Scritto: Giovedì, 18 Febbraio 2021 05:03 Ultima modifica: Domenica, 21 Febbraio 2021 07:01

Perseverance sta per atterrare su Marte: conosciamolo meglio


Un altro rover della NASA sta per raggiungere Marte. Facciamo il punto sulla missione e vediamo come seguire l'evento.

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Perseverance sta per atterrare su Marte: conosciamolo meglio Crediti: NASA/JPL-Caltech

L'atterraggio è previsto per oggi, 18 febbraio 2020, alle ore 21:55 ora italiana ma la copertura mediatica inizierà alle 20:15 su tutti i canali NASA:

- NASA TV Public Channel
- Sito Web
- NASA App
- YouTube
- Twitter
- Facebook
- LinkedIn
-Twitch
- Daily Motion
- THETA.TV.

Durante l'atterraggio, Perseverance si immergerà nella sottile atmosfera marziana a circa 20.000 chilometri orari. Un paracadute e dei motori rallenteranno la discesa fino a circa 3 chilometri orari. Durante la cosiddetta manovra sky crane, il rover sarà calato appeso a tre cavi per toccare dolcemente il suolo con le sue sei ruote, nel cratere di Jezero.
Perseverance atterrerà con Ingenuity attaccato sotto la pancia, l'elicottero marziano che tenterà il primo volo a motore e controllato su un altro pianeta.

"Se c'è una cosa che sappiamo, è che atterrare su Marte non è mai facile", ha affermato Marc Etkind, addetto alle comunicazioni della NASA. "Ma come quinto rover della NASA su Marte, Perseverance ha uno straordinario pedigree ingegneristico e un team di missione straordinario. Siamo felici di invitare il mondo intero a condividere con noi questo entusiasmante evento! "

 

Obiettivi della Missione

Il rover Mars 2020 Perseverance cercherà segni della vita microbica antica su Marte, fornendo ulteriori indizi sull'abitabilità antica del pianeta.
Le missioni precedenti hanno scoperto che l'acqua liquida esisteva sul Pianeta Rosso in un lontano passato.

Curiosity, ha esplorato l'antico ambiente marziano: ha trovato nutrienti e fonti di energia che i microbi avrebbero potuto utilizzare ed ha stabilito che Marte avrebbe potuto effettivamente ospitare la vita in alcune regioni. Perseverance fa il passo successivo cercando i segni della vita passata stessa.

Perseverance ha quattro obiettivi scientifici principali:

1 - Geologia: studiare le rocce ed il paesaggio nel punto di approdo per scoprire la storia della regione
2 - Astrobiologia: determinare se una determinata zona era adatta alla vita e cercare i segni della vita antica stessa
3 - Raccolta dei campioni: trovare e raccogliere campioni promettenti di roccia e suolo di Marte che potrebbero essere riportati sulla Terra in futuro
4 - Preparare l'esplorazione per gli esseri umani: sperimentare le tecnologie che un giorno potrebbero aiutare a sostenere la presenza umana su Marte

 

Il sito di atterraggio

Perseverance atterrerà nel cratere Jezero di 45 chilometri di diametro.
Si trova sul lato occidentale della regione Isidis Planitia (appena a nord dell'equatore marziano), dove un antico impatto di un meteorite ha lasciato un grande cratere di circa 1.200 chilometri di diametro. Questo evento, noto come impatto di Isidis, ha cambiato per sempre il basamento roccioso della regione. Al suo interno, una successiva collisione con un meteorite più piccolo ha creato il cratere Jezero. Queste circostanze, secondo gli scienziati, potrebbero aver creato condizioni favorevoli alla vita.

Si ritiene che, in passato, Jezero ospitasse acqua ed un antico delta fluviale.
L'intrigante geologia è stata ripresa dall'orbita dalla fotocamera ad alta risoluzione HiRISE a bordo della sonda MRO (Mars Reconnaissance Orbiter). 

cratere jezero 3d

Un grande mosaico anaglifo composto con le foto scattate dalla fotocamera HiRISE a bordo della sonda MRO.
L'immagine a dimensione intera, 10016 × 13931, è disponibile sul nostro album di Flickr. Prendete i vostri occhialini 3D!
Credit: NASA/JPL/University of Arizona - Processing: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today

Il cratere Jezero racconta la storia di Marte di oltre 3,5 miliardi di anni fa, quando i fiumi scorrevano sulla superficie del pianeta e riempivano i bacini formando laghi. Lo strumento CRISM del Mars Reconnaissance Orbiter ha rilevato la presenza di minerali argillosi, probabile testimonianza dell'acqua passata. In teoria, la vita microbica potrebbe aver trovato il cratere accogliente durante uno o più di questi periodi umidi. Se così è stato, allora Perseverance potrà trovarne le tracce nel fondo del lago o nei sedimenti costieri.

Gli scienziati studieranno come la regione si è formata ed evoluta, cercheranno segni di vita passata e raccoglieranno campioni di roccia e suolo di Marte da riportare sulla Terra.

Nel cratere Jezero, Perseverance dovrebbe essere in grado di accedere a rocce vecchie circa 3,6 miliardi di anni.
Ci sono molte idee su come fosse il primo Marte e su come sia diventato quello che è oggi: la missione aggiungerà nuovi tasselli al grande puzzle.

Analogamente al metodo utilizzato per Curiosity, il team ha suddiviso l'intero sito di atterraggio in quadranti, ciascuno dei quali sarà abbinato ai nomi di parchi e riserve naturali terrestri che hanno una geologia simile. Visto che la squadra di lavoro è internazionale, l'idea è di trovare siti corrispondenti nei paesi che hanno contribuito alla missione. All'interno di un'area o di una regione, le singole caratteristiche ed i target rocciosi verranno denominati per le località, situate all'interno della regione terrestre dalla quale prendono il nome.

perseverance ellisse atterraggio

 Perseverance: ellisse di atterraggio.
Crediti: ESA/DLR/FU-Berlin/NASA/JPL-Caltech

 

Gli strumenti scientifici

Il rover è equipaggiato con sette strumenti scientifici e diversi plus.

 

Gli strumenti.

Mastcam-Z, è un sistema di telecamere avanzato per immagini panoramiche e stereoscopiche con zoom.
Il ricercatore principale è James Bell, Arizona State University di Tempe.

mastcam z

Crediti: MSSS/ASU

È montata sul braccio robotico del rover e permette di ingrandire, mettere a fuoco e acquisire immagini e video 3D ad alta velocità (velocità video di 4 fotogrammi / sec o più veloci per i subframe) per consentire un esame dettagliato di oggetti distanti. La capacità di acquisire immagini stereo è notevolmente migliorata rispetto alla MastCam di Curiosity e sarà di grande aiuto per il team nella navigazione e nelle attività di campionamento.

Acquisisce il colore visibile (RGB), panorami stereo della superficie marziana a risoluzioni sufficienti per risolvere le caratteristiche di ~ 1 mm nel campo vicino (lo spazio di lavoro del braccio robotico) e di circa 3-4 cm a 100 metri di distanza. È dotata, inoltre, di filtri passa banda (da 400 a 1000 nm) che vengono utilizzati per distinguere i materiali e per fornire importanti approfondimenti sulla mineralogia di silicati, ossidi, ossidrossidi e rilevare minerali idratati. Mastcam-Z riprende anche direttamente il Sole utilizzando una coppia di filtri solari.

 

SuperCam, uno strumento in grado di fornire immagini ed analisi sulla composizione chimica e mineralogia. Lo strumento sarà anche in grado di rilevare a distanza la presenza di composti organici in rocce e regolite.
Il ricercatore principale è Roger Wiens, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico.

supercam

Crediti: CNES

Esamina rocce e terreni con una fotocamera, un laser e uno spettrometro per cercare composti organici che potrebbero essere correlati alla vita passata su Marte. Grazie al laser LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) da 1064 nm, può identificare la composizione chimica e minerale di bersagli piccoli come una punta di matita da una distanza di oltre 7 metri.

La grande novità, a differenza della ChenCam di Curiosity, è che è in grado di eseguire spettroscopia Raman (a 532 nm per indagare su bersagli fino a 12 m di distanza dal rover); la spettroscopia Time-Resolved Fluorescence (TRF), la spettroscopia a riflettanza Visible and InfraRed (VISIR) (400-900 nm, 1,3 - 2.6 µm) a distanza per fornire informazioni sulla mineralogia e sulla struttura molecolare dei campioni, oltre a poter ricercare direttamente materiali organici.

Infine, SuperCam acquisisce anche immagini ad alta risoluzione dei campioni in studio utilizzando un microimager remoto a colori (RMI).

Le misurazioni SuperCam possono essere acquisite rapidamente senza la necessità di posizionare il rover o il braccio robotico sul bersaglio, facilitando le operazioni su Marte.

Come già dimostrato dalla ChemCam, il laser SuperCam può essere utilizzato anche per spolverare le superficie ed avere una vista più nitida delle rocce.

 

Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL), un spettrometro a fluorescenza a raggi X "microfocus", che misura rapidamente la chimica elementare su scale sub-millimetriche focalizzando un fascio di raggi X in un minuscolo punto della roccia o del suolo bersaglio e analizzando la fluorescenza a raggi X indotta. Ha anche una fotocamera che scatta foto super ravvicinate di strutture di roccia e suolo, per determinare la composizione elementare dei materiali di superficie. Può vedere caratteristiche piccole come un granello di sale!

Ha funzionalità avanzate che consentono un'analisi dettagliata degli elementi chimici senza precedenti.

Il ricercatore principale è Abigail Allwood, Jet Propulsion Laboratory della NASA (JPL) di Pasadena, in California.

Rispetto ai precedenti strumenti inviati su Marte, PIXL sarà in grado di rilevare diversi nuovi elementi: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Y, Ga, Ge, As e Zr, con importanti oligoelementi come Rb, Sr, Y e Zr rilevabili a livello di 10 ppm.

 

Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC), montato sul braccio robotico del rover, utilizza telecamere, spettrometri e un laser per cercare sostanze organiche e minerali che sono state alterate da ambienti acquosi e possono essere segni di vita microbica passata. SHERLOC sarà il primo spettrometro UV Raman ad atterrare sulla superficie di Marte. SHERLOC è assistito da WATSON, una fotocamera a colori per scattare immagini ravvicinate di grani di roccia e strutture superficiali.
Il ricercatore principale è Luther Beegle, JPL. Leggi qui per un approfondimento.

perseverance sherloc

Credti: NASA/JPL-Caltech

 

The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE), è un esperimento sull'utilizzo delle risorse in situ.  La NASA si sta preparando per l'esplorazione umana di Marte e MOXIE dimostrerà un modo in cui i futuri esploratori potrebbero produrre ossigeno dall'atmosfera marziana per il propellente e la respirazione.
Il ricercatore principale è Michael Hecht, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts.

 

Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA), effettua misurazioni meteorologiche tra cui velocità e direzione del vento, temperatura e umidità e misura anche la quantità e la dimensione delle particelle di polvere nell'atmosfera marziana.
Il ricercatore principale è José Rodriguez-Manfredi, Centro de Astrobiologia, Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Spagna.

 

The Radar Imager for Mars' Subsurface Exploration (RIMFAX), è un radar penetrante che fornirà dati sulla struttura geologica del sottosuolo, con una risoluzione di un centimetro.
Il ricercatore principale è Svein-Erik Hamran, Forsvarets Forskning Institute, Norvegia.

 

EDL (Entry, Descent, and Landing) e plus.

Range Trigger
È difficile atterrare su Marte e ancora più difficile far atterrare un rover nel luogo prescelto.
Le missioni precedenti sono atterrate nelle vicinanze delle aree destinate allo studio ma hanno passato settimane, o anche mesi preziosi, per raggiungere le posizioni target. La tecnologia Range Trigger riduce le dimensioni dell'ellisse di atterraggio (un'area di forma ovale attorno al bersaglio di atterraggio) di oltre il 50 percento, aiutando a mettere il rover a terra più vicino al suo obiettivo principale.

Range Trigger Rover Landing Site

Crediti: NASA/JPL-Caltech

Un'ellisse più piccola consente al team della missione di atterrare in alcuni siti in cui un'ellisse più grande sarebbe troppo rischiosa, perché includerebbe più pericoli in superficie. Inoltre, consente agli scienziati di accedere prima ai siti scientifici prioritari.

"Range Trigger" è, in sostanza, il nome della tecnica che Mars 2020 utilizza per cronometrare il dispiegamento del paracadute.
Le missioni precedenti hanno schierato i loro paracadute il prima possibile, dopo che il veicolo spaziale aveva raggiunto la velocità desiderata
La chiave della nuova tecnica di atterraggio di precisione è scegliere il momento giusto per premere il "grilletto" che rilascia il paracadute della navicella. Invece di aprirlo il prima possibile, il Range Trigger dispiega il paracadute in base alla posizione del veicolo spaziale rispetto al bersaglio di atterraggio desiderato. Ciò significa che il paracadute potrebbe essere aperto presto o tardi, a seconda di quanto è vicino il target.

Se la nuova tecnica funzionerà a dovere, potrebbe ridurre anche di un anno la guida del rover verso il sito di lavoro principale.

 

Terrain-Relative Navigation

Alcuni dei luoghi più interessanti da esplorare si trovano su terreni impegnativi, con pericoli come pendii ripidi e grandi rocce. Fino ad ora, molti di questi potenziali siti di atterraggio sono stati off-limits. I rischi di atterrare su terreni difficili erano troppo grandi. Nelle precedenti missioni su Marte, il 99 percento dell'ellisse di atterraggio doveva essere priva di pendii e rocce pericolose per garantire un atterraggio sicuro. Utilizzando Terrain-Relative Navigation, il team della missione Mars 2020 è in grado di considerare siti sempre più interessanti correndo rischi molto inferiori.

Per ridurre il rischio nell'EDL, sono richieste due abilità principali:
- sapere dove si è diretti
- essere in grado di deviare verso un luogo più sicuro se si è diretti verso un terreno pericoloso

Il Terrain-Relative Navigation consente al rover di effettuare stime molto più accurate della sua posizione rispetto al suolo durante la discesa.
Nelle missioni precedenti, il veicolo spaziale che trasportava il rover stimava la posizione rispetto al suolo prima di entrare nell'atmosfera marziana, nonché durante l'ingresso, sulla base di un'ipotesi iniziale dai dati radiometrici forniti attraverso la Deep Space Network. Quella tecnica aveva un errore di stima di circa 1-2 chilometri, che cresceva fino a circa 2-3 chilometri durante l'ingresso.

Mars2020 Landing Technique animated

Crediti: NASA/JPL-Caltech

Durante la discesa Perseverance potrà calcolare  la sua posizione rispetto al suolo con una precisione di circa 40 metri o migliore.
In pratica, durante la discesa, il rover confronta le immagini riprese sul momento con una mappa creata dal team di missione con le immagini ad alta risoluzione riprese dagli orbiter e memorizzate nel computer. Sapendo la zona di atterraggio, Perseverance calcola rapidamente il luogo più sicuro che può essere raggiunto.

 

Advanced aeroshell sensor package
Mentre entra nell'atmosfera di Marte, Perseverance è racchiuso in modo sicuro nel suo aeroshell, la capsula protettiva composta dallo scudo termico e dal backshell. Questo aeroshell è molto simile a quello utilizzato dalla missione Mars Science Laboratory e dal suo rover Curiosity. Quest'ultimo, grazie al gruppo di sensori chiamato MEDLI (MSL Entry, Descent, and Landing Instrumentation), rilevò i dati esatti sulle prestazioni dello scudo termico durante la discesa. Perseverance farà il passo successivo con MEDLI2, una suite che raccoglierà i dati sia dello scudo termico che della backshell. Misurando le temperature e le pressioni subite dal veicolo e monitorando le prestazioni, il team potrà ricavare dati preziosi sull'atmosfera marziana.

 

Fotocamere e microfoni documenteranno l’EDL come mai era successo prima. I microfoni sono una grande novità rispetto a Curiosity e Perseverance ne ha ben due, uno per registrare i suoni durante la discesa, l’altro fa parte del kit della SuperCam.

 

Laser Retroreflector Array (LaRa​), un piccolo retro-riflettore laser realizzato in Italia dall’ INFN, simile a quello presente sul lander Insight e pensato per effettuare future misure ad elevata precisione della posizione e del movimento del pianeta rosso.

 LaRa Perseverance

Il retroriflettore italiano LaRa collocato nella zona posteriore del lander - Credits: NASA/JPL-Caltech/INFN - Processing: Marco Di Lorenzo 

 

Ingenuity

"I fratelli Wright hanno dimostrato che il volo a motore nell'atmosfera terrestre era possibile, utilizzando un aereo sperimentale", aveva dichiarato Håvard Grip, capo pilota di Ingenuity al Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. "Con Ingenuity, stiamo cercando di fare lo stesso per Marte".

ingenuity in volo marte

Crediti: NASA/JPL-Caltech

Il drone marziano da 1,8 chilogrammi, agganciato sotto la pancia del rover per tutto il viaggio, potrebbe fare storia. Si tratta, però, solo di una dimostrazione tecnologica ed avrà capacità limitate.

Ingenuity è dotato di quattro pale in fibra di carbonio appositamente realizzate, disposte in due rotori che ruotano in direzioni opposte a circa 2.400 giri / min, molte volte più veloci di un elicottero sulla Terra (sui 500 rpm). Dispone inoltre di celle solari, batterie e altri componenti innovativi. Non trasporta strumenti scientifici ed è un esperimento seperato dal rover.

L'impresa e tutt'altro che semplice: mentre sulla Terra i test sono andati a gonfie vele, su Marte, l'atmosfera sottile rende difficile ottenere una portanza sufficiente.
Poiché l'atmosfera di Marte è il 99% meno densa di quella terrestre, Ingenuity deve essere leggera, con pale del rotore molto più grandi e che ruotano molto più velocemente di quanto sarebbe richiesto per un elicottero della massa di Ingenuity sulla Terra. Inoltre, dovrà resistere a temperature proibitive (-90 gradi Celsius di notte) anche se il team lo ha testato al freddo sulla Terra. Inoltre, il ritardo nelle comunicazioni con il controllo missione, intrinseco di ogni missione su Marte, impedirà un controllo diretto del volo ed Ingenuity dovrà prendere decisioni in autonomia.

Il team ha una lunga lista da spuntare prima che l'elicottero marziano possa decollare nella primavera del 2021: prima di tutto deve sopravvivere all'atterraggio, poi scaldarsi e ricaricarsi attraverso il proprio pannello solare e così via. Poi tenterà il primo volo e disporrà di un periodo di prova di 30 sol (30 giorni marziani, cioè 31 giorni terrestri) per effettuare altri quattro voli sperimentali.

 

E i campioni?

Uno degli obiettivi primari di Perseverance, è raccogliere campioni per una futura missione di Sample Return.

Le operazioni sulla superficie di Marte possono riassumersi sostanzialmente in tre passaggi:

- Raccolta.
Dopo un attento lavoro di selezione, il trapano, posizionato sul braccio robotico del rover, perforerà il suolo, mentre nella parte anteriore di Perseverance, un altro piccolo braccio robotico fungerà da "assistente di laboratorio". Questo si occuperà di passare al trapano le punte e le provette da riempire (43 in tutto). Ogni campione conterrà circa 15 grammi di materiale.

- Sigillatura e conservazione.
La provetta riempita sarà trasferita nella pancia del rover dal braccio assistente. Qui, i campioni passeranno attraverso le stazioni di ispezione e sigillatura. I tubi, chiusi ermeticamente, saranno conservati in un’unità all’interno di Perseverance, fino a quando il team non deciderà di rilasciarli sulla superficie di Marte.

- Deposito sulla superficie.
I campioni saranno depositati sulla superficie del Pianeta Rosso nei luoghi designati dal team. Le posizioni saranno ben documentate da punti di riferimento locali e coordinate orbitali.

Le prime due operazioni sono cruciali per la riuscita della missione e sono affidate al meccanismo più complesso, capace e più pulito mai inviato nello spazio, il Sample Caching System.
"Anche se non puoi fare a meno di meravigliarti di ciò che è stato raggiunto ai tempi Apollo, loro avevano una cosa che noi non abbiamo: stivali a terra". aveva commentato Adam Steltzner, ingegnere capo della missione rover Mars 2020 Perseverance al Jet Propulsion Laboratory. "Per poter raccogliere i primi campioni di Marte per il ritorno sulla Terra, al posto di due astronauti abbiamo tre robot che devono lavorare con la precisione di un orologio svizzero".

Il sistema è composto da tre robot. Il primo e più visibile è il braccio robotico del rover lungo 2 metri. Fissato alla parte anteriore del telaio, il braccio a cinque snodi trasporta una grande torretta che include un trapano rotante a percussione per raccogliere campioni di roccia di Marte e regolite. Il secondo robot sembra un piccolo disco volante integrato nella parte anteriore del rover, chiamato carosello. Questo fa intermediario per tutte le operazioni di raccolta: fornisce le punte e tubi di campionamento vuoti al trapano, trasporta i tubi riempiti nel telaio del rover. Il terzo robot è il braccio di manipolazione del campione, lungo 0,5 metri, chiamato "T. rex arm". Situato nella pancia del rover, raccoglie i tubi di campionamento trasportati dal carosello, spostando le provette del campione tra le stazioni di stoccaggio e di documentazione.

"Tutti questi robot devono funzionare con una precisione simile a un orologio. Ma se il tipico cronometro svizzero ha meno di 400 parti, il Sample Caching System ne ha più di 3.000", ha detto la NASA.

In pratica, dopo aver riempito un cilindro di roccia marziana tramite un piccolo carotaggio, nel giro di poche ore, il braccio robotico consegna il campione al carosello che lo preleva e lo trasferisce all’interno del rover. Quindi il campione viene spostato nello spazio di valutazione, dove viene fotografato, viene sigillato prima di essere depositato nella stazione di archiviazione.

Cosa dobbiamo aspettarci stasera

Ecco, in breve, la sequenza principale dei famosi "sette minuti di terrore":

- Separazione dalla navicella in cui Perseverance ed Ingenuity hanno volato in questi mesi (21:38 ora italiana)

- Ingresso nell'atmosfera marziana. Si prevede che il rover raggiungerà l'atmosfera superiore di Marte viaggiando a 19.500 km / h alle 21:48 ora italiana

- Picco di riscaldamento, dovuto all'attrito atmosferico. Raggiungerà i 1.300 gradi Celsius intorno alle 21:49 ora italiana

- Dispiegamento del paracadute, intorno alle 21:52 ora italiana (dipenderà dalle valutazioni del Range Trigger, come abbiamo visto prima)

- Separazione dallo scudo termico, si staccherà circa 20 secondi dopo il dispiegamento del paracadute

- Separazione della backshell alle 21:54 ora italiana

- Touchdown tramite sky crane, una sorta di gru aerea che farà scendere dolcemente il rover, calandolo appeso a dei cavi di nylon. Dovrebbe avvenire ad una velocità di 2,7 km / h intorno alle 21:55 ora italiana.

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore ed image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno".
Amo le missioni robotiche inviate 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!

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