Una GAIA notizia

 Il 17 luglio 2014, l'osservatorio astrometrico europeo GAIA (lanciato 7 mesi prima) iniziava ufficialmente la sua attività scientifica, consistente in una continua scansione dell'intera volta celeste, individuando (quasi) tutti gli oggetti stellari fino alla ventesima magnitudine e misurandone più volte con precisione spettacolare la posizione, oltre al colore e alla velocità radiale. In questi 5 anni, sono stati pubblicati due cataloghi basati su quelle misure e i dati di Gaia hanno permesso di arricchire enormemente le nostre conoscenze sull'evoluzione stellare, la dinamica della Via Lattea e molto altro; solo nell'ultimo anno, sono uscite oltre 800 pubblicazioni basate sulle sue osservazioni e in un altro articolo parleremo presto di uno degli ultimi affascinanti risultati ottenuti sulla struttura della Via Lattea.

 La durata pianificata della missione principale era di 5 anni, quindi 8 giorni fa essa è terminata; come tutti speravano (compresi i progettisti) si è deciso di estenderla, possibilmente per altri 5 anni visto che il veicolo continua a funzionare normalmente e c'è ancora parecchio carburante per le manovre. Proprio riguardo alle manovre, il giorno in cui iniziava la "missione estesa" si è reso necessario effettuarne una, la più importante dopo il lancio e il raggiungimento della posizione attuale. Scopo della manovra, come suggerisce il nome stesso, "Whitehead Eclipse Avoidance Manoeuvre"¹, è quello di evitare che, nei prossimi mesi di Agosto e Novembre, Gaia attraversi la penombra terrestre, mettendo a repentaglio l'approvvigionamento energetico dai pannelli solari e, soprattutto, compromettendo il delicato equilibrio termico e meccanico del satellite, con inevitabili effetti disastrosi sulla qualità delle osservazioni astrometriche che ne sarebbero state affette per settimane, prima che la temperatura tornasse ai livelli standard.

 Ricordiamo che GAIA è l'osservatorio spaziale più stabile mai costruito: il carico scientifico viene mantenuto a una temperatura costante di -110 °C grazie a un ampio parasole che forma un angolo fisso di 45° con i raggi solari. I sensori di bordo sono così precisi da poter avvertire l'effetto sulla rotazione causato da piccole bolle nei serbatoi di combustibile e le minime variazioni di temperatura dovute alla comparsa di macchie sulla superficie del Sole.

 Per poter lavorare con la massima precisione per cui è stato progettato, il doppio telescopio deve rimanere in condizioni termiche e dinamiche estremamente stabili; per garantire ciò, GAIA non è stata immessa in un'orbita bassa terrestre (come invece avviene per il telescopio Hubble), perché i frequenti passaggi tra zona illuminata e ombra della Terra avrebbero causato oscillazioni inaccettabili di temperatura, con conseguenti stress meccanici. Invece, si è deciso di porre Gaia in un luogo lontano dal nostro pianeta, in corrispondenza del punto di librazione lagrangiano L2 a 1,5 milioni di km. Il punto L2 è però immerso nella penombra terrestre, da dove assisteremmo a una perenne eclisse di Sole; dato che lì, in media, la Terra ha un diametro apparente pari al 95% di quello solare, si tratterebbe di una eclissi anulare quasi totale. In realtà, Gaia non si trova ferma in quel punto ma, come qualsiasi altro satellite in prossimità di un punto di librazione, effettua una pseudo-orbita attorno ad L2, descrivendo delle “figure di Lissajous” che si generano combinando due moti armonici (oscillatori) con periodi diversi e in direzioni perpendicolari tra loro, oltre che alla congiungente Terra-Sole, come illustrato nell'immagine in apertura e nell'animazione qui sotto.

Animazione che mostra la traiettoria di Gaia attorno a L2 - Credits: ESA - C. Carreau / ATG medialab - Processing: Marco Di Lorenzo

 Proprio perché la traiettoria di GAIA è una pseudo-orbita che non si richiude su se stessa e tende a riempire tutto il rettangolo che la circoscrive, ecco la necessità di intervenire sul suo movimento per evitare l'attraversamento della zona di penombra centrale. Perciò, nella intera giornata del 16 luglio, sotto l'attento controllo del centro di coordinamento ESA/ESOC di Darmstadt (in Germania), GAIA ha interrotto le osservazioni scientifiche, rallentando poi la sua rotazione ed effettuando quindi una complessa coreografia con 9 diverse accensioni dei retrorazzi. Questo l'ha fatta deviare diagonalmente dal suo movimento iniziale, impartendo una variazione di velocità (il cosiddetto delta-v) di 14 m/s, con una procedura detta “thrust vectoring”.

 Per poter effettuare la manovra, GAIA è dovuta momentaneamente uscire dalla modalità di “controllo fine” dell'assetto, durante la quale viene usato un insieme di 8 micro-razzi a gas freddo (4 per i cambi di direzione e 4 per le variazioni di orientamento), capaci di imprimere una spinta massima di 70 micro-Newton, pari al peso di un paio di zanzare sulla Terra!

 Nella manovra del 16 luglio, invece, sono stati consumati ben 10 kg di combustibile. Essa consentirà di evitare il rischio di eclissi fino al 2026, un anno dopo la prevista conclusione della missione estesa (il che significa che, se le condizioni lo consentiranno, si potrebbe avere una ulteriore breve estensione). Tra l'altro, nel primo anno di missione estesa, si è deciso di invertire il senso della rotazione impartito al satellite per cercare di far fronte a un problema di calibrazione (degenerazione) che impatta sulla precisione delle misure astrometriche; questo dovrebbe consentire un ulteriore miglioramento sulla precisione, che già sarà incrementata del 40% grazie all'estensione delle osservazioni per altri 5 anni.

Il team di navigazione esulta alla fine del primo burn della manovra, nella stanza di controllo GAIA all'ESOC - Credits: ESA/ESOC/@esaoperations - Processing: Marco Di Lorenzo

 In chiusura, una considerazione un po' amara e personale riguarda il fatto che, alla fine, Gaia avrà lavorato per 10 -11 anni e, quindi, se fosse stata inviata nella zona L2 di Giove (o anche in L4/L5), le sarebbe stato possibile, sfruttando l'orbita oltre 5 volte più ampia del pianeta gigante, fare misure di parallasse e quindi di distanza 5 volte più precise! Certo, una impresa simile avrebbe richiesto qualche modifica al satellite (pannelli solari molto più ampi e sistema di trasmissione più potente) e anche un lungo periodo per il trasferimento nella posizione finale, ma a mio parere il gioco sarebbe valso la candela e avrebbe permesso di mappare la struttura dell'intera Via Lattea e non solo del settore a noi più vicino... non è da escludere che in futuro non si tenti una impresa del genere!

Note:

1. La parte iniziale del nome è una dedica a Gary Whitehead, membro del Flight Control Team ESA per oltre 11 anni, deceduto il mese scorso.
2. Il punto L2 è uno dei cinque punti di librazione scoperti da Lagrange nel “problema dei 3 corpi” semplificato, quando un oggetto di massa trascurabile rimane in equilibrio rispetto ad altri due in orbita mutua (Tessa e Sole, in questo caso). Esso si trova sulla retta congiungente i due corpi principali ma a distanza maggiore, mentre L1 è a distanza minore e L3 è dalla parte opposta; L4 e L5 sono invece ai vertici di due triangoli equilateri (v. figura sottostante)

Credits: Wikipedia

Riferimenti:
http://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Gaia_s_biggest_operation_since_launch
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20190717_missionextensionstartsnow
https://twitter.com/search?q=%23GaiaMission&src=hash