Risolto il mistero dell’atterraggio di Huygens su Titano

Un modello in scala 1:3 di Huygens durante un test nella galleria del vento. (C) CNRS/LPC2E/PRISME

Il 14 gennaio scorso ha segnato il quindicesimo anniversario della storica discesa della sonda Huygens dell’ESA su Titano, una delle lune di Saturno, diventando di fatto la prima sonda ad atterrare sulla superficie di un altro mondo del Sistema solare esterno. Tuttavia, durante la sua discesa, la sonda aveva iniziato a ruotare in una maniera anomala sul suo asse lungitudinale, rispetto a quanto previsto. Dei recenti test hanno spiegato il perché.

Lanciata nel 1997, la missione congiunta NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens, rimane tutt’oggi una missione iconica che ha fornito un enorme contributo alla nostra comprensione del pianeta Saturno e della sua luna Titano, fin dal suo arrivo nel sistema del “Signore degli Anelli”, sul finire del 2004.

Il veicolo spaziale era composto dall’orbiter Cassini, che ha orbitato Saturno per oltre 13 anni, divenendo così il primo satellite artificiale del pianeta, e da una piccola sonda atmosferica, il lander europeo Huygens, che il 14 gennaio del 2005 è entrato nell’atmosfera di Titano per studiarne le caratteristiche. La perigliosa discesa di Huygens è durata 2 ore e 27 minuti, e i dati raccolti dalla piccola sonda hanno consentito agli scienziati di scoprire i segreti più nascosti di questa affascinante luna. Il lander è riuscito a effettuare le prime misurazioni dirette dell’atmosfera di Titano, determinandone la sua pressione, la densità e la temperatura da una quota di 1.400 km fino alla sua superficie. L’esperimento Doppler Wind Experiment (DWE) ha rilevato dei forti venti in direzione est-ovest, alcuni dei quali in grado di ruotare più velocemente della luna stessa. La sonda ha aiutato i ricercatori a spiegare i motivi per cui l’atmosfera di Titano contiene metano, azoto, dei tenui aerosol e in che quantità; oltre a rilevare evidenze di attività geologica come il criovulcanismo e la probabile presenza di un enorme oceano sotterraneo.

Attraversando e studiando la densa foschia che avvolge la luna, Huygens ha potuto visualizzare la superficie di Titano, mostrando segni di una passata attività idrogeologica, come letti di fiumi prosciugati, reti di canali di drenaggio, oltre a bacini di grandi laghi oramai asciutti. Inoltre ha rilevato la presenza di enormi dune di sabbia e ghiaccio.

Un’animazione dell’atterraggio di Huygens. © Animazione: ESA–C. Carreau/Schröder, Karkoschka et al (2012). Immagine della superficie di Titano: ESA/NASA/JPL/University of Arizona

Il mistero della rotazione contraria

Ad ogni modo, un aspetto della missione della sonda europea è rimasto coperto dal mistero: ovvero il perché Huygens ha ruotato nella direzione “sbagliata” durante la sua discesa.

La sonda è stata rilasciata da Cassini con un movimento rotazionale antiorario, a una velocità di 7,5 rotazioni al minuto. A causa della forma appositamente studiata di Huygens, questo tasso di rotazione le ha permesso di mantenere un assetto stabile durante le sue tre settimane di viaggio verso Titano e durante il suo ingresso nell’atmosfera della luna di Saturno. Benché il veicolo spaziale si stesse comportando come previsto, durante la discesa la velocità di rotazione è diminuita più rapidamente di quanto ci si sarebbe potuto aspettare, prima di iniziare addirittura, dopo dieci minuti, a ruotare in senso orario. Il nuovo senso di rotazione è stato mantenuto per le restanti 2 ore e 15 minuti di discesa. Fortunatamente la sua velocità era simile a quella che i ricercatori si aspettavano. Questo comportamento anomalo, se da un lato ha influenzato le tempistiche delle osservazioni scientifiche pianificate, dall’altro non ne ha danneggiato eccessivamente la qualità.

Degli studi svolti in precedenza sulla vorticità dei fluidi e dei test recenti eseguiti nella galleria del vento del PRISME Laboratory dell’Università di Orléans, in Francia, hanno ora confermato la causa dell’anomalia. Questo studio è stato condotto dal 2017 al 2019 con un contratto dell’ESA con LPC2E/CNRS-Università di Orléans.

La prima immagine della superficie di Titano, ripresa da Huygens il 14 gennaio 2005. © ESA/NASA/JPL/University of Arizona

Huygens era equipaggiata con 36 alette angolate che venivano utilizzate per controllare la rotazione del modulo di discesa. Tuttavia, due delle principali appendici della sonda, il Separation Subsystem (SEPS) e l’antenna Radar Altimeter (RA), alla fine hanno prodotto un’inaspettata torsione opposta a quella generata dalle alette. Questo effetto è stato amplificato dalle turbolenze create dalle stesse alette andando a rinforzare l’entità della “coppia negativa”, fino a quando non ha superato l’effetto generato dalle alette, andando in ultima istanza ad annullare prima e invertire poi, il senso di rotazione del lander. Inoltre, ci sono indicazioni che le aste dello Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) potrebbero non essersi estese completamente durante la discesa, pertanto sono stati svolti dei test con le aste in tre differenti configurazioni – ripiegate, estese e semi estese – e i risultati hanno confermato il fatto che la torsione negativa può svilupparsi nell’ambito di un’estensione non simmetrica delle aste. Questo aspetto delle indagini è attualmente ancora in fase di studio.

Un gruppo di studenti del Politecnico di Orléans ha collaborato con gli ingegneri dei laboratori di ricerca LPC2E e PRISME (CNRS-Università di Orléans). I risultati preliminari di questi studi sono stati presentati alle conferenze del 2018 e 2019 del Planetary Probe Workshop. Le informazioni ottenute dalla soluzione di questo mistero ingegneristico saranno di estrema utilità per la progettazione delle sonde planetarie atmosferiche del futuro.

Una replica di Huygens in scala 1:3 viene sottoposta alla galleria del vento. © CNRS/LPC2E/PRISME

Fonte: ESA

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Luca Frigerio

Impiegato nel campo delle materie plastiche e da sempre appassionato di spazio. E' iscritto a forumastronautico.it dal Novembre 2005 e da diversi anni sfoga parte della sua passione scrivendo per astronautinews.it. E' consigliere dell'Associazione Italiana per l'Astronautica e lo Spazio (ISAA)

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