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Buon compleanno, HST!

Hubble durante la seconda "servicing mission"
Hubble durante la seconda "servicing mission" STS-82 Crew, STScI, NASA

Oggi il telescopio spaziale viene festeggiato per i suoi 25 anni, ma quanto potrà rimanere ancora in orbita?

 Nota bene: nell'articolo sono stati apportati dei cambiamenti (i rosso) ed aggiornati/aggiunti alcuni grafici (le date di aggiornamento sono indicate).

 I lettori più attenti avranno notato che l' "immagine del giorno" che selezioniamo (quasi) quotidianamente oggi è dedicata a Hubble, e non poteva essere diversamente. Oggi è il giorno delle celebrazioni per questo veterano dell'astronomia spaziale e infatti la NASA ha pubblicato anche un filmato mozzafiato in cui quel soggetto (l'ammasso aperto Westerlund-2 con le nebulosità circostanti) viene ricreato in 3 dimensioni; sempre la NASA ha reso pubblici altri filmati in cui ricostruisce alcune fasi salienti nella vita del telescopio spaziale che, lo ricordiamo, ha visto una importante partecipazione europea in termini di finanziamento e anche nella realizzazione degli strumenti installati sul piano focale.

 Ma dopo aver fatto tante scoperte che hanno rivoluzionato l'astronomia e dopo aver ripreso tante immagini che hanno inciso nell'immaginario collettivo, cosa succederà al telescopio Hubble? 

 L'idea iniziale, ai tempi del lancio, era quella di poterlo recuperare una volta giunto a fine vita e riportarlo a terra, magari per esporlo in qualche museo. Purtroppo lo Space Shuttle, che era l'unico veicolo così versatile da consentire il recupero, non è stato altrettanto longevo e il destino sarà decisamente più drammatico: rientrerà disintegrandosi nell'atmosfera!

 Per questo motivo, come già spiegato nel bell'articolo pubblicato un paio di giorni fa da Massimo Martini, la quinta ed ultima manutenzione in orbita per il telescopio Hubble risale al 2009 (missione Shuttle STS-125). In quella occasione fu installato anche un dispositivo chiamato "Soft-Capture Mechanism" (Meccanismo di cattura dolce) sulla parte posteriore del telescopio; di fatto si tratta di una interfaccia meccanica che permette l'aggancio da parte di un veicolo automatico capace di manovrare (cosa che Hubble non sa fare perchè privo di retrorazzi) allo scopo di permetterne un "de-orbit" controllato, cioè farlo rientrare in una zona disabitata (tipicamente l'Oceano Indiano) per non mettere a rischio la popolazione nel caso che alcune parti del telescopio resistano al calore del rientro nell'atmosfera giungendo a Terra. E' possibile che a compiere questa operazione sarà una versione modificata dei veicoli attualmente usati come "cargo" per la ISS (Soyuz, Dragon, ecc.) oppure un satellite più piccolo, costruito appositamente.

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Simulazione che raffigura il dispositivo SCM installato su Hubble - credit: NASA

 Abbiamo visto il "perchè" e il "come", l'ultima domanda che sorge spontanea è: "quando" avverrà il rientro? Come accennato nell'articolo di Massimo, Hubble era stato "garantito" per lavorare 4 anni in perfetta efficienza dopo l'ultima manutenzione. In realtà sono passati quasi 6 anni e, anche se uno dei giroscopi fa le bizze e le batterie e gli strumenti cominciano a manifestare segni di invecchiamento, ci sono buoni motivi per ritenere che Hubble possa ancora funzionare discretamente fino al 2020 e magari qualche annetto più in là; questo significa che, quando il nuovo James Webb Telescope sarà operativo, il suo predecessore potrebbe ancora fargli compagnia...

 Tuttavia il destino di Hubble è segnato e, anche se gli strumenti dovessero continuare a funzionare (con efficienza comunque molto ridotta), tra 10-20 anni il rientro in atmosfera sarà inevitabile a causa del continuo frenamento atmosferico.

 Nel grafico sottostante mi sono divertito a riportare l'altezza media e l'eccentricità orbitale di HST negli ultimi mesi (aggiornato il 5/8/15):

HST1508

Altezza media (scala a sinistra, in km) ed eccentricità (scala a destra) di HST - source: DLR/HeavensAbove - processing: M. Di Lorenzo

 Oltre all'oscillazione periodica dell'eccentricità (curva rossa), probabilmente dovuta alle forze mareali indotte dalla Luna, nei primi 2 mesi Hubble è sceso di circa 1.2 km con un andamento abbastanza regolare, perdendo in media 19 metri/giorno (curva verde). Dalla fine di Aprile, però, si vede una specie di "ginocchio" perchè la pendenza è diminuita; il valore medio di decadimento dell'orbita è dapprima sceso a 12 m/giorno e ultimamente si sta riducendo ulteriormente: questo cambiamento è da attribuire all'attività solare sta diminuendo (siamo usciti dal periodo di massima attività), come spiegato in un articolo precedente.

Qualcuno potrebbe arguire che, di questo passo, ci vorranno 70-100 anni prima che il telescopio ci cada addosso ma le cose, purtroppo, stanno diversamente. Man mano che Hubble si abbassa, infatti, attraversa strati sempre più densi di atmosfera esterna e il frenamento per attrito accelera rapidamente!

 Una prova evidente di questa dipendenza dall'altezza la si ha mettendo a confronto i tassi di decadimento di HST con quelli della Stazione Spaziale Internazionale, che orbita circa 140 km più in basso. Nel grafico sottostante l'andamento dei due tassi sembra comparabile ma in realtà le scale verticali sono differenti: quella per la ISS (a destra) è compressa di un fattore 5 rispetto a quella di Hubble e questo significa che il suo decadimento è 5 volte più rapido!

HST vs ISS decay

Tasso medio di decadimento per HST (scala a sinistra, in m/giorno) e ISS (scala a destra) - source: DLR/HeavensAbove - processing: M. Di Lorenzo

 A questo punto mi sono divertito ad estrapolare il decadimento attuale sia indietro che avanti nel tempo, assumendo per la densità un semplice (ma realistico) modello esponenziale negativo; la formula risultante  è:

tasso di decadimento [m/giorno] = k * e-altezza[km])/90

 In pratica, la formula ci dice che il tasso di decadimento aumenta di un fattore e (numero di Eulero, pari a circa 2.72) ogni volta che la quota si abbassa di 90 km. Inoltre, dato che il tasso con cui l'orbita decade dipende molto anche dall'attività solare, ho assunto due diversi valori per k: uno per i periodi intorno al massimo di attività solare, pari a 6450 m/giorno, e l'altro che vale la metà.  Ebbene, il modello ha successo nello stimare a ritroso la quota del telescopio spaziale alla fine dell'ultima "servicing mission" del 2009 (circa 571 km) e il tasso attuale di decadimento, come si vede nel grafico seguente:

prediction

 Rispetto al modello semplificato presentato in precedenza, questo tiene conto anche delle variazioni di attività solare, sebbene in maniera estremamente semplificata. In ogni caso, la previsione di rientro adesso si è spostata in avanti di ben 8 anni ed è maggiormente compatibile con le proiezioni ufficiali (vedi ultimo link alla fine dell'articolo), che parlano di un rientro compreso tra il 2030 e il 2040, a seconda dell'intensità del prossimo ciclo solare. In effetti, soprattutto nelle fasi finali, molto dipenderà dal livello di attività solare e la data effettiva potrebbe oscillare notevolmente. 

Se l'operazione di de-orbit controllato andrà in porto (e questo dipende molto dalla disponibilità finanziaria), allora il rientro è da anticipare di qualche anno. In ogni caso, anche se andrà tristemente distrutto, la fine di Hubble Space Telescope sarà in fondo suggestiva e degna di un vero astronomo, bruciando nel cielo come una "stella cadente"!

 

Riferimenti:
-
http://hubble25th.org/- http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/servicing/SM4/main/SCRS_FS_HTML.html
-
http://www.cbsnews.com/network/news/space/home/spacenews/files/1ae7cac0d167055e41e1f0da7b0ac6a3-588.html

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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!

Sito web: https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58
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1 commento

  • Link al commento livio Martedì, 05 Maggio 2015 15:30 inviato da livio

    Interessante.
    L'Hubble é un vero colosso, sicuramente qualcosa arriverebbe a terra in caso di rientro incontrollato. Però, come ci ha insegnato la storia precedente, le probabilità che cada sopra zone abitate non sono elevate, anzi...
    Chissà se spenderanno soldi per deorbitarlo in sicurezza

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