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Ulysses: nuovi risultati sulle particelle di polvere interstellare che rilevò la sonda

Ulysses
Ulysses Credit: ESA

Un gruppo di ricerca, del Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Germania e del International Space Science Institute (ISSI) in Svizzera, ha presentato un'analisi completa sulle particelle di polvere interstellare che furono rilevate dalla sonda Ulysses, laciata del 1990 per studiare il Sole e l'eliosfera.

Il documento è stato pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal.

SIXTEEN YEARS OF ULYSSES INTERSTELLAR DUST MEASUREMENTS IN THE SOLAR SYSTEM. I. MASS DISTRIBUTION AND GAS-TO-DUST MASS RATIO [abstract]

In the early 1990s, contemporary interstellar dust penetrating deep into the heliosphere was identified with the in?situ dust detector on board the Ulysses spacecraft. Between 1992 and the end of 2007 Ulysses monitored the interstellar dust stream. The interstellar grains act as tracers of the physical conditions in the local interstellar medium (ISM) surrounding our solar system. Earlier analyses of the Ulysses interstellar dust data measured between 1992 and 1998 implied the existence of a population of "big" interstellar grains (up to 10?13 kg). The derived gas-to-dust-mass ratio was smaller than the one derived from astronomical observations, implying a concentration of interstellar dust in the very local ISM. In this paper we analyze the entire data set from 16 yr?of Ulysses interstellar dust measurements in interplanetary space. This paper concentrates on the overall mass distribution of interstellar dust. An accompanying paper investigates time-variable phenomena in the Ulysses interstellar dust data, and in a third paper we present the results from dynamical modeling of the interstellar dust flow applied to Ulysses. We use the latest values for the interstellar hydrogen and helium densities, the interstellar helium flow speed of ${v}_{\mathrm{ISM}\infty }=23.2\;\mathrm{km}\;{{\rm{s}}}^{-1}$, and the ratio of radiation pressure to gravity, ?, calculated for astronomical silicates. We find a gas-to-dust?mass ratio in the local interstellar cloud of ${R}_{{\rm{g}}/{\rm{d}}}={193}_{-57}^{+85},$ and a dust density of (2.1 ? 0.6) × 10?24 kg m?3. For a higher inflow speed of $26\;\mathrm{km}\;{{\rm{s}}}^{-1},$ the gas-to-dust?mass ratio is 20% higher, and, accordingly, the dust density is lower by the same amount. The gas-to-dust mass ratio derived from our new analysis is compatible with the value most recently determined from astronomical observations. We confirm earlier results that the very local ISM contains "big" (i.e., ?1 ?m?sized) interstellar grains. We find a dust density in the local ISM that is a factor of three lower than values implied by earlier analyses.

Ulysses, nata da una collaborazione della NASA con l'Agenzia Spaziale Europea ESA, condusse una lunga e gloriosa missione fino al 30 giugno 2009 durante la quale venne impiegata per rilevare anche i grani interstellari che dallo spazio profondo irrompono nel nostro Sistema Solare.

Il nostro Sistema Solare si muove all'interno della Via Lattea. Tra i 44.000 ed i 150.000 anni fa ha iniziato ad attraversare la Nube Interstellare Locale, una nube di materia interstellare di circa 30 anni luce di diametro le cui particelle di polvere si fanno strada fino alle zone più interne, come dei messaggeri dallo spazio profondo. Molte sonde le hanno rilevate, come la Galileo e la Cassini durante il loro viaggio verso Giove e Saturno rispettivamente, o la missione Stardust che nel 2006 ne riportò alcune sulla Terra.
"Tuttavia, i dati provenienti da Ulysses, che ora abbiamo valutato nella loro interezza, sono unici", ha dichiarato Harald Krüger, del MPS, ricercatore principale del rilevatore di polveri a bordo della sonda, lo strumento che ha analizzato il flusso di particelle provenienti dallo spazio profondo, quasi interrottamente, dal 1992 al 2007.

Ulysses eseguì le osservazioni da una posizione ottimale: orbitava, infatti, con un'elevata inclinazione rispetto al piano dell'eclittica, cioè al piano su cui orbitano i pianeti del Sistema Solare, diventando l'unico veicolo spaziale a poter volare sopra i poli del Sole. In questo modo, la sonda ha potuto concentrarsi sulla polvere interstellare che invade ogni punto del nostro spazio, senza troppe interferenze da parte della polvere interplanetaria, quella prodotta all'interno del nostro sistema, che si concentra invece sul piano orbitale.

Dai dati rilevati su oltre 900 particelle, i ricercatori hanno potuto estrarre le informazioni più dettagliate ottenute finora.
Lo studio conferma le precedenti analisi, secondo le quali la polvere interstellare attraversa il Sistema Solare approssimativamente sempre nella stessa direzione. Essa corrisponde alla direzione in cui il Sistema Solare e la Nube Interstellare Locale si muovono relativamente uno rispetto all'altro.

Tuttavia, i risultati hanno mostrato che, a seconda della massa, della forza gravitazionale e della pressione della radiazione solare, così come del campo magnetico interplanetario all'interno del Sistema Solare, le particelle cambiano la loro direzione di volo e velocità.
"Sotto l'influenza del Sole e del campo magnetico interplanetario, le particelle di polvere cambiano le loro traiettorie", ha spiegato Peter Strub del MPS.  "Dal momento in cui il Sole ed in particolare il campo magnetico interplanetario sono soggetti ad un ciclo di circa dodici anni, solo misure a lungo termine potevano davvero svelare questa influenza", ha aggiunto.

I ricercatori sono riusciti anche a ricavare la dimensione, compresa tra 0.5 e 0.05 micrometri con esemplari molto più grandi, anche di alcuni micrometri, e le proprietà delle particelle. Al contrario, invece, quelle molto piccole più comunemente osservate, non potevano essere rilevate da Ulysses perché come mostrano le simulazioni al computer, a causa della piccola massa acquistano una notevole carica elettrica all'interno del Sistema Solare che devia il loro percorso rispetto al flusso principale di polvere interstellare.
I modelli computerizzati hanno anche indicato che le particelle hanno una bassa densità e quindi sarebbero porose: "con particelle porose i dati osservati rispondono meglio", ha aggiunto Sterken.

Gli scienziati sperano che in futuro le Agenzie Spaziali programmino missioni dedicate.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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