Aprile 25, 2024

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Europa su Encelado: la missione L4 dell'ESA andrà su Saturno

Europa su Encelado: la missione L4 dell'ESA andrà su Saturno

La prossima grande missione spaziale europea nel sistema solare studierà Encelado, la luna di Saturno, a partire dal 2050. Lo ha deciso un gruppo di esperti dell'Agenzia spaziale europea (ESA). Nel 2021, l’Agenzia spaziale europea ha già raggiunto un consenso sulla prossima missione planetaria ad alto costo – di tipo “grande” o L (grande) Nel gergo della NASA, L4, la sua destinazione sarà “le lune dei pianeti giganti del sistema solare”, un eufemismo per designare tre mondi con oceani interni che hanno potenziale astrobiologico: Europa, Encelado e Titano (Ganimede e Callisto sono già gli obiettivi della sonda JUICE, mentre studia le lune Altre contenenti possibili oceani attorno a Urano e Nettuno sono molto più complesse.)

Rievocazione della frattura del polo sud di Encelado con geyser e Titano sopra l'orizzonte (ESA/Science Office).

Ora era necessario decidere verso quale delle tre lune viaggiare e il consenso era su Encelado, con Titano ed Europa rispettivamente come seconda e terza scelta. Il risultato, invece, è superiore alle aspettative. Infatti, oltre a JUICE, tra pochi mesi partirà per Giove la sonda Europa Clipper della NASA, quindi il sistema gioviano sarà completamente coperto per il prossimo decennio. Al contrario, non è prevista alcuna missione su Encelado, ma solo una missione su Titano (Dragonfly). Naturalmente, una volta scelto Encelado, ci sono diverse opzioni: sorvoleremo questo mondo o potremo orbitarlo? Dovremmo inviare una sonda in superficie? E già che ci siamo, perché non cogliere l'occasione per studiare Titano?

Quattro mondi oceanici misurabili del sistema solare (NASA/ESA).

In primo luogo, dobbiamo ricordare che Encelado è una priorità per la comunità scientifica in relazione a Titano o ad altri mondi oceanici perché questa piccola luna di Saturno non solo ha una copertura d'acqua interna, ma ha anche attività idrotermale sul fondo e una combinazione di salinità e umidità. Il pH è compatibile con la vita come la conosciamo e con alcune delle sorprendenti e meravigliose sorgenti dell’Antartide che espellono ghiaccio e molecole nello spazio. Al contrario, l'oceano interno di Titano non è in contatto diretto con il nucleo roccioso caldo (silicato), ma, come nel caso di Ganimede e Callisto, si trova nel mezzo di due strati di ghiaccio: la crosta di Titano. Ghiaccio (Ghiaccio I o II) e lo strato più interno di Ghiaccio VI—. Inoltre non contiene geyser, ma piuttosto criovulcani, che sono più complicati da studiare perché bisogna arrivare in superficie. A parte il suo vitale potenziale astronomico, il vantaggio di Encelado è proprio il suo potenziale di studio direttamente Il perimetro interno analizza i geyser attraverso una missione dall'alto, senza necessità di discesa.

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Caratteristiche dei quattro mondi oceanici Giove e Saturno (ESA).

Sebbene il gruppo di esperti dell'ESA non entri nei dettagli tecnici molto specifici (è ancora agli inizi), la missione prescelta coinvolgerà l'orbiter Encelado per analizzare ripetutamente i geyser e un lander (“lander”) per studiare. Sul posto Superficie del polo sud della Luna. L'orbiter avrà bisogno di enormi pannelli solari per generare l'energia elettrica necessaria. Prima di mettersi nell'orbita di Encelado, la missione avrebbe sorvolato Encelado una decina di volte e Titano in diverse occasioni, così come altre lune (in particolare Mimas, a causa della sua probabile circonferenza interna, ma anche Teti, Dione e Rea). I primi sorvoli sulla superficie di Encelado avverranno a una velocità compresa tra 3 e 5 chilometri al secondo per evitare che le molecole organiche dei riscaldatori vengano atomizzate quando entrano in collisione con la nave. Naturalmente, alcuni sorvoli ravvicinati possono essere veloci, da 5 a 9 km/s, per confrontare l’analisi di molecole frammentate con quelle di molecole intatte.

Un'orbita intermedia per studiare Encelado e Titano tramite sorvolo prima di metterli nell'orbita di uno di essi (l'Agenzia Spaziale Europea).

L'orbiter verrà successivamente posizionato su un'orbita NRHO inclinata (Vicino all'orbita rettilinea della coronaDopo aver lanciato la sonda di atterraggio, raggiungerà un'orbita circolare con un'altitudine di 200 chilometri e un'inclinazione inferiore a 48 gradi. La loro missione scientifica durerà almeno quattro anni. Trasporterà strumenti standard come telecamere nel visibile e nel vicino infrarosso, vari spettrometri, uno strumento per analizzare i riscaldatori, uno strumento per analizzare la loro polvere e un altro per i gas. Il radar verrà utilizzato anche per misurare lo spessore e le proprietà della crosta di ghiaccio.

NRHO orbita attorno a Encelado (ESA).

La massa del lander antartico Encelado sarà di circa 800 kg. Non trasporterà RTG né RHU con isotopi radioattivi, quindi durerà almeno due settimane (l'obiettivo sarebbe un mese) grazie a circa 250 kg di batterie. Includerebbe un carico utile dello strumento di almeno 20 kg, che trasferirebbe 500 MB di dati (un altro requisito minimo). Atterrerà a pochi chilometri dalla frattura antartica attiva attraverso la quale appaiono i geyser e condurrà fino a tre analisi del terreno. Questa missione richiederà due lanci di un razzo Ariane 64 (o razzi simili) e l'attracco in orbita bassa (LEO). Includerà la propulsione elettrica solare (SEP), il che significa che utilizzerà motori a ioni o plasma per ridurre il tempo di volo verso Saturno. Trascorrerà 2,7 anni effettuando fino a cinquanta sorvoli attorno alle principali lune di Saturno prima di stabilirsi nell'orbita di Encelado. Un'altra versione della missione richiederebbe solo un aereo Ariane A64, ma al contrario il lander Encelado sarebbe molto più semplice e avrebbe un impatto ad alta velocità.

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Riepilogo della geometria della missione L4 su Encelado prima di venerdì, con due lanci di Ariane A64 (ESA).

La prossima opzione architettonica prioritaria sarà l'orbiter Titan dotato di un lander per questa meravigliosa luna. Tuttavia, prima di entrare nell'orbita di Titano, quest'ultimo sorvolerebbe Encelado più volte – almeno cinque volte – per analizzare la formazione dei geyser. La navicella spaziale Titan analizzerà direttamente anche gli strati superiori dell'atmosfera lunare. Contrariamente a quanto ci dice il buon senso, il lander non atterrerà in un lago o un mare di metano ed etano, ma piuttosto in qualche vicina zona asciutta che un tempo conteneva liquidi. Si ritiene che questi laghi secchi contengano depositi di materia organica complessa che può essere trovata negli attuali laghi e mari di metano, ma in concentrazioni molto più elevate e sono quindi più facili da analizzare. I requisiti per il lander sarebbero simili a quelli del lander Encelado, anche se logicamente trasporterebbe paracadute per l’atterraggio e una stazione meteorologica, tra le altre differenze.

Depositi di materiale evaporato (in nero) da Titano, che sarebbero aree ideali per un lander NASA/ESA.

La missione L4 verrà lanciata tra il 2040 e il 2045 e dovrebbe inviare la sonda di superficie al polo sud di Encelado nel 2054 (impossibile prima di allora perché le ore diurne saranno poche o nessuna). Se invece la missione va su Titano, la sonda di atterraggio dovrà trovarsi sulla superficie di questa luna al più tardi nel 2054, altrimenti dovrà affrontare notti sempre più lunghe (il 2054 è l'equinozio di Saturno, ma la differenza è che la stella di Encelado le sorgenti termali si trovano sul polo meridionale del satellite, mentre i laghi di metano di Titano si trovano nell'emisfero settentrionale.

Condizioni di illuminazione ai poli di Encelado dal 2040 al 2065. La sonda deve atterrare al Polo Sud a partire dal 2054 per garantire un'illuminazione adeguata (ESA).
Illuminazione dei poli di Titano dal 2040 al 2065 (ESA).

Come abbiamo visto, fantastico impedimento L’Agenzia spaziale europea è che non dispone di generatori di radioisotopi (RTG) o riscaldatori di radioisotopi (RHU) per generare elettricità e riscaldare le sonde spaziali senza fare affidamento sul sole. Sebbene la tecnologia attuale consenta una missione ad energia solare verso Saturno (sono già state proposte diverse missioni di questo tipo, come E2T), l'uso di RTG o RHU aumenterebbe significativamente la flessibilità della missione, soprattutto nel caso di un lander. (Senza RHU e non RTG, la missione sarebbe difficile durare più di un mese, mentre l’uso di radioisotopi le consentirebbe di operare per mesi o anni.) L’ESA non dispone di plutonio-238 come gli Stati Uniti o la Russia, ma ha diverse iniziative in corso per sviluppare RTG e RHU per l’americio-241. Poiché il lancio della missione L4 non è previsto prima del 2040, l’Europa ha chiaramente tutto il tempo per produrre questi sistemi se alla fine deciderà di farlo. Un’altra possibilità, ovviamente, è la cooperazione con gli Stati Uniti per la fornitura di RTG e RHU. Comunque sia, il rapporto è conservatore e ha scelto architetture interamente europee, quindi senza RTG o RHU.

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Vantaggi di diversi tipi di missioni su Encelado, Titano o una combinazione dei due. Il veicolo preferito dall'Agenzia spaziale europea è un orbiter Encelado dotato di un lander che ha già volato più volte su Titano (ESA).

Il concetto della missione dell'Agenzia spaziale europea per studiare Encelado differisce dalla missione Orbilander della NASA, che è una missione che rappresenta la seconda priorità per la comunità scientifica americana dopo l'orbiter per Urano o Nettuno. Il gruppo di esperti non ha specificato perché l'ingegneria di questa missione sia migliore di quella di Orbilander, anche se il motivo è probabile perché questa proposta della NASA, oltre ad essere originale, è relativamente più rischiosa. La missione europea su Encelado, se finalmente approvata, sarà la quarta missione di tipo L dopo JUICE, LISA e NewAthena, e la prima nella tabella di marcia Voyage 2050 che fissa nuovi obiettivi per le missioni scientifiche dell'agenzia europea.

Riferimenti:

  • https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Saturn_s_moon_Enceladus_top_target_for_ESA
  • https://cosmos.esa.int/documents/1866264/1866292/ESA_L4_Expert_Committee_report_Voyage_2050_Moons_of_the_Giant_Planets.pdf