Giovedì 17 Agosto 2017
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Viaggio al centro della Cometa

Immagini del nucleo della 67P/Churyumov-Gerasimenko riprese dalla Navigation camera di Rosetta durante il massimo avvicinamento nel 2014 da diverse distanze. In alto da sinistra: 6/8/14 (96 km), 14/8 (100 km), 22/8 (64 km), 14/9 (30 km); in basso: 24/9/14 (28 km), 24/10 (10 km), 26/10 (8 km) e 6/11/14 (30 km).
Immagini del nucleo della 67P/Churyumov-Gerasimenko riprese dalla Navigation camera di Rosetta durante il massimo avvicinamento nel 2014 da diverse distanze. In alto da sinistra: 6/8/14 (96 km), 14/8 (100 km), 22/8 (64 km), 14/9 (30 km); in basso: 24/9/14 (28 km), 24/10 (10 km), 26/10 (8 km) e 6/11/14 (30 km). Copyright ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0 - Processing by M. Di Lorenzo (DILO)

Smentita la vecchia idea sulla presenza di grandi caverne all'interno cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Lo ha svelato la missione Rosetta dell'ESA, attraverso una incredibile misura sul campo gravitazionale generato dal nucleo cometario.

 Le comete sono i residui ghiacciati lasciati dalla formazione dei pianeti 4,6 miliardi di anni fa. Fino ad oggi, un totale di otto comete sono state visitate da veicoli spaziali di diverse agenzie e, grazie a queste missioni, abbiamo costruito un quadro delle proprietà di base di queste "capsule del tempo" cosmiche.

 Mentre alcune domande hanno avuto risposta, altre sono state sollevate e una di queste riguarda la struttura interna: i nuclei cometari sono notoriamente una miscela di polvere e ghiaccio  e, se fossero oggetti completamente compatti, sarebbero più densi del ghiaccio d'acqua. Tuttavia, le misurazioni fatte in precedenza hanno dimostrato che alcuni di essi hanno una densità estremamente bassa, molto inferiore a quella dell'acqua ghiacciata. La bassa densità implica che le comete devono possedere una struttura altamente porosa.  La questione riguarda sulla scala di questa porosità: essa è conseguenza di enormi cave vuote all'interno della cometa oppure è diffusa in tutta la struttura, omogenea e ricca di minuscole cavità?

 In un nuovo studio, pubblicato nel numero di questa settimana della rivista Nature, un team guidato da Martin Pätzold (dell'università di Colonia / istituto Rheinische) ha dimostrato che non solo il nucleo della cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko è un corpo a bassa densità, ma ha anche potuto escludere un interno cavernoso. Questo risultato è coerente con i precedenti risultati di esperimenti fatti con il radar CONSERT di Rosetta che mostravano come il lobo minore del nucleo (la cosiddetta 'testa') è abbastanza omogeneo su scale spaziali di poche decine di metri. La spiegazione più ragionevole è quindi che la porosità della cometa sia una proprietà intrinseca di particelle di polvere mescolate con il ghiaccio. In effetti, le misure precedenti fatte dalle sonde spaziali avevano dimostrato che i grani di polvere emessi dalle comete non appaiono generalmente come corpi solidi compatti, ma piuttosto come aggregati 'soffici', con alta porosità e bassa densità; in particolare, gli strumenti COSIMA e Giada di Rosetta hanno dimostrato che lo stesso tipo di grani di polvere si trova anche nella 67P / Churyumov-Gerasimenko.

 Il team di Pätzold ha fatto la sua scoperta utilizzando l'esperimento di radio-scienza (RSI) per studiare il modo in cui l'orbiter Rosetta è attirato dalla gravità della cometa. L'effetto della gravità sul movimento di Rosetta è ricavato da cambiamenti nella frequenza dei segnali della sonda quando vengono ricevuti sulla Terra (effetto Doppler). Le variazioni nei segnali ricevuti sono state analizzate per fornire un quadro del campo gravitazionale dentro la cometa. Le ipotetiche grandi caverne interne sarebbero state evidenziate da un calo rivelatore nella accelerazione della sonda, cosa che non si è verificata.

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La stazione "Deep Space" di New Norcia (Australia), 35m di diametro, da dove vengono ricevute le trasmissioni di Rosetta - credit: ESA

 La missione Rosetta dell'ESA è la prima ad eseguire una misura così difficile su una cometa. "La legge di gravità di Newton ci insegna che la sonda Rosetta è attratta da tutte le masse circostanti", dice Martin Pätzold. "In termini pratici, questo significa che abbiamo dovuto rimuovere l'influenza del Sole, di tutti i pianeti (dal gigante Giove fino ai pianeti nani) così come dei grandi asteroidi nella fascia principale, lasciando solo l'influenza della cometa. Per fortuna, questi effetti sono ben compresi e questa è una procedura standard al giorno d'oggi per le operazioni spaziali." Successivamente, bisogna sottrarre sia la pressione esercitata sia dalla radiazione solare che quella dovuta al gas in fuga dalla cometa; entrambi questi fattori tendono a portare la navicella fuori rotta. In questo senso, lo strumento ROSINA a bordo di Rosetta si è rivelato estremamente utile in quanto misura il gas che investe il veicolo spaziale.

 Alla fine, qualunque sia il movimento residuo sulla sonda, esso è dovuto alla massa della cometa. Per la Churyumov-Gerasimenko, questo fornisce una massa di poco inferiore a 10 miliardi di tonnellate. Siccome le immagini dalla fotocamera OSIRIS hanno permesso di sviluppare modelli delle dimensioni e della forma della cometa, conosciamo anche il volume (circa 18,7 km3), e quindi la densità che è 533 kg/m3, poco più di metà di quella dell'acqua liquida.

 L'estrazione poi di informazioni sui dettagli degli interni è stata possibile solo attraverso un colpo di "fortuna cosmica". Data la scarsa conoscenza delle attività della cometa, nel 2014 era stata pianificata una traiettoria di approccio cauta al nucleo, per garantire la sicurezza del veicolo spaziale. Anche nella migliore delle ipotesi, questo avrebbe portato Rosetta a non meno di 10 km, mentre il team di RSI prevedeva di doversi avvicinare a meno di 10 km per poter misurare la distribuzione di massa interna alla cometa. Questa stima, però, era basata su una forma tondeggiante del nucleo, come suggerivano le osservazioni fatte da Terra; in quel caso, oltre 10 km di altezza, solo la massa totale sarebbe stata misurabile e non c'erano speranze di risalire alla struttura interna.

 Poi la vera, strana forma "a paperella" o "a caciocavallo" si è rivelata mano a mano che Rosetta si avvicinava al nucleo. Fortunatamente per RSI, quella struttura a due lobi significava che le differenze nel campo gravitazionale sarebbe molto più pronunciate e quindi più facili da misurare anche da lontano. "Stavamo già vedendo le variazioni nel campo gravitazionale da 30 km di distanza", dice Pätzold. Quando Rosetta ha raggiunto un'orbita a soli 10 km di altezza, RSI è stato in grado di raccogliere misure dettagliate. Questo è ciò che ha conferito al team una così alta la fiducia nei risultati, e in futuro si potrebbe ottenere ancora meglio! A settembre, Rosetta sarà guidata a fare un impatto controllato sulla superficie della cometa. La manovra costituirà una sfida unica per gli specialisti di dinamica volo dell' ESOC perchè, quando Rosetta si farà sempre più vicina al complesso campo di gravità della cometa, quest'ultimo renderà la navigazione più difficile. Ma per RSI questo si tradurrà in un ulteriore aumento in termini di precisione e ciò potrebbe consentire al team di verificare la presenza di eventuali caverne più piccole, poche centinaia di metri di diametro.

 

Fonte: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Inside_Rosetta_s_comet

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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