CITIZEN SCIENCE PER MONITORARE IL TRAFFICO SPAZIALE

Sindrome di Kessler e protezione dello spazio

La gestione del traffico spaziale attorno alla Terra sta richiedendo con sempre maggior urgenza un controllo accurato del numero e della posizione in cielo dei satelliti e dei detriti spaziali. Oltre al tracking radar e all’osservazione con telescopi ottici professionali, progetti di citizen science permettono di effettuare il monitoraggio degli oggetti nello spazio, utilizzando apparecchiature amatoriali. Media Inaf ne ha parlato con Alberto Buzzoni

Rappresentazione artistica della spazzatura spaziale in orbita attorno alla Terra

Avete mai sentito parlare della sindrome di Kessler? Donald J. Kessler è stato un consulente della Nasa che nel 1978 propose uno scenario non proprio tranquillizzante nel quale il volume di detriti spaziali in orbita bassa intorno alla Terra sarebbe presto diventato così elevato da provocare reazioni a catena generate da collisioni multiple tra i detriti stessi che, nell’ipotesi peggiore, ci potrebbe intrappolare sul nostro pianeta, rendendo impossibili ulteriori missioni spaziali e il funzionamento stesso delle comunicazioni satellitari.

Sono passati più di quarant’anni, e con oltre 22mila satelliti artificiali in orbita e tonnellate di detriti spaziali il traffico spaziale sembra essere diventato un problema. È ormai essenziale tenere traccia delle posizioni di questi oggetti, al fine di evitare inaspettate collisioni che potrebbero portare allo scenario paventato da Kessler. Per monitorare quello che passa sulle nostre teste ci si sta muovendo in varie direzioni.

Esempio di satellite che si muove attraverso il cielo. Crediti: Dstl

La scorsa settimana, ad esempio, al Congresso della Royal Astronomical Society tenutosi alla Lancaster University (Uk), sono stati presentati i risultati di una collaborazione tra gli astronomi amatoriali della Società astronomica di Basingstoke e il Ministero della Difesa inglese, volta a valutare la possibilità di effettuare il monitoraggio degli oggetti nello spazio utilizzando apparecchiature amatoriali. Gli astrofili hanno utilizzato telescopi commerciali, fotocamere Dslr  – Digital single-lens reflex, ossia reflex che impiegano un sensore al posto della pellicola convenzionale, lasciando inalterate le caratteristiche base dell’apparecchio single-lens reflex – montate su cavalletto e telecamere a bassa luminosità, per registrare immagini di satelliti come la Stazione spaziale internazionale, Cryosat e Remove Debris. Raccogliendo le immagini con riferimenti temporali (timestamp) accurati, il Defence Science and Technology Laboratory (Dstl) è stato in grado di elaborare i dati e confrontare le orbite attese con i dati forniti dagli astronomi, arrivando alla conclusione che per i satelliti terrestri in orbita bassa – con un’altitudine compresa tra l’atmosfera e le fasce di Van Allen, ovvero tra 160 e 2000 km – le cui dimensioni arrivino fino a circa quelle di un congelatore da cucina, piccole lenti di livello evoluto e Ccd raffreddati simili a quelli usati dagli astrofili sono in grado di monitorare le loro posizioni e mantenere un’orbita ragionevolmente accurata.

Questo è solo un esempio di sinergia collaborativa tra scienziati e cittadini, in quella che prende il nome di citizen science. Per saperne di più, Media Inaf ha intervistato Alberto Buzzoni, astronomo associato Inaf presso l’Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio di Bologna, che da molti anni si dedica allo studio dinamico dei satelliti artificiali e al problema dei detriti spaziali. Buzzoni è coordinatore scientifico del progetto italiano Prisma per lo studio delle meteore e rappresentante nazionale dell’Inaf per il coordinamento delle attività di Sorveglianza spaziale e difesa in Italia (assieme ai colleghi dell’Agenzia spaziale e dello Stato Maggiore della Difesa).

Alberto Buzzoni, astronomo all’Inaf-Oas di Bologna, coordinatore scientifico del progetto Prisma per lo studio delle meteore e membro per l’Inaf di Ocis. Crediti: Media Inaf

Che traffico c’è sulle nostre teste?

«Il problema della gestione del traffico spaziale attorno alla Terra (e di un transito sicuro delle nostre astronavi verso la Luna e Marte negli anni futuri) sta richiedendo con sempre maggior urgenza un controllo accurato del numero e della posizione in cielo dei cosiddetti detriti spaziali (space debris). Si tratta non solo degli ultimi stadi dei razzi vettori e dei satelliti dismessi di grandi dimensioni e ormai fuori controllo, ma anche di tutta quella popolazione di piccoli scarti (bulloni, flange, pezzi di metallo, eccetera) che inevitabilmente ogni lancio lascia dietro come residuo in orbita. Si parla ormai di quasi 20mila oggetti di dimensioni più grandi di una palla da tennis, con una massa totale attorno alle 8mila tonnellate. Una frazione molto rilevante di questi pericolosi oggetti sta orbitando alla folle velocità di circa 30mila km all’ora a quote relativamente basse (inferiori ai 600 km), nella cosiddetta fascia orbitale Leo (low-earth orbits) e rappresenta pertanto una minaccia assai concreta per le nuove missioni spaziali (abitate e non)».

Cosa si può fare per avere sotto controllo la situazione?

«È tale e tanto il traffico incontrollato a queste quote che da terra si stanno esplorando diverse tecniche e modalità di osservazione per cercare di censire il maggior numero di detriti e conoscerne con precisione la traiettoria orbitale in ogni momento, in modo almeno da poterli evitare. Accanto a dispendiose tecniche di tracking radar e di osservazione con telescopi ottici professionali, sempre più interessante sembra essere il connubio con la citizen science, ovvero con il contributo delle osservazioni estemporanee amatoriali, anche con strumenti assolutamente semplici, che sopperiscono con la quantità dei contributori alla minore qualità delle osservazioni».

Ci può fare qualche esempio di citizen science in questo ambito?

«Già nei primi anni ’60, attraverso il progetto Moonwatch, gli Stati Uniti utilizzarono una rete amatoriale/educativa che coinvolgeva astrofili e ragazzi delle scuole tutto attorno al pianeta per raccogliere osservazioni della posizione orbitale dei primi satelliti artificiali russi e americani. Sulla stessa idea, in anni più recenti, la Russia ha promosso il progetto Ison, che continua ad avere importanti successi anche in ambito astronomico, con la scoperta di comete e asteroidi che si avvicinano alla Terra. Per sua natura, l’attività di Space Situational Awarenss (Ssa, così si chiamano le tecniche di censimento e sorveglianza spaziale) ha molto a che vedere con le tecniche di osservazione delle meteore, che si basano sull’osservazione automatica del cielo notturno attraverso piccole camere fish-eye in grado di tenere sotto controllo l’intero orizzonte».

Una delle camere fish-eye del progetto Prisma.

Anche in Italia esistono progetti analoghi?

«In Italia, il progetto Prisma è estremamente attivo in questo campo, attraverso una rete di una cinquantina di camere, installate negli osservatori astronomici dell’Inaf, ma anche in innumerevoli stazioni private (scuole, gruppi di astrofili, circoli culturali, musei, eccetera), che stanno ormai coprendo l’intero territorio nazionale».

Avete già provato a tracciare satelliti con Prisma?

«Un interessante esperimento è stato tentato lo scorso anno, in concomitanza con il rientro incontrollato della Stazione Spaziale Cinese Tiangong 1, rientrata alla fine nell’atmosfera terrestre il 2 Aprile 2018. In analogia con l’osservazione dei bolidi meteorici, l’esperimento Tiangong ha permesso di rilevare con grande precisione il tracciato orbitale dell’astronave nel corso delle ultime orbite, raggiungendo una precisione di circa 500 metri nella sua localizzazione in cielo grazie alla triangolazione prospettica delle osservazioni prese dalle quattro camere Prisma localizzate in Italia Centro-settentrionale, rispettivamente ad Alessandria, Genova, Navacchio e Loiano».

Il successo dell’esperimento ha avuto un seguito?

«Il successo della campagna di osservazione Prisma ha avuto seguito in questi mesi, con un progetto in corso coordinato da Inaf Oas, in collaborazione con Asi e l’Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (Iadc) per lo sviluppo di una rete dedicata di camere fish-eye di maggiore sensibilità e precisione, da dedicare alla sorveglianza dei detriti spaziali, che affianchi l’attività di sorveglianza meteorica di Prisma estendendone quindi le capacità anche al contesto più generale della Ssa spaziale».