Lucy in the sky with asteroids

Il razzo Atlas V 401 sul pad di Cape Canaveral poche ore prima del lancio. Credits: NASA/Bill Ingalls.

Oggi, sabato 16 ottobre 2021, alle 11:34 italiane (le 09:34 UTC), il razzo Atlas V in configurazione 401 (fairing da 4 metri, nessun booster ausiliario e 1 motore Centaur sul secondo stadio) è decollato dallo Space Launch Complex 41 del centro spaziale di Cape Canaveral, in Florida. Per la rampa si è trattato del centesimo volo, mentre per il vettore è stato il trentanovesimo e penultimo, con la missione JPSS-2 che sarà l’ultima servita da questa particolare versione del razzo.

Di seguito è disponibile la diretta di United Launch Alliance.

Obiettivi

Lo studio degli asteroidi troiani di Giove e della loro composizione sarà importante in quanto è ritenuto che i pianeti siano costituiti dello stesso materiale. La missione fornirà per la prima volta dati direttamente in loco, dal momento che le composizioni finora erano state ottenute da misurazioni a terra.

La sonda avrà il compito di mappare l’albedo, la forma, la distribuzione spaziale e della forma dei crateri, determinare la natura delle strutture crostali e l’età delle componenti in superficie. Verranno stimati inoltre la massa, la densità, il colore (ovvero la tendenza ad avere uno spettro più rosso o blu), la composizione e le proprietà della regolite sul suolo, oltre alla distribuzione di minerali, ghiacci e specie organiche. Lo studio dell’interno degli asteroidi sarà effettuato attraverso l’analisi di crateri, fratture, distese di ejecta e zone esposte. Un ultimo compito di Lucy sarà la ricerca di eventuali anelli e satelliti degli asteroidi troiani.

Nome

La missione è un esplicito rimando all’omonimo australopiteco trovato nel 1974 in Etiopia da un gruppo di paleontologi, che a loro volta avevano chiamato il fossile in omaggio alla canzone Lucy in the sky with diamonds dei Beatles, in radio al momento della scoperta. La scelta è stata dettata dal fatto che come i resti di Lucy sono stati un tassello fondamentale nella comprensione dell’evoluzione della specie umana, così lo saranno anche i risultati che arriveranno dalla missione NASA.

Profilo di missione

La missione effettuerà il sorvolo di 6 asteroidi troiani e di un asteroide della fascia principale, un record per una singola missione.

Dopo il lancio ci saranno due assist gravitazionali da parte della Terra e il sorvolo di (52246) Donaldjohanson, chiamato così in onore di uno degli scopritori di Lucy, l’australopiteco. Il viaggio proseguirà nella famiglia degli asteroidi troiani nel punto di Lagrange L₄ del sistema Sole-Giove, i cui nomi derivano da personaggi dello schieramento greco dell’Iliade (a parte l’intruso Ettore), incontrando in particolare (3548) Euribate nell’agosto 2027, (15094) Polymele nel settembre 2027, (11351) Leuco nell’aprile 2028 e (21900) Oro nel novembre 2028.
Successivamente l’orbita di Lucy intersecherà nuovamente quella della Terra, permettendo il passaggio nei pressi del punto lagrangiano L₅, noto anche come il campo troiano, in accordo con la tradizione di nominare gli asteroidi con i personaggi degli schieramenti opposti del poema sulla Guerra di Troia. Nel marzo del 2033 Lucy passerà nel sistema binario Patroclo e Menezio, di fatto concludendo la missione, al termine della quale rimarrà in orbita stabile, continuando ad attraversare le famiglie di asteroidi.

Traiettoria di Lucy in un sistema solidale con il Sole. Credits: NASA
Traiettoria di Lucy in un sistema solidale con Giove. Credits: NASA

Dimensioni della sonda e strumenti a bordo

Lucy sarà lunga più di 13 metri, dei quali 12 sono rappresentati dai pannelli solari, di 6 metri di diametro l’uno. Tutti gli strumenti sono situati sul corpo principale e la sonda è provvista di un’antenna ad alto guadagno di 2 metri, che permetterà di determinare la massa degli obiettivi sfruttando l’effetto Doppler del segnale radio. Lucy inoltre potrà utilizzare le terminal tracking camera, o T2CAM, per catturare immagini ad ampio campo degli asteroidi e individuarne meglio le forme.

  • L’TES (Thermal Emission Spectrometer): molto simile a quello presente su OSIRIS-REx e sul Mars Global Surveyor, è uno spettrometro a infrarossi (6–75 µm) che permetterà di analizzare l’inerzia termica e il trattenimento di calore degli asteroidi, fornendo informazioni sulla composizione e sulla struttura dei materiali sulla superficie;
  • L’LORRI (Long Range Reconnaisance Imager): visore ad alta risoluzione spaziale, pancromatico e in grado di coprire lunghezze d’onda da 0,35 a 0,85 µm, fornirà inoltre le immagini più dettagliate delle superfici degli asteroidi. Lo strumento è presente anche a bordo di New Horizons.
  • L’RALPH: strumento per vedere a colori (Multi-spectral Visible Imaging Camera, MVIC, 0,4–0,85 µm) e a infrarossi (Linear Etalon Imaging Spectral Array, LEISA, 1–3,6 µm). LEISA permetterà di registrare le linee di assorbimento per identificare i silicati, ghiacci e materiali organici che ci saranno sulle superfici degli asteroidi troiani. MVIC, invece, catturerà immagini a colori degli asteroidi troiani scelti come obiettivo, aiutando a capire la loro attività.

Ideazione e progettazione

La missione, allo stato embrionale, era già stata ideata al momento del Planetary Science Decadal Survey del 2011, un incontro tra NASA e comunità di scienze planetarie con lo scopo di individuare le aree di interesse nel decennio successivo, che individuò tra i vari obiettivi il sorvolo di alcuni asteroidi troiani di Giove. Hal Levison e Cathy Olkin vennero scelti rispettivamente come Principal Investigator (PI) e Deputy Principal Investigator grazie alla loro esperienza in materia di evoluzione planetaria: il primo era stato coautore dello studio sul modello di Nizza, che descrive l’evoluzione del sistema solare nelle prime fasi di vita, oltre che ricercatore nel campo degli asteroidi troiani, mentre il secondo era stato a capo di uno strumento di New Horizons e PI della proposta originale, che avrebbe dovuto visitare un troiano e un centauro. Il Decadal Survey del 2013 permise a Levison e Olkin di ampliare la lista di obiettivi, includendo in un primo momento Euribate e Oro e successivamente, monitorando la traiettoria per verificare il rispetto dei criteri di protezione planetaria imposti da NASA (nessun impatto con Marte o Europa per almeno 50 anni), l’asteroide binario Patroclo e Menezio. I restanti obiettivi vennero individuati solo nel corso degli anni successivi.

Migliorato quindi il potenziale osservativo della missione, nel febbraio 2015 si ebbe la candidatura ufficiale come parte della classe Discovery, che prevede un costo prima del lancio non superiore ai 450 milioni di dollari.

Un primo modello di Lucy era stato costruito in precedenza presso gli stabilimenti di Lockheed Martin prestando maggiore attenzione alla parte scientifica, in attesa di un parere positivo di NASA che avrebbe permesso di migliorare il design. Una decisione in merito arrivò il 30 settembre 2015, quando NASA selezionò Lucy e altre quattro proposte, garantendo altri 3 milioni di dollari per proseguire nello sviluppo della missione: in questa fase vennero individuati altri tre asteroidi da sorvolare, portando il totale a sette. La selezione ufficiale avvenne solo il 4 gennaio 2017, dopo altri passaggi intermedi, assieme alla sonda “sorella” Psyche.

Da allora la sonda ha iniziato la vera e propria fase di costruzione e di test, rendendo necessario anche lo sviluppo di alcuni supporti particolari per simulare il dispiegamento dei pannelli solari in condizioni di microgravità.

Asteroidi da visitare

Nel percorso dodecennale Lucy incontrerà 6 asteroidi troiani e uno della fascia principale.

  1. 52246 Donaldjohanson: asteroide più piccolo, 4 km di diametro e primo che Lucy incontrerà. Di classe C, non sarà solo un “asteroide di test” per gli strumenti della sonda: è infatti un frammento di una collisione avvenuta circa 130 milioni di anni fa che ha prodotto la famiglia degli asteroidi Erigone. Il flyby avverrà il 25 aprile 2025.
  2. 3548 Euribate, Euribate e il suo satellite Queta: significativamente più grande del precedente (64 km di diametro), sebbene ne condivida alcune caratteristiche, è anche il primo asteroide troiano che verrà visitato. È un asteroide di tipo C membro dell’unica famiglia troiana di asteroidi generati da una collisione: il flyby permetterà di capire l’origine di questa classe, presente quasi esclusivamente nella fascia principale. Il flyby avverrà il 12 agosto 2027.
  3. 15094 Polymele: il più piccolo obiettivo tra gli asteroidi troiani, è un asteroide di tipo P, come i più grandi Patroclo e Menezio. Sarà la prima volta che una sonda sorvola questo tipo di asteroidi, caratterizzati da un colore (spettrale) rosso scuro e potenzialmente ricchi di sostanze organiche. Le teorie sulla formazione di Polymele lo individuano come frammento di un asteroide di tipo P più grande, rendendo interessante la comparazione con oggetti simili più grandi. Il flyby avverrà il 15 settembre 2027.
  4. 11351 Leucus, Leuco: asteroide di tipo D con un periodo di rotazione enorme, 466 ore, che porta a elevate escursioni termiche tra dì e notte. La comparazione con altri asteroidi della stessa classe permetterà di ricavare la composizione interna, mentre le immagini potranno confermare la forma molto allungata, supposta da un forte cambiamento della luminosità tramite osservazioni da Terra. Il sorvolo è previsto per il 18 aprile 2028.
  5. 21900 Orus, Oro, da non confondere con 1924 Horus: un altro asteroide di tipo D, che verrà confrontato con Leuco, simile per il colore della superficie, e con Euribate, simile nella dimensione, ma con composizione diversa. Il passaggio avverrà l’11 novembre 2028.
  6. 617 Patroclus, Patroclo e Menezio, suo satellite: due asteroidi troiani di tipo P, con un diametro medio rispettivamente di 113 km e 103 km. Le ipotesi suggeriscono che possono essere due resti di asteroidi primordiali del Sistema Solare ancora molto giovane. L’incontro con Lucy non sarebbe stato possibile se il sistema binario, che possiede un’inclinazione orbitale molto alta (22°), non si fosse trovato in una regione di facile accesso per la sonda, che vi farà visita il 2 marzo 2033.

Eredità da altre missioni e curiosità

Come quasi tutte le missioni spaziali, anche Lucy ha beneficiato degli avanzamenti portati dalle precedenti sonde nel corso degli anni (in particolare New Horizons e OSIRIS-REx), sia in termini di sviluppo tecnologico che di esperienza dei team a terra. Un esempio riguarda l’attivazione degli strumenti durante i flyby, che non avverrà più dopo un intervallo di tempo prestabilito, ma a una precisa distanza dall’obiettivo, assicurando così una corretta tempistica di accensione.

Sulla falsa riga delle missioni Pioneer e Voyager, anche Lucy porterà una placca come una “capsula del tempo”: a differenza dei casi precedenti, però, i destinatari del messaggio non sono eventuali civiltà aliene, ma le future generazioni di esserei umani. La missione, una volta che sarà terminata, rimarrà in un’orbita stabile che la porterà periodicamente a incrociare la Terra e gli asteroidi troiani e pertanto potrebbe essere recuperata da qualche equipaggio umano in viaggio nel sistema solare.

La placca contiene citazioni di eminenti personaggi, come George Harrison e Paul McCartney (rispettivamente chitarrista e bassista dei Beatles), Albert Einstein (fisico del Novecento), Martin Luther King (attivista per i diritti degli afroamericani) e tanti altri, più conosciuti o meno, oltre che una rappresentazione della posizione dei pianeti al momento della data di lancio.

Sempre in tema di messaggi simbolici, sul fairing dell’Atlas si possono individuare tre dediche. La prima è per Craig Whittaker, un collega e amico dei team del Launch Services Program di NASA e ULA, la seconda è per William Billy Joiner II, un ex impiegato di Lockheed Martin e tecnico di ULA, e per Mark Kaz Kaszubowski, un rispettato ingegnere e mentore, ed infine la terza per il team di Lucy al Goddard Space Flight Center, in segno di riconoscenza per il lavoro svolto durante la pandemia.

Fonti: sito della missione Lucy, forumastronautico.it.

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Matteo Deguidi

Studente di astronomia presso l'Università di Padova, mi intriga e appassiona tutto quello che riguarda le missioni scientifiche e soprattutto le prossime generazioni di telescopi. Considero ISAA come una seconda famiglia, la quale mi ha dato possibilità di accedere ad un mondo di notizie che da tanto ricercavo.