BepiColombo: parte la sfida europea verso Mercurio

Iniziata la missione spaziale europea diretta verso una delle zone meno... raccomandabili del Sistema solare: due sonde viaggeranno insieme per 7 anni verso Mercurio.

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BepiColombo in partenza. In primo piano MMO, dietro i pannelli solari di MTM, lunghi 30 metri.|ESA

Partita regolarmente la missione spaziale BepiColombo. Il suo obiettivo è cercare di fare chiarezzza circa il misterioso magnetismo di Mercurio e confermare alcune previsioni della Relatività Generale. Le aspettative sono alte, ma anche le preoccupazioni: l'orbita di Mercurio è uno dei posti... meno raccomandabili di tutto il Sistema Solare!

 

BepiColombo ESA Mercurio JAXA Lancio 20 ottobre
Il nome della missione è un omaggio a Giuseppe (Bepi) Colombo: l'astronomo italiano che negli anni '70 indicò alla NASA la traiettoria per la sonda Mariner 10. | ESA

La missione è una collaborazione fra l'agenzia spaziale europea (ESA) e quella giapponese (JAXA), ma, in particolare, è forte contributo italiano (a partire dal nome). Per il lancio è stato utilizzato il razzo Ariane 5, partito dalla Guyana francese alle 3,45 (ora italiana) del 20 ottobre. Sul razzo ci sono una sonda europea, chiamata Mercury Planetary Orbiter (MPO), e una più piccola sonda giapponese, il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO).

 

Viaggio in compagnia. Una volta raggiunto lo spazio e separatesi dal razzo come previsto, le due sonde verranno ora spinte dalla propulsione elettrica del modulo di trasferimento, chiamato Mercury Transfert Module (MTM). Le due sonde, più l'MTM e lo scudo termico, viaggeranno quindi assieme, usando l'energia del Sole, che via via, sarà sempre più vicino.

 

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Una vista di tutti i componenti della missione. In cima MMO della JAXA, subito sotto il suo scudo termico, poi MPO ESA, con il suo pannello solare di 7 metri, ed infine il grande MTM. | ESA

Tuttavia, fra un anno, il "convoglio spaziale" passerà nuovamente dalle parti della Terra. Sfrutterà infatti la gravità terrestre per rallentare e cadere verso il Sole. Mercurio è il pianeta più interno del Sistema Solare, ma per arrivarci con la giusta velocità serve infatti più energia di quella necessaria per raggiungere Plutone.

 

Spinta. Quali sono le sfide di questa missione? Ce lo spiega Andrea Accomazzo, direttore delle Operazioni di Volo di BepiColombo (un ruolo che aveva già ricoperto in occasione della missione Rosetta): «Per entrare nell'orbita di Mercurio abbiamo bisogno di molta spinta, che può essere ricavata in 3 modi: con la propulsione del razzo Ariane 5, la propulsione elettrica di MTM e ben 9 fionde gravitazionali».

 

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L'arrivo della missione a Mercurio sarà nel 2021, ma solo 4 anni dopo le sonde riusciranno ad entrare in orbita. | ESA

La sonde infatti, dopo aver sfruttato la gravità della Terra, si incontreranno 2 volte con Venere e ben 6 volte con Mercurio. Il primo approccio col piccolo pianeta sarà già a ottobre 2021, ma l'inserimento in orbita sarà possibile solo al 7° incontro, a fine 2025. «Dopo 7 anni continui di propulsione elettrica», commenta Accomazzo, «propulsione che è stata anche migliorata rispetto alle precedenti missioni».

 

Innovazioni. BepiColombo porta anche altre novità nel campo dell'esplorazione spaziale: per esempio, per consentirgli di raggiungere Mercurio è stato necessario creare una protezione termica ad hoc, con una coperta termica di alluminio e ceramica. Le celle dei pannelli solari sono state inoltre rinforzate per resistere fino a circa 225° C, tenendo conto che il Sole potrebbe scaldarle fino a 300° C!

 

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L'Ariane 5 con i componenti della missione già alloggiati in cima e pronto per partire. | ESA

Rischi del Sole. Per evitare che i pannelli fondano, questi saranno tenuti molto inclinati rispetto al Sole. I raggi dunque arriveranno con l'inclinazione che sarebbe ottimale per catturare energia (90°), ma molto più inclinati: a soli 15°!

 

Se da un lato l'energia non manca, dall'altro è stato necessario creare dei pannelli enormi per ottenerne la quantità di energia richiesta, senza danneggiare i pannelli stessi: quelli di MPO sono lunghi 7,5 metri, mentre per l'MTM arrivano a ben 30 metri di lunghezza (e 42 metri quadrati di superficie).

 

«Inoltre andrà continuamente aggiustata la rotazione, affinché si possa avere sempre la massima energia possibile, ma evitando di superare la temperatura massima», ci spiega Accomazzo. Un passo falso rischierebbe di far sciogliere i pannelli solari o i lunghi radiatori (che servono appunto per dissipare il calore).

 

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Le orbite delle due sonde. La più lontana, MMO, passa per i poli del pianeta. | ESA

Strade diverse. Una volta che il convoglio sarà pronto per l'ingresso nell'orbita di Mercurio, l'MTM verrà abbandonato, mentre le due sonde si dirigeranno autonomamente nella loro orbita.

 

La sonda giapponese MMO starà lontana dal pianeta, in modo da avere una visione globale del suo magnetismo, mentre MPO orbiterà attorno al pianeta a soli 480 km dalla sua superficie.

 

«Volare attorno a Mercurio è come volare fra due Soli», sottolinea Accomazzo. «Da un lato c'è il Sole, che investe la sonda con un'energia 10 volte più forte di quanto non faccia qui sulla Terra. Dall'altro c'è la faccia illuminata del vicino Mercurio, che colpisce la sonda con 5 volte l'energia con cui il Sole colpisce la Terra». Un posto difficile da raggiungere: «Ma ci andiamo proprio per questo», spiega il direttore delle operazioni di volo.

 

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Il pianeta Mercurio ripreso dalla sonda Messenger (Nasa). | NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

 

Misterioso.  Un altro motivo per cui andiamo a studiare da vicino Mercurio è legato alla sua strana orbita, che fino a un secolo fa non era spiegabile usando i modelli di meccanica classica. Solo con la Relatività Generale di Einstein se ne scoprì la causa. Con la sonda MPO, gli astrofisici, a caccia di ulteriori conferme, vorranno eseguire nuove e più dettagliate misurazioni.

 

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Mercurio visto dalla sonda Mariner 10 nel 1974. Fu proprio questa sonda NASA a scoprire l’esistenza di un campo magnetico. Ma per poter mappare interamente la superficie si dovette attendere la sonda Messenger. | NASA

Grazie al redshift (ovvero l'effetto doppler della radiazione) dei segnali inviati dalla sonda si potrà conoscere la sua velocità. E guardando invece al ritardo fra l'invio e la ricezione del segnale, si calcolerà la distanza. «Grazie a questi dati potremo ricostruire precisamente i parametri orbitali sia della sonda sia di Mercurio e studiare così gli effetti della vicinanza col Sole», spiega Accomazzo. A questo scopo saranno utili anche i dati raccolti da ISA (Italian Spring Accelerometer), un accelerometro ultrasensibile a bordo di MPO e realizzato da Inaf e Thales Alenia Space.

 

Magnetosfera. Ma i misteri non sono finiti: MMO si occuperà infatti di raccogliere dati sulla magnetosfera di Mercurio, la cui esistenza, seppur debole, è inspiegabile. Secondo i modelli dei planetologi, infatti, l'interno di Mercurio dovrebbe essere più solido. Ma il magnetismo rilevato non è coerente con questa ipotesi.

 

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Il polo nord di Mercurio: in giallo i crateri che potrebbero conservare ghiaccio d'acqua.

Italia su Mercurio. La sonda europea MPO cercherà invece informazioni sul pianeta stesso: composizione, passata attività vulcanica, e morfologia. A bordo porta ben 11 sensori, molti dei quali sviluppati in Italia: tra gli altri spicca la fotocamera SIMBIO-SYS che, oltre a fare da spettrografo, può scattare immagini a colori che ci auguriamo di vedere presto.

 

MPO può infine ruotare sui 3 assi e questo dovrebbe consentirle ottenere dati e immagini con un livello di accuratezza mai raggiunto finora. "Insomma, l'MPO è più sofisticata della Messenger (la sonda che la Nasa aveva inviato su Mercurio nel 2011, ndr)», dichiara con orgoglio Accomazzo. 

 

19 Ottobre 2018 | Davide Lizzani