MERCURIO, LA SCIENZA E LA SONDA EUROPEA

BepiColombo verso il pianeta degli estremi

La missione di ESA e JAXA partirà nel 2018 dalla base europea di Kourou e dovrebbe raggiungere l'orbita di Mercurio esattamente sette anni dopo. Torniamo ad approfondire l'argomento in attesa del transito del pianeta davanti al Sole

Crediti: Akihiro Ikeshita

Rappresentazione artistica di BepiColombo. Crediti: Akihiro Ikeshita

Mercurio, così vicino al Sole da far paura. Mercurio, così misterioso da volerlo studiare a tutti i costi. E la sonda BepiColombo è stata progettata per questo. Dopo Mariner 10 e MESSENGER (entrambe della NASA), saranno l’Europa e il Giappone a fare il grande passo verso il primo pianeta del Sistema solare. E quale migliore occasione per parlarne se non il transito di Mercurio davanti al Sole di lunedì prossimo.

La missione Mercury Planetary Orbiter (MPO), o BepiColombo (il cui nome è un tributo al matematico, fisico, astronomo e ingegnere Giuseppe Colombo – detto Bepi), è frutto di una collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Europea ESA e l’Agenzia Spaziale Giapponese JAXA. Ma c’è anche tanta Italia in questa missione che partirà alla volta di Mercurio nel 2018, dalla base di lancio di Kourou, con un vettore Ariane 5. La sonda dovrebbe raggiungere l’orbita di Mercurio esattamente sette anni dopo. L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ha realizzato con il contributo della comunità scientifica, compresi i ricercatori INAF, 4 esperimenti su 11. Ne parliamo con Gabriele Cremonese, astronomo presso l’Osservatorio Astronomico INAF di Padova.

Si tratta di un fenomeno raro, questo di lunedì 9 maggio. Per giunta, non sempre è visibile dal nostro Paese. Questa volta, però, sono stati organizzati diversi eventi in Italia per le osservazioni. Perché tanto interesse nel transito di Mercurio davanti al Sole per gli astronomi?

«In passato il transito di Mercurio aveva un’importanza scientifica, in quanto consentiva di fare delle misure delle dimensioni del pianeta e del Sole. Essendo il pianeta più vicino al Sole, in media intorno a 60 milioni di km, il transito è più frequente di Venere, ma meno spettacolare, perché è un po’ più piccolo e più lontano dalla Terra. In realtà non capita spesso di vedere un transito di Mercurio, in quanto la sua orbita attorno al Sole ha un’inclinazione di 7 gradi e quindi dobbiamo trovarci esattamente nello stesso piano e questo può accadere solo nei mesi di Maggio e Novembre. Il fenomeno si può ripetere ogni 7, 13 e 46 anni interlacciati tra loro.

Un altro importante motivo scientifico lo ha introdotto quasi un secolo fa Albert Einstein, in quanto consentiva di verificare la sua giovane teoria della Relatività Generale. La Teoria della Gravitazione Universale di Newton non era in grado di spiegare il moto del pianeta attorno al Sole per circa 43 secondi d’arco, considerando anche l’influenza degli altri pianeti, al punto che nella seconda metà del 1800 si pensava esistesse un altro pianeta posto tra Mercurio e il Sole, che avevano chiamato Vulcano. Dopo circa 50 anni nessuno l’aveva mai osservato, e quindi è stato deciso che non poteva esistere. E cominciarono i primi dubbi sulla teoria di Newton. Fu solo nel 1915 che Einstein, con i suoi calcoli e la Relatività Generale, riuscì a predire con estrema precisione l’avanzamento del moto del perielio di Mercurio di 42.9 secondi d’arco per secolo. Perché introdusse la curvatura dello Spazio-Tempo! A distanza di un secolo, l’interesse scientifico è diminuito, ma rimane uno spettacolo interessante vedere il piccolo disco di Mercurio attraversare il disco solare, e allo stesso tempo è importante ricordare le conquiste scientifiche che in passato tali osservazioni hanno consentito».

Mercurio è uno dei maggiori protagonisti dell’astrofisica di punta come dimostrazione della “Teoria della Relatività Generale” di Einstein, come ha detto. Dopo più di un secolo dalla pubblicazione della teoria, fra due anni BepiColombo partirà alla volta di Mercurio. Perché Mercurio è così importante tanto da mandarci una sonda? Quali i principali obiettivi della missione?

«Mercurio è il pianeta degli estremi, e quindi particolarmente interessante da studiare per l’origine e l’evoluzione del Sistema solare. Si tratta del pianeta con l’orbita più eccentrica, ed è l’unico a essere in risonanza spin-orbita, per la precisione 3-2, cioè compie 2 rivoluzioni attorno al Sole ogni 3 rotazioni attorno al proprio asse, ed ha la più elevata densità tra i pianeti. Quindi, sia da un punto di vista dinamico che costitutivo, è particolare. Si aggiunga che possiede un campo magnetico ed una magnetosfera simile alla Terra, a differenza di Venere e Marte, ma non conosciamo bene la sua struttura interna che dovrebbe originarlo. Essendo molto vicino al Sole è vicino al massimo della curvatura Spazio-Tempo e quindi molto interessante per studiare la Teoria della Relatività Generale.

La sonda BepiColombo ha dunque tre obiettivi scientifici molto importanti: la conoscenza del pianeta Mercurio, lo studio del mezzo interplanetario incluso il plasma che lo avvolge e il miglioramento della conoscenza di alcune costanti importanti per la Relatività Generale, e quindi per la Fisica Fondamentale. In quest’ultimo caso, per arrivare a un tale risultato è necessario conoscere la posizione della sonda rispetto a Mercurio e alla Terra con una precisione di alcuni centimetri».

A che punto è la missione?

«I due moduli che costituiscono la missione BepiColombo, il Mercury Planetary Orbiter realizzato in Europa e il Mercury Magnetospheric Orbiter realizzato in Giappone, sono a Estec, la sede dell’ESA in Olanda, per eseguire gli ultimi test e messa a punto di alcuni strumenti. A luglio del 2017 la sonda partirà per la Guyana Francese, iniziando quindi la campagna di lancio che secondo l’attuale calendario dovrebbe terminare a gennaio 2018. Il lancio è previsto ad aprile 2018, e quindi c’è ancora un po’ di margine per qualche inconveniente dell’ultimo minuto».

È una missione estrema viste le temperature che si raggiungeranno, superiori ai 300 gradi e livelli di radiazione 10 volte superiori a quelli terrestri. Quali le protezioni previste?

«Mercurio è il pianeta con la più elevata escursione termica tra l’emisfero rivolto verso il Sole e quello opposto, infatti la differenza di temperatura raggiunge i 600 gradi, passando dai -173 gradi centigradi di notte ai 430 di giorno. Inoltre bisogna considerare che l’assenza di un’atmosfera spessa, come gli altri pianeti terrestri, implica che la superficie illuminata dal Sole è molto calda e irradia calore che investe la sonda. Il satellite e gli strumenti sono stati realizzati, con notevoli difficoltà tecnologiche, per sopportare elevate temperature anche quando si osserva il pianeta. Una delle sfide tecnologiche più grandi sono stati i pannelli solari: dovranno resistere a quelle temperature, saranno sottoposti a elevate dosi di radiazioni e dovranno fornire l’energia con un’elevata efficienza per anni.

Tutti gli strumenti sono stati progettati per sopportare anche elevate dosi di radiazioni, pari a più del doppio di quelle a cui è stata sottoposta la sonda Rosetta dopo più di 10 anni nello spazio. Gli accorgimenti principali per sopravvivere in quell’ambiente sono rappresentati da materiali nuovi, come la sostanza depositata sui pannelli solari e sul radiatore, da soluzioni tecnologiche avanzate per le elettroniche e i sensori, e ruotando l’MPO di 180 gradi al perielio e all’afelio in maniera da orientare il radiatore, che deve smaltire verso l’esterno il calore accumulato, in direzione opposta al Sole».

Lo strumento SIMBIO-SYS durante i test a Orsay

Lo strumento SIMBIO-SYS durante i test a Orsay

Parliamo dello strumento SIMBIO-SYS. Qualche aggiornamento?

«SIMBIO-SYS è stato consegnato all’ESA nell’aprile 2015 ed è stato subito integrato nell’MPO. Finora tutti i test sono andati molto bene a parte qualche piccolo inconveniente dell’elettronica e del software di bordo che è stato analizzato. Entro fine maggio verrà implementata una nuova versione del software con le dovute correzioni. SIMBIO-SYS è una suite di tre strumenti e sarà responsabile del 50 percento di tutti i dati che BepiColombo trasmetterà a Terra, una quantità di informazioni della superficie del pianeta enorme, dalle immagini ad altissima risoluzione alle immagini 3D di tutta la superficie fino all’analisi spettroscopica, fino al vicino infrarosso, dell’intero pianeta. Rappresenterà anche il riferimento per gli altri strumenti in termini di puntamento e di contesto geologico, contribuirà all’analisi della rotazione di Mercurio, e fornirà al satellite dei dati importanti per la definizione della distorsione termica di alcune strutture. Il lavoro è quindi entrato nel vivo, per le fasi successive alla realizzazione, da alcuni mesi, in quanto abbiamo iniziato a scrivere il software che dovrà ricevere e calibrare i dati a Terra, in collaborazione con l’ESA, e a definire la strategia di osservazione alla luce delle performance verificate durante la calibrazione in laboratorio».

Cosa sperate di scoprire? E cosa invece resterà un mistero, almeno per adesso?

«Malgrado la sonda MESSENGER della NASA sia rimasta in orbita per 4 anni intorno a Mercurio, ci sono ancora diversi quesiti che non hanno risposta. La missione americana aveva dei limiti imposti dall’orbita molto eccentrica e molto lontana dall’emisfero Sud, implicando l’osservazione della superficie in termini di risoluzione spaziale molto disomogenea e in media ben inferiore a quello che consentirà la missione BepiColombo. L’orbita dell’MPO sarà molto meno eccentrica, consentendo una maggiore risoluzione sia nello studio della superficie che nella definizione della struttura interna del pianeta. Alcuni strumenti della sonda MESSENGER avevano intervalli spettrali o caratteristiche sulla carta inferiori a quelli che porterà BepiColombo, inoltre la prima aveva 11 strumenti mentre la seconda avrà in tutto 16 strumenti di cui 4 suite composte da più strumenti. L’utilizzo di due moduli separati consentirà anche di studiare la magnetosfera di Mercurio sia all’interno che all’esterno raccogliendo, allo stesso tempo, dati del mezzo interplanetario, obiettivi che non potevano essere raggiunti dalla MESSENGER. La sonda americana ha confermato l’ipotesi che anche nelle regioni polari di Mercurio ci possa essere dell’acqua nascosta nelle pareti dei crateri d’impatto non esposte alla radiazione solare, come accade per la Luna, ma si è trattato di misure indirette e quindi non sicure.

Riuscirà BepiColombo ad effettuare misure dirette di acqua e a stimarne la quantità presente nei depositi di ghiaccio? A queste e ad altre domande non siamo sicuri al momento di riuscire a dare una risposta, ma ci proveremo».

Per saperne di più:

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