New Horizons: cosa aspettarci dal FlyBy?

Dopo un viaggio durato oltre 113 mesi, tra 15 giorni la sonda americana New Horizon (NH) incontrerà finalmente Plutone, Caronte e il sistema di satelliti minori che li circondano.

L'entusiasmo sta crescendo mano a mano che la distanza si accorcia e le immagini ad alta risoluzione diventano sempre più definite, come dimostra il mosaico riportato qui sotto (la versione precedente è stata pubblicata 6 giorni fa in un articolo di Elisabetta Bonora); anche in questo caso, è stato effettuato uno "sharpening" piuttosto marcato per evidenziare i dettagli più fini e le singole immagini sono ri-scalate come se fossero state scattate tutte da una distanza di 10 milioni di chilometri (quella che New Horizons raggiungerà tra 1 settimana). L'immagine di Caronte, che risulta naturalmente meno luminosa di Plutone, è stata leggermente schiarita.

Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute - Processing: Marco Di Lorenzo / Ken Kremer

A questo punto, cosa dobbiamo aspettarci nei prossimi giorni e con quale tempistica le nuove informazioni verranno rilasciate? Le informazioni al riguardo sono tratte principalmente da due articoli, uno scritto dal "Principal Investigator" Alan Stern per la rivista Sky&Telescope e l'altro dalla blogger Emily Lakdawalla per la Planetary Society (si vedano i due link in fondo all'articolo).

Per prima cosa, bisogna avere ben presente la natura dell'incontro: al contrario di molte recenti missioni planetarie, come Cassini o Mars Express, la sonda non potrà rallentare ed entrare in orbita; si tratterà invece di un passaggio ravvicinato rapido e di breve durata, simile a quelli che le sonde Voyager hanno effettuato con i pianeti giganti tra il 1979 e il 1989.

Pertanto, New Horizons è stata costruita per essere molto efficiente nel raccogliere e memorizzare la massima quantità di informazioni, ad un tasso circa 100 volte più rapido di quello con cui può inviare questi dati a terra da una distanza di quasi 4.8 miliardi di km. La sonda ha due banchi di memoria flash con capacità di 8 GB ciascuno (decisamente grande all'epoca in cui è stata progettata); uno dei due banchi in realtà viene usato come ridondanza, ovvero replica le informazioni contenute nel primo banco riducendo la possibilità di perdere informazioni. La trasmissione di questi dati su Plutone e le sue cinque lune richiederà il resto del 2015 e la maggior parte del 2016 utilizzando la rete di ricezione NASA ( DSN o Deep Space Network) a Terra, con una velocità massima di download pari a circa 1,2 kilobit/sec (migliaia di volte più lenta di una normale connessione ADSL).

Detto questo, chi si illudeva di poter vedere già nella serata del 14 Luglio centinaia di nuove immagini ad altissima risoluzione resterà deluso. In realtà, dato che la sonda sarà impegnatissima a raccogliere la maggiore quantità possibile di dati, nessuna immagine verrà inviata quel giorno a Terra!

Per capire meglio tutta la questione, qui sotto è riportata una ricostruzione della geometria del FlyBy; le orbite dei satelliti sono indicate in azzurro e la traiettoria di NH in rosso, con delle "tacche" separate da intervalli di 10 minuti (e questo dà una idea della rapidità con cui si succederanno gli eventi!). Come si vede, la traiettoria è progettata per passare più vicino a Plutone mentre la distanza minima da Caronte sarà più del doppio. Inoltre, la traiettoria è stata accuratamente disegnata per passare dietro a entrambi i corpi, studiando così l'occultazione delle onde radio provenienti da Terra e ricavandone quindi temperatura e composizione delle eventuali atmosfere attorno ai due corpi. Va detto che le distanze in orizzontale sono state compresse rispetto a quelle verticali. In basso a sinistra sono riportati anche i periodi di rivoluzione dei satelliti noti.

Geometria del FlyBy - Credit: NASA/Johns Hopkins APL/SwRI - Source: http://pluto.jhuapl.edu/Mission/The-Path-to-Pluto/Mission-Timeline.php

Ricapitoliamo a questo proposito alcune informazioni salienti sul sorvolo:

• Il massimo avvicinamento a Plutone avverrà alle 11:49:57 UTC (13:49:57 ora italiana) a una distanza di 12500 km dalla superficie.
• La velocità con cui NH attraverserà il sistema di Plutone sarà 13,79 km/s (49600 km/h); di conseguenza, l'incontro ravvicinato vero e proprio con Plutone (a una distanza comparabile/inferiore a quella cui si trova Caronte) durerà 1 ora soltanto.
• A causa della suddetta brevità del passaggio, l'effetto della ridotta gravità di Plutone sulla velocità e sulla traiettoria della sonda sarà trascurabile (NH si muoverà in prima approssimazione di moto rettilineo uniforme, come si vede nella figura qui sopra).
• L'asse di rotazione di Plutone è quasi adagiato sul piano dell'orbita, un pò come succede anche a Urano. Pertanto, tutte le immagini riprenderanno solo l'emisfero Nord di Plutone e Caronte, dove attualmente è giorno (nonchè estate inoltrata); queste immagini saranno riprese tutte nella fase che precede il massimo avvicinamento.
• Dato che le orbite dei satelliti giacciono sul piano dell'equatore, attualmente New Horizon le vede "di fronte" e ne attraverserà il piano durante il FlyBy.

New Horizons ha due fotocamere a bordo:

• la "Long-Range Reconnaissance Imager" (LORRI), grazie a un obiettivo telescopico, raggiunge la massima risoluzione (1.0 secondi d'arco) e ha un campo di vista molto ristretto (0.29 gradi, il 60% del diametro apparente della Luna); può riprendere solo immagini in bianco/nero a larga banda ("pancromatiche").
• La "Ralph Multispectral Visible Imaging Camera" (MVIC) ha un campo decisamente più ampio (5.7°, come un normale teleobiettivo) ma una risoluzione decisamente inferiore (4"). Può riprendere sia immagini pancromatiche che attraverso filtri blu, rosso, vicino infrarosso e metano (i primi tre sono quelli generalmente usati per realizzare foto a "colori" vicini a quelli reali).

Sulla base di quanto detto, il 24 Giugno è stato l'ultimo giorno utile per poter inquadrare completamente con LORRI l'intero sistema di Plutone fino a Idra, il satellite più lontano. Fino al 12 luglio, comunque, New Horizons continuerà a fotografare quotidianamente Plutone, Caronte, Nix e Hydra. Queste immagini verranno trasmesse quasi in tempo reale poichè serviranno alla " navigazione ottica", per poter pianificare con cura le riprese successive di questi soggetti senza rischiare che finiscano "fuori dall'inquadratura"!

Plutone riempirà l'intero campo LORRI per meno di 24 ore attorno al momento di massimo avvicinamento. Dato che Plutone e Caronte ruotano lentamente attorno al comune baricentro (ogni 6.4 giorni), le immagini a più alta definizione riguarderanno solo un lato del pianeta nano, mentre l'altro emisfero verrà fotografato fino a 3 giorni prima con una risoluzione decisamente inferiore, sui 40 km/pixel.

Domenica 12 luglio New Horizons trasmetterà l'ultimo dei suoi dati di navigazione ottici. Poi ci sarà una serie di quattro downlink " Fail Safe", progettati per restituire un set minimo di dati da tutti gli strumenti, nel malaugurato caso in cui New Horizons non sopravviva al flyby. Un ultimo downlink, trasmesso durante la notte del 13 luglio, dovrebbe restituire immagini con una risoluzione di 4 km su Plutone e 7 su Caronte; questo significa che i dischi dei due corpi avranno un diametro apparente di poco superiore a 180 e 90 pixel rispettivamente. In quella data dovrebbe arrivare anche una ultima immagine a colori oltre ai dati sul plasma e gli spettri atmosferici.

Il giorno fatidico del FlyBy, come già accennato, non verranno trasmesse immagini e altri dati scientifici ma solo un breve collegamento di telemetria (downlink "Phone Home" nella notte di Martedì) per sapere se la sonda "è viva" e sta bene!

Il 15 luglio e il 16, ci sarà una serie di downlink "First Look" contenenti un campione di dati scientifici fondamentali, tra cui alcune immagini con risoluzione migliore di 1 km/pixel da Plutone e Caronte. Un'altra serie di dati arriverà nei downlink di massa "prioritari" durante il fine settimana successivo, 17-20 Luglio. Solo l'1% dei dati scientifici ripresi nel flyby verranno dunque trasmessi nei giorni intorno al FlyBy, comprese le immagini selezionate per il loro alto valore scientifico e per soddisfare la curiosità del pubblico; verranno pubblicate in rete nel più breve tempo possibile con una sommaria descrizione annessa.

Quasi tutte le immagini restituite in questa prima fase saranno compresse per renderne più rapida la trasmissione "in anteprima" e quindi mostreranno artefatti simili a quelli delle immagini JPEG. Dopo il 20 Luglio, la trasmissione di immagini farà una pausa e, per quasi due mesi, NH passerà al downlink in tempo "quasi reale" di dati provenienti dai cosiddetti strumenti "a bassa velocità" (SWAP, PEPSSI e DSC), oltre ai dati di telemetria. Il 14 settembre, New Horizons inizierà un downlink sistematico di tutta la serie di dati di Plutone, della durata di 10 settimane; le immagini saranno sempre compresse "lossily". Poi, intorno al 16 novembre, New Horizons inizierà a scaricare tutti i dati scientifici stavolta senza perdita di qualità; ci vorrà un anno per completare questo processo.

Insomma, avremo un bel pò di lavoro "diluito" nei prossimi mesi e le sorprese, di certo, non mancheranno!

- Riferimenti:
http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/06240556-what-to-expect-new-horizons-pluto.html
- http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/what-new-horizons-will-see-and-when-060220155/