Marte - Siding Spring: a pochi giorni dall'incontro fervono i preparativi

Pubblicato Sabato, 11 Ottobre 2014 12:27

Scritto da Elisabetta Bonora

Siding Spring - Mars

Credit: NASA/JPL-Caltech

Una flotta di orbiter e rover marziani si sta preparando ad accogliere la cometa C/2013 A1 (Siding Spring) che, il prossimo 19 ottobre, passerà entro i 139.500 chilometri dalla superficie del Pianeta Rosso (meno della distanza Terra-Luna e meno di un decimo della distanza delle comete note che hanno visitato la Terra).

Incontro con la cometa Siding Spring

Credit: NASA

Il momento di massimo approccio tra il nucleo della cometa e Marte avverrà alle 18:27 UTC, mentre Siding Spring sfreccerà a 56 chilometri al secondo.
Questa prossimità offrirà un'opportunità senza precedenti per raccogliere dati sulle comete e studiare le iterazioni con l'atmosfera marziana.

Siding Spring

Fonte: http://mars.nasa.gov/comets/sidingspring/ / http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?sstr=2013a1;orb=1;cov=0;log=0;cad=0;rad=0#orb

"Questo è un regalo scientifico cosmico", ha dichiarato John Grunsfeld, astronauta e amministratore associato del Science Mission Directorate della NASA a Washington.
"Questa particolare cometa non è mai entrata nel Sistema Solare interno, perciò sarà una nuova fonte di indizi sui primi giorni del nostro Sistema Solare".

Siding Spring è una cometa non periodica proveniente dalla Nube di Oort, l'ipotetica bolla sferica che avvolge il nostro Sole mai osservata direttamente ma pensata per essere la culla delle comete, lo stesso luogo di origine della C/2012 S1 ISON che il 28 novembre 2013 non sopravvisse al suo primo perielio.
Il bordo interno della Nube di Oort potrebbe iniziare a circa 1.000 UA dal Sole e quello più esterno potrebbe arrivare fino a 100.000 UA dalla nostra stella (1 Unità Astronomica, o UA, è la distanza media tra la Terra e il Sole, circa 150 milioni chilometri).

Nube di Oort

Credit: NASA/JPL-Caltech

Siding Spring fu scoperta il 3 gennaio 2013 da Robert H. McNaught con l'Uppsala Schmidt Telescope del Siding Spring Observatory nel New South Wales, Australia, e sarà la prima cometa della Nube di Oort a passare così vicino ai veicoli spaziali (67P/Churyumov-Gerasimenko, con cui è alle prese Rosetta, è invece una cometa periodica della famiglia cometaria di Giove).
Fornirà agli scienziati una preziosa occasione per studiare gli elementi, compresi acqua e carbonio, presenti all'origine del Sistema Solare.

Siding Spring sta compiendo il suo primo viaggio attraverso il Sistema Solare interno dalla fredda, lontana zona di origine, a circa 50.000 UA dal Sole. Quindi, non ha ancora subito alcun "trattamento termico" dovuto alla vicinanza della nostra stella, per cui è presumibile pensare che la sua composizione sia rimasta pressoché invariata fin dalla sua formazione, 4,6 miliardi di anni fa.

Gli scienziati ritengono che il nucleo misuri un diametro tra 0,8 e 8 chilometri, mentre la chioma ora dovrebbe aver raggiunto circa i 160.000 chilometri di larghezza e la coda si dovrebbe estendere per circa 480.000 chilometri.

Su Marte lo spettacolo dovrebbe essere assicurato ma le particelle di polveri e ghiaccio che seguono la cometa destano ancora qualche preoccupazione, anche se i dati più recenti dipingono uno scenario più rilassante rispetto alle prime previsioni.

"Il rischio non è un impatto con il nucleo della cometa ma la sua scia di detriti. In base ai dati delle osservazioni terrestri, i modelli indicano che il pericolo non è così grande come precedentemente stimato. Marte si troverà appena sul bordo della nuvola di detriti quindi potrebbe incontrare alcune particelle, o forse nessuna", ha detto Rich Zurek, scienziato-capo del Mars Exploration Program al Jet Propulsion Laboratory della NASA (JPL) di Pasadena, in California.
Inoltre, l'atmosfera di Marte, anche se molto più sottile rispetto a quella della Terra, farà da scudo per i rover in superficie, Opportunity e Curiosity.

In ogni caso, il momento di maggior rischio per i veicoli spaziali in orbita inizierà 90 minuti più tardi dell'avvicinamento massimo della cometa a Marte e durerà circa 20 minuti.
Ogni agenzia spaziale ha preso le sue precauzioni.

La NASA ha eseguito una serie di correzioni di orbite per Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) e per il neo membro della flotta Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN), in modo tale da avere tutte e tre le sonde posizionate dietro al pianeta nel momento di maggior rischio per eventuali impatti di particelle ad alta velocità con gli strumenti di bordo.

Gli orbiter della NASA raccoglieranno informazioni prima, durante e dopo il flyby: sulle dimensioni, la rotazione e l'attività del nucleo, sulla sua composizione e variabilità, sui gas della chioma, sulla dimensione e la distribuzione delle particelle di polvere nella coda della cometa.

MRO schiererà il Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM), il High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) e il Context Imager (CTX).

L'orbiter seguirà l'andamento dei parametri dell'atmosfera di Marte per registrare eventuali aumenti di temperatura e la formazione di nuvole, così come i cambiamenti nella densità di elettroni ad alta quota.
Il team di MRO prevede inoltre di studiare i gas della chioma:
"CRISM è sia uno spettrometro che una macchina fotografica", ha spiegato David Humm della Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) di Laurel, Maryland.
"E' in grado di identificare le molecole tramite la luce emessa e caratterizzare i minerali dalla luce riflessa. Potremo poi creare un'immagine di qualsiasi materiale identificato e vederne la distribuzione".
Mentre il High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) otterrà immagini dettagliate del nucleo che dovrebbe apparire grande diverse decine di pixel e non appena uno come era accaduto per la ISON.

MAVEN, entrato con successo nell'orbita di Marte il 22 settembre, avrà occasione di mettere in mostra le sue capacità.
Questo evento sembra essere fatto a posta per lui: nato per esplorare l'atmosfera planetaria, mapperà la composizione di Siding Spring, soprattutto grazie all'Imaging Ultraviolet Spectrograph (IUVS), studiando la composizione della chioma e della coda ed analizzando eventuali cambiamenti nell'atmosfera di Marte dopo il passaggio della cometa.

Odyssey, invece, studierà le proprietà termiche e spettrali della chioma e della coda di Siding Spring.

Anche la missione indiana Mars Orbiter (MOM) non sarà da meno e l'Agenzia Spaziale Indiana ISRO avrà la sua grande opportunità alla prima esperienza marziana!
Dopo l'arrivo a Marte il 24 settembre, l'orbita di MOM orbitava tra i 421,7 chilometri nel punto più vicino al pianeta e i 76.994 chilometri nel punto più lontano ma Kiran Kumar, direttore dello Space Application Centre, ha reso noto che anche l'orbita della sonda indiana è stata modificata per garantire alla sonda una posizione protetta dietro al pianeta nel momento critico. Una manovra che a MOM, martedì scorso, è costata 1,9 chilogrammi di carburante.
Nel momento di massimo avvicinamento della cometa, MOM si troverà a 400 chilometri dalla superficie di Marte e sul lato opposto (con la nuova orbita MOM raggiunge l'apogeo a 72.000 chilometri e dovrebbe rimanere invariato anche dopo il passaggio di Siding Spring).
Il 19 ottobre, la distanza minima tra MOM e la cometa sarà di 140.000 chilometri.

Joining the welcome party for comet #SidingSpring. @MarsCuriosity, @MAVEN2Mars, @HiRISE, #MarsOdyssey & #MarsExpress are there too. Excited!
— ISRO's Mars Orbiter (@MarsOrbiter) 3 Ottobre 2014

MOM studierà la cometa con i suoi strumenti e conta di catturare anche qualche foto ricordo con la sua Mars Color Camera (MCC) che in questi giorni ci sta regalando diverse vedute globali del pianeta.

Quello che è meno chiaro, invece, è cosa farà la sonda dell'ESA Mars Express (ho provato a chiedere direttamente via Twitter ma mentre sto scrivendo non ho ancora ricevuto risposta).
A quanto pare il team MEX, viste le nuove stime più rassicuranti, si sente piuttosto ottimista.
All'inizio dell'anno, infatti, i dati parlavano di un possibile numero significativo di impatti delle particelle cometarie sulle sonde ma a partire dall'estate, nuove immagini e nuovi modelli hanno ridotto notevolmente le probabilità di impatto, che sarebbero scese a 1 su 300.000. Così, il passaggio di Siding Spring sarà probabilmente più amichevole di quanto inizialmente ipotizzato e non ci saranno particelle di grandi dimensioni ad alta velocità scagliate verso Marte e gli orbiter.

Siding Spring passaggio

Source: http://mars.nasa.gov/comets/sidingspring/

Sembra che il team abbia preferito prendere la cosiddetta "decisione dell'ultimo minuto" e, invece di seguire un piano di contingenza, ha optato per un "Nominal Plan", continuando ad seguire in pratica le solite attività di routine senza alcuna modifica sostanziale e puntando tutto sullo studio di Siding Spring.

Per approfondimenti, qui trovate una valutazione dei rischi: http://www.cometcampaign.org/karl/siding-spring-risk-assessment

Ma come mai sono previsti così pochi impatti?
In linea generale, man mano che il nucleo di una cometa si avvicina al Sole, il ghiaccio inizia a vaporizzare, producendo deflussi di gas che, a loro volta, sollevano e lanciano i grani di polvere lontano dalla superficie. Questi acquistano velocità, fin tanto che la densità del gas in espansione non diventa troppo bassa per avere un effetto significativo sulla polvere (una distanza pari a qualche raggio del nucleo cometario).
L'accelerazione avrà più effetto sui grani piccoli e con poca massa.
Quindi, riassumendo, la quantità di gas controlla la velocità di emissione delle polveri, come anche la quantità di polveri prodotta e la dimensione dei grani che si solleva dalla superficie. Così, quando la cometa si avvicina al Sole, tende ad emettere più gas ma anche più polveri, più veloci e con grani più grossi.

Quando le particelle si allontanano dalla sfera di influenza (di gravità) del nucleo, i loro movimenti sono subordinati a due forze opposte: la gravità del Sole che le tira verso l'interno e la pressione della radiazione solare che le spinge verso l'esterno, agendo in modo più efficiente sui piccoli grani. Questi, nelle dimensioni di un micrometro, nell'arco di un paio d'ore possono essere spazzati lontano dal nucleo, mentre le particelle più grandi, di qualche millimetro o centimetro, possono restare nei pressi della cometa per mesi o addirittura anni.

In un'orbita kepleriana, i grani di polvere inizieranno a seguire sostanzialmente lo stesso movimento del nucleo della cometa. Nel corso del tempo, la pressione della radiazione solare spinge i granelli di polveri più lontano dal Sole, aumentando la dimensione della loro orbita. Dato che, orbite più grandi hanno periodi orbitali più lunghi, i grani verso l'esterno si muoveranno in ritardo rispetto al nucleo.

Schema di una coda cometaria

Fonte: http://cometcampaign.org/tony/so-close-yet-so-far

I piccoli grani che formano la maggior parte della coda cometaria, sono dominati da movimenti radiali, producendo il classico effetto curvo della coda di polveri.

Cometa schema

Source: http://mars.nasa.gov/comets/sidingspring/

Per grani più grandi, invece, le perturbazioni radiali sono più lente e i loro movimenti sono dominati dal ritardo orbitale, tendono perciò a seguire il nucleo.
Per la maggior parte, la polvere tende a rimanere nei pressi del piano orbitale della cometa.

Per Siding Spring sono state fatte delle simulazioni basandosi su questi concetti fondamentali e sui dati rilevati dal 2013 ad oggi. Alla fine se la cometa lancerà poche particelle verso Marte è tutto merito della geometria!
Qui sotto un video un po' stilizzato sintetizza la situazione.

All'inizio del filmato (16:30 UTC), Siding Spring si avvicina Marte dal basso.
Verso le 17:21 UTC, la cometa attraversa il piano orbitale di Marte ma questo evento ha poca importanza perché si verifica molto prima che Marte raggiunga quel punto.
Alle 18:33 UTC, Siding Spring raggiunge il massimo approccio al pianeta ma gli effetti non si dovrebbero far sentire perché Marte è quasi perpendicolare all'orbita della cometa e la nube di polveri dovrebbe espandersi molto rapidamente per coprire la distanza 139.500 chilometri.
Come abbiamo detto, infatti, c'è un limite alla velocità che può raggiungere un grano sotto l'effetto dei gas e, le simulazioni indicano che gli effetti della pressione della radiazione solare avranno sempre la meglio, spazzando via la polvere prima che questa possa andare a riempire lo spazio che separa Marte dalla cometa.

Solo 100 minuti dopo il massimo avvicinamento, intorno 20:12 UTC, Marte si troverà a ridosso del bordo della coda di detriti.
In quel momento, però, il nucleo si troverà due volte più lontano dal pianeta rispetto alla distanza minima raggiunta e, come anticipato, le particelle di polveri più grandi seguiranno il nucleo a breve distanza.

I modelli indicano che Marte si troverà in una regione della coda con particelle tra 1 e 3 millimetri.
Ma abbiamo detto che i grani di queste dimensioni sarebbero stati emessi almeno un anno e mezzo fa per trovarsi in quella posizione e dato che l'attività cometaria in questo periodo passato è stata piuttosto irrilevante, così dovrebbe essere anche l'ambiente di polveri nel quale finirà Marte.
Le osservazioni visive hanno aiutato anche a calcolare la colonna di polveri prodotta e quindi la concentrazione di grani nel rage di 1 - 3 millimetri. Il risultato suggerisce che la densità al momento dell'incontro (numero di particelle lungo il percorso di Marte) sarà al massimo di un grano ogni ~10 chilometri quadrati nella sezione.

A seconda delle velocità di emissione della polvere, la durata degli eventi di impatto potrebbe estendersi dai 20 ai 40 minuti, centrati sui 100 minuti dopo l'incontro ravvicinato. Anche nel caso in cui si verificassero diversi impatti, ciò produrrebbe un tasso di poche meteore all'ora, viste dalla superficie di Marte.

Ma, mentre tutti sono in fermento per prepararsi a questo grande evento astronomico, Siding Spring continua il suo viaggio facendo quel che vuole, ignara che c'è un gran numero di persone alle prese con il suo arrivo.
Così, come successe per la ISON, anche questa cometa sta sfoggiando il suo imprevedibile comportamento manifestando con un calo inaspettato di luminosità.

Siding Spring curva di luce