PER RICEVERE MEGLIO L'ECO RADIO DI GIOVE

Un lander sulla luna ghiacciata Europa

Uno studio statunitense propone di utilizzare la potente emissione radio naturale di Giove come trasmettitore, e una sonda sulla superficie di Europa - una delle sue lune - come ricevitore passivo dell’eco radar riflessa dall’oceano nascosto sotto la sua crosta ghiacciata. Il commento di Roberto Orosei (INAF Bologna) e Lorenzo Bruzzone (Università di Trento)

Europa ripresa dalla sonda Galileo nel 1996. Crediti: NASA/JPL/DLR

Europa ripresa dalla sonda Galileo nel 1996. Crediti: NASA/JPL/DLR

Usare Giove come trasmettitore radar per esplorare l’interno di Europa, una delle sue innumerevoli lune, sotto la cui superficie ghiacciata, spessa tra i 3 e i 30 km, si nasconde molto probabilmente un oceano. Un’idea che sembra bizzarra ma a cui gli scienziati stanno già pensando da qualche tempo. In un nuovo studio – già liberamente consultabile sulla banca dati arXiv e in attesa della pubblicazione su una rivista scientifica – un gruppo di ricercatori statunitensi propone ora un’ulteriore variante: l’utilizzo di una stazione radar passiva (solo ricevente) sulla superficie di Europa, quindi un lander sganciato sulla fredda crosta lunare da una sonda in orbita attorno a essa.

Nel nuovo report, gli scienziati suggeriscono che con tale accorgimento si potrebbe sondare il ghiaccio fino a una profondità di circa 7 km dove questo si presenti più “molle”, ovvero miscelato alla parte liquida, e fino a quasi 70 km in presenza, invece, di ghiaccio puro. Per capire meglio cosa significhi il “sondaggio” di un corpo planetario, Media INAF ha chiesto a Roberto Orosei, ricercatore all’Osservatorio di Radioastronomia dell’INAF ed esperto di rilevamenti radar nelle missioni spaziali, quali risultati si ottengono con questa tecnica.

«La tecnica che sfrutta la capacità delle onde radio – a frequenze di qualche megahertz – di penetrare nel terreno e di essere riflesse da strutture geologiche sepolte è nata negli anni Cinquanta del secolo scorso, ed è stata utilizzata sulla Terra per studiare i ghiacci polari, particolarmente trasparenti alle onde radio», racconta Orosei. «In seguito, nel 1971, un esperimento a bordo dell’Apollo 17 – chiamato ALSE – aveva sondato la crosta lunare ottenendo echi radar dalla base dei “mari” lunari».

Un esempio di cosa “vede” un radar in questa sezione della calotta polare marziana settentrionale ottenuta da SHARAD. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Un esempio di cosa “vede” un radar in questa sezione della calotta polare marziana settentrionale ottenuta da SHARAD nel 2010. Crediti: NASA/JPL-Caltech/ASI/UT

Arrivando alle più recenti missioni spaziali, «da più di dieci anni due radar realizzati in Italia, MARSIS su Mars Express dell’ESA e SHARAD su MRO della NASA, studiano il sottosuolo di Marte, di cui hanno misurato il volume delle calotte polari, con spessori talvolta superiori ai tre chilometri e mezzo, scoprendo al loro interno una sequenza stratigrafica che racconta i cicli climatici del pianeta», spiega ancora Orosei, che di MARSIS è responsabile scientifico.

Passando invece alle esplorazione future, prosegue il ricercatore, «fin da quando l’ESA, l’Agenzia Spaziale Europea, ha cominciato a progettare una missione per studiare le lune ghiacciate di Giove, è sembrato logico usare questa tecnica per rivelare l’oceano di Europa, sepolto sotto una crosta di chilometri e chilometri di ghiaccio».

Tale missione, il cui nome è JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), è già stata approvata, ma bisogna pazientare parecchio, in quanto il lancio è previsto nel 2022 e l’arrivo nel sistema gioviano ben 8 anni dopo. Attesa a parte, «la missione JUICE è prevista essere equipaggiata di un radar, RIME (Radar for Icy Moon Exploration), sviluppato da un gruppo a guida italiana. Nonostante le incertezze sulla composizione e struttura della crosta ghiacciata di Europa, ci si aspetta che RIME sia in grado di ottenere echi dall’oceano di Europa se questo si trova a profondità inferiori ai 15 km».

La missione JUICE studierà Giove e tre delle sue lune, tra cui Europa. Crediti: ESA

La missione JUICE studierà Giove e tre delle sue lune, tra cui Europa. Crediti: ESA

E se l’oceano si trovasse ancora più in profondità? «Il nuovo studio guarda alla ricerca dell’oceano di Europa da una prospettiva nuova e potenzialmente interessante», commenta Orosei, «partendo dalla constatazione che Giove emette onde radio nella stessa banda di frequenze in cui operano MARSIS, SHARAD e RIME, ma con una potenza enormemente più grande. Si pensa quindi che tali onde possano penetrare a profondità maggiori di quelle del radar prima di essere assorbite dal ghiaccio».

«Tuttavia», prosegue Orosei, «l’eco riflessa delle onde radio gioviane sarebbe comunque debolissima, e, soprattutto, dovrebbe essere rilevata in mezzo al rumore radio continuo prodotto da Giove stesso. Si tratta quindi di un’idea ingegnosa, ma che per la sua complessità tecnica richiede l’aggiunta di un modulo che atterri sulla superficie di Europa per captare meglio l’eco».

«Sviluppare un ricevitore in grado di implementare un radar passivo su un lander per Europa migliorerebbe le prestazioni rispetto al caso di un ricevitore passivo in orbita attorno alla luna», conferma Lorenzo Bruzzone dell’Università di Trento, responsabile scientifico del radar RIME a bordo della missione JUICE. «I vantaggi stanno nel fatto che il ricevitore e la semplice antenna sarebbero a diretto contatto con la superficie, favorendo di molto la geometria di acquisizione e mitigando alcuni dei problemi che da piattaforma orbitante limitano il rapporto segnale/rumore della modalità passiva, derivanti, ad esempio, dalla rugosità della superficie e dalla dispersione del segnale indotta dalla ionosfera».

Lorenzo Bruzzone, PI di RIME a bordo di JUICE. Crediti: Università di Trento

Lorenzo Bruzzone, PI di RIME a bordo di JUICE. Crediti: Università di Trento

«In queste condizioni», aggiunge Bruzzone, «potendo sfruttare contemporaneamente osservazioni di durata molto lunga, nonché le basse frequenze e la potenza rilevante associate allo spettro del rumore gioviano, diventa plausibile prevedere capacità di penetrazione a Europa significative. Il tutto senza impiegare antenne complesse o hardware complicato».

«La limitazione della tecnica è che ogni ricevitore sulla superficie può fornire solo la misurazione in un singolo punto della crosta ghiacciata di Europa. Per avere più misure servirebbero più ricevitori disposti sul terreno. Pertanto un sistema di questo tipo è potenzialmente utile per ottenere misure puntuali che possano aiutare stimare meglio lo spessore della crosta ghiacciata di Europa, ma che sono complementari alle acquisizioni che verranno effettuate sistematicamente su lunghe porzioni del satellite di Giove da radar sounder come RIME», conclude Bruzzone.

Fatte queste premesse, è dunque realistica la proposta di un modulo d’atterraggio, un lander appunto, come stazione radar passiva alle missioni spaziali con destinazione Europa in fase di sviluppo? Secondo Orosei, «nella situazione attuale, con JUICE in avanzato stato di progettazione, è difficile immaginare che tale modulo possa essere aggiunto senza far schizzare alle stelle il costo della missione; ma ve n’è forse l’opportunità per una missione verso Europa che NASA sta studiando in parallelo». Una missione, quest’ultima della NASA, che dovrebbe avere a bordo un sistema radar sounder denominato REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface).

La scoperta delle emissioni radio di Giove risale al 1955, mentre la loro origine è da ricercarsi nella magnetosfera generata dal gigante gassoso, la più estesa e potente tra quelle dei corpi planetari del Sistema solare. Vedremo dunque, in un futuro non lontanissimo, se questa sua caratteristica naturale permetterà agli scienziati di cogliere per la prima volta l’eco lontana dell’oceano nascosto sotto il mantello ghiacciato di una delle sue lune predilette.