Gaia rivoluziona il tracciamento degli asteroidi

Una rappresentazione artistica di Gaia – © ESA/ATG medialab; background: ESO/S. Brunier

L’osservatorio spaziale Gaia è un’ambiziosa missione per la costruzione di una mappa tridimensionale della nostra galassia, grazie alla misurazione ad altissima precisione di oltre un miliardo di stelle. Nelle sue continue osservazioni di stelle distanti, Gaia sta anche rivoluzionando un ambito molto più vicino a “casa”: mappando accuratamente le stelle sta aiutando i ricercatori a tracciare asteroidi prima sconosciuti. Gaia costruisce la sua mappa galattica scansionando ripetutamente la sfera celeste. Nel corso della sua missione primaria ha osservato ciascuna del miliardo e più di stelle alla sua portata per circa 70 volte, per studiarne la posizione e la variazione di luminosità nel corso del tempo.

Alcune stelle sono talmente distanti dalla Terra che il loro movimento apparente tra due diverse immagini è molto piccolo. Perché questa differenza sia apprezzabile Gaia deve misurare la loro posizione in modo estremamente accurato. A volte Gaia individua deboli fonti di luce che si muovono in modo molto apprezzabile tra un’immagine di una certa zona del cielo e la successiva, oppure che appaiono una sola volta per poi scomparire misteriosamente. Per potersi muovere tanto rapidamente attraverso il campo visivo di Gaia, questi oggetti devono trovarsi molto più vicino alla Terra.

Controllando la posizione di questi oggetti nei cataloghi dei corpi celesti del Sistema Solare, alcuni di questi risultano essere asteroidi già noti. Altri, però, sono identificati come potenzialmente nuovi, e vengono quindi seguiti con attenzione dalla comunità degli astronomi tramite la Gaia Follow-Up Network for Solar System Objects. Tramite questo processo Gaia ha scoperto numerosi nuovi asteroidi.

Un modello in scala 1:10 del satellite Gaia – © ISAA/M. Zambianchi

Asteroidi perduti e ritrovati

Osservare direttamente gli asteroidi è importante per gli scienziati che studiano il Sistema Solare. Le osservazioni ultraprecise di Gaia forniscono un ulteriore vantaggio, ancorché indiretto, al tracciamento degli asteroidi.

«Quando tracciamo un asteroide, ne osserviamo il moto relativo rispetto alle stelle sullo sfondo per determinarne la traiettoria e predire quando tornerà visibile in futuro» ha affermato Marco Micheli del Near Object Coordination Centre dell’ESA. «Ciò significa che maggiore è la precisione con cui determiniamo la posizione delle stelle, maggiore è l’accuratezza della misurazione dell’orbita di un asteroide che passa di fronte alle stesse».

In collaborazione con l’ESO (European Southern Observatory) il team di Marco Micheli ha preso parte a una campagna di osservazione dell’asteroide 2012 TC4, un piccolo corpo celeste che doveva passare nelle vicinanze della Terra. Sfortunatamente, da quando l’asteroide venne individuato nel 2012, la sua luminosità è andata via via diminuendo nel corso del suo cammino di allontanamento dal nostro pianeta, fino a diventare inosservabile. Non era possibile, quindi, determinare con precisione dove sarebbe ricomparso in cielo in concomitanza dell’inizio della nuova campagna osservativa.

«L’area della volta celeste entro la quale l’asteroide sarebbe potuto apparire era più ampia di quella compresa nel campo visivo del telescopio» ha proseguito Micheli «quindi abbiamo dovuto cercare un modo di migliorare le nostre previsioni sulla posizione presunta dell’asteroide. Ho riesaminato la campagna osservativa del 2012 e ho notato che Gaia aveva, nel frattempo, effettuato una misurazione ancora più precisa della posizione di alcune delle stelle sullo sfondo. Ho usato tali dati per aggiornare i dati sulla traiettoria dell’asteroide, e predire dove sarebbe potuto riapparire».

«Abbiamo puntato il telescopio verso la zona di cielo che avevamo calcolato grazie ai dati di Gaia, e abbiamo ritrovato l’asteroide al primo tentativo. Il nostro obiettivo successivo era misurare accuratamente la posizione dell’asteroide, ma nelle nostre immagini c’erano pochissime stelle da poter usare come riferimento. C’erano diciassette stelle parte di un vecchio catalogo, e solo quattro misurate da Gaia. Ho effettuato i calcoli usando entrambi i gruppi di stelle».

«Più tardi quello stesso anno, quando l’asteroide era stato osservato varie volte anche da altri team e la sua traiettoria era stata meglio definita, divenne chiaro che le misure che avevo calcolato con le quattro stelle del catalogo di Gaia erano molto più accurate di quelle ottenute usando le altre diciassette stelle. È stato davvero fantastico».

In questo podcast ESA in lingua inglese, Marco Micheli racconta del suo lavoro di cacciatore di asteroidi, «il solo disastro naturale contro il quale possiamo fare qualcosa».

La stessa tecnica è ora applicata anche agli asteroidi che non sono mai stati persi, consentendo ai ricercatori di usare i dati di Gaia per determinare la loro traiettoria e le loro proprietà fisiche con un’accuratezza prima impossibile.

Questo aiuta anche ad aggiornare i modelli di popolazione degli asteroidi e la nostra comprensione di come si evolvono le loro orbite, comprese le complesse interazioni dinamiche che giocano un ruolo chiave nel deviare piccoli corpi celesti in traiettorie che potrebbero intersecare quella della Terra.

Danzando su un raggio di luce

Gaia ha una relazione complicata con il nostro Sole. Per poter misurare con la necessaria accuratezza la posizione delle stelle nella volta celeste, deve “oscurare” proprio il Sole. Lo strumento principale di Gaia, un sensibile CCD suddiviso in varie sottoparti, ne sarebbe infatti accecato. Affinché lo strumento garantisca le massime prestazioni, Gaia deve inoltre operare in un ambiente spaziale libero da sbalzi termici e sollecitazioni meccaniche. Per questo motivo ESA scelse di inviare l’osservatorio spaziale nel punto lagrangiano L2 del sistema Terra-Sole, dove Sole, Terra e Luna si trovano tutti alle sue spalle dandole la facoltà di osservare larghe porzioni di cielo senza interferenze.

Evitare l’ombra della Terra

Il Flight Control Team di Gaia, presso il centro ESA/ESOC di Darmstadt, in Germania, è responsabile per lo svolgimento delle manovre correttive necessarie a compensare le perturbazioni all’orbita che potrebbero portare Gaia a entrare nel cono d’ombra della Terra, causando delle indesiderate eclissi. Il 16 luglio 2019 il team ha svolto la più significativa di queste manovre, portando Gaia nella posizione ideale per iniziare la fase “estesa” della sua missione (quella seguente la missione primaria quinquennale) che dovrebbe durare ancora per svariati anni.

Fonte: ESA

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Marco Zambianchi

Ground Systems Engineer presso ESA/ESOC, ha fatto parte dei Flight Control Team di INTEGRAL, XMM/Newton e Gaia. È fondatore di ForumAstronautico.it e co-fondatore di AstronautiCAST. Conferenziere di astronautica al Planetario di Lecco fino al 2012, scrive ora su AstronautiNEWS ed è Presidente dell'associazione ISAA.