capitolo della conoscenza umana. Di queste, dopo il grande successo (anche mediatico) di Rosetta  nel 2014 [8] , le New Horizon e Dawn hanno fatto parlare di planetologia anche i non addetti ai lavori nel 2015, grazie alle loro scoperte, ma anche per le storie che quasi ogni componente del team aveva da raccontare. Storie nate dal fatto che, dopo viaggi tanto lunghi, arrivare alla fase esplorativa della missione rappresenta già un successo, anche considerando che New Horizons è stata ibernata per lunghi periodi per risparmiare energia, mentre Dawn era già entrata in orbita all’asteroide Vesta, per poi abbandonarlo dopo un anno di osservazioni ravvicinate.

Nonostante la fase osservativa sia iniziata prima per Dawn che per New Horizons (Aprile contro Luglio), la missione che ha catturato prima l’attenzione dei media è stata certamente quest’ultima, grazie alla possibilità di osservare quello che un tempo era il nono pianeta del Sistema Solare (riclassificato poi – dopo la partenza della missione stessa – come “pianeta nano”) in appena poche ore. A differenza di Rosetta e Dawn, infatti, la necessità di non allungare eccessivamente il viaggio, unita a quella di contenere il peso del propellente ha reso impossibile ai padri di New Horizons l’opzione di orbitare intorno a Plutone (entrare in orbita significa riuscire ad avere la stessa velocità del corpo celeste da cui essere catturati). Per questo motivo tutte le osservazioni ad alta risoluzione erano state programmate anni prima per il 14 luglio 2015: in meno di 24 ore tutti gli strumenti a bordo della New Horizons avrebbero dovuto raccogliere dati in contemporanea, osservando non solo Plutone, ma anche Caronte e le altre quattro lune (di cui due scoperte dopo l’inizio della missione). Durante quelle ore cruciali il controllo missione a Terra doveva solo attendere paziente l’arrivo dei primi dati, visto che l’intera banda per le comunicazioni era riservata ai dati in entrata, a scapito dei comandi da inviare. E gli stessi dati sarebbero arrivati con estrema lentezza nell’arco di alcuni mesi per la bassissima velocità del collegamento.

A discapito di tutte queste avversità la missione finora è stata battezzata come un successo, con le prime pagine dei giornali generalisti dei giorni successivi che mostravano per la prima volta nella storia, ottanta anni dopo la sua scoperta casuale, la superficie di Plutone. Una superficie tutt’altro che monotona, con un grande cuore disegnato nel corso delle ere geologiche.

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Plutone come visto dall’Hubble Space Telescope (sinistra) e da New Horizons (destra) (NASA).

Il successo di New Horizons è stato decretato anche dal primo articolo scientifico, pubblicato a Ottobre su Science [9], nel quale l’insieme delle osservazioni ha permesso di tracciare un quadro ben più complesso di quello immaginato in precedenza. Plutone mostra infatti una diversità superficiale estrema se rapportata alle sue dimensioni (minori di quelle lunari), con aree di formazione antica e altre, come la catena montuosa mostrata nelle primissime immagini, dove probabilmente l’attività geologica è ancora presente.

Quella che finora è l’immagine di Plutone a più alta risoluzione (circa 80 metri per pixel): sono visibili lo Sputnik Planum (in basso) e i monti al-Idrisi (al centro) (NASA).

Cerere, l’altro pianeta nano da copertina del 2015, ha caratteristiche quasi opposte rispetto a Plutone, a partire dalla sua posizione nel Sistema Solare: questo corpo celeste si trova infatti nella fascia degli asteroidi compresa tra Marte e Giove e come tale è stato identificato (primo fra tutti) nel 1801 a Palermo da Don Giuseppe Piazzi (che, in onore del Re delle Due Sicilie lo battezzò “Cerere Ferdinandea”). Ma ciò che ha attirato da subito l’attenzione di studiosi e non sono state alcune zone chiare bene in evidenza sulla superficie e in particolare all’interno di alcuni crateri. La domanda a cui nessuno riusciva a rispondere era quella sulla natura di tali formazioni, sali secondo alcuni, ghiacci secondo altri.

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Una delle regioni chiare di Cerere osservate dalla camera di Dawn (NASA).

Anche in questo caso, dopo il clamore mediatico, sono state le dettagliate analisi dei dati scientifici ottenuti a porre un primo punto, mostrando come solo la presenza di sali di magnesio possa spiegare tutte le caratteristiche fin qui osservate. E come tutti i sali anche l’esaidrite ipotizzata per la superficie di Cerere ha bisogno di acqua per la formazione: forse la stessa acqua che forma quella esosfera transiente osservata da Terra un paio di anni fa.

Allo stesso tempo, grazie a VIR, uno spettrometro infrarosso tutto italiano, è stato possibile individuare tracce di ammoniaca del tutto inaspettate su un corpo formatosi nel mezzo del Sistema Solare. Questo composto è infatti presente massicciamente negli oggetti della fascia di Kuiper (come Plutone) e perciò la sua presenza su Cerere può indicare o la formazione del corpo celeste in una zona lontana da quella di residenza attuale o un massiccio bombardamento da parte di corpi formatisi nel Sistema Solare esterno.

Dopo l’incipit fornito da Rosetta nel 2014, New Horizons e Dawn hanno definitivamente dato avvio ad una nuova era dell’esplorazione planetaria, alla ricerca delle origini del Sistema Solare, con l’idea di raccogliere informazioni utili anche per comprendere le dinamiche di formazione che hanno portato ad avere (unico finora tra tutti i sistemi planetari conosciuti) la stabilità indispensabile per lo sviluppo della vita. Per questi motivi le due missioni di cui abbiamo parlato, e i loro risultati scientifici, sono state selezionate tra le dieci notizie scientifiche di maggior rilevanza del 2015 dalla prestigiosa rivista Science [10].

Testo a cura di: Angelo Zinzi
Editor: Stefano Bertacchi

Bibliografia e approfondimenti

Questo articolo è un adattamento e aggiornamento di “La nuova era dell’esplorazione spaziale: alla scoperta di corpi celesti testimoni della nascita del Sistema Solare” pubblicato il 5 ottobre 2015 su AIRInforma

[1] NASA
[2] NASA – NASA
[3] Osservatorio Astronomico di Bologna
[4] Venera: the soviet exploration of Venus
[5] National Geographic
[6] ESA
[7] Media INAF
[8] ESA
[9] NASA
[10] Science 

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