A cura di Andrea Bellome
Non da molto tempo le agenzie spaziali lanciano nello spazio profondo sonde interplanetarie. Sono gli anni ‘60, l’Unione Sovietica inaugura il programma Venera, gli Stati Uniti perfezionano il loro Apollo. Nel 1977, le due sonde Voyager della NASA iniziano il loro viaggio verso le regioni più remote del nostro Sistema Solare. Nel 1985, l’ESA, l’ente spaziale europeo, lancia la sua prima missione interplanetaria, Giotto, alla rincorsa della famosa cometa di Halley. La sonda Galileo della NASA parte nel 1989 alla volta di Giove, per studiare il pianeta e i suoi satelliti. Nel 1997, l’ESA lancia Cassini-Huygens verso Saturno e le sue lune.
In meno di 60 anni, la comunità scientifica ha risposto al richiamo dell’esplorazione spaziale, arrivando a concepire missioni sempre più ambiziose e stimolanti. Le recenti Parker Solar Probe (NASA, lancio avvenuto nell’agosto 2018) e Solar Orbiter (ESA, lancio avvenuto a febbraio 2020) studieranno il Sole da un punto di vista inedito, e mai esplorato prima.
Ed ora è il momento dell’ultima fatica interplanetaria dell’ESA: la missione JUICE (acronimo per Jupiter Icy Moons Explorer), alla ricerca di potenziali habitat negli oceani interni delle lune ghiacciate di Giove, in particolare di Ganimede. Programmata al lancio nel 2022, la missione prevede complessità notevoli, a partire dal raggiungimento di Giove, fino ad arrivare al tour delle sue lune e, alla fine, l’immissione in orbita intorno a Ganimede.
Lo scopo della missione è quello di studiare le condizioni che potrebbero aver portato alla creazione di ambienti abitabili nei satelliti ghiacciati di Giove. L’obiettivo principale è quello di condurre investigazioni in orbita intorno a Ganimede, in quanto essa costituisce un laboratorio naturale per l’analisi della natura, evoluzione e potenziale abitabilità dei mondi ghiacciati. In particolare, si provvederà ad analizzare la sotto-superficie della luna, alla ricerca di oceani sotterranei, oltre a studiarne le croste ghiacciate e mapparne l’intera superficie. Inoltre, Ganimede è provvista di un intrinseco campo magnetico: la missione punterà quindi ad analizzare anche la massa e la dinamica interna della luna, oltre alla sua interazione con il campo magnetico di Giove.
JUICE avrà anche il compito di analizzare l’atmosfera di Giove, per studiare i meccanismi alla base del trasporto di energia e materiale tra i suoi diversi strati. Per far tutto ciò, JUICE possiede a bordo dieci strumenti. Tra questi, il cosiddetto JANUS (di matrice italiana) consiste in una camera per studiare la morfologia delle lune e delle nuvole su Giove.
Spettrometri serviranno per analisi di immagini spettrali. Un altimetro a laser e un radar serviranno per esplorare la superficie e la sotto-superficie delle lune. Inoltre, verrà studiato il plasma nel sistema di Giove con il cosiddetto PEP (Particle Environment Package), un magnetometro e uno strumento per onde radio e plasma. Infine, l’esperimento 3GM servirà ad analizzare l’atmosfera di Giove e dei suoi satelliti, oltre a misurarne i campi gravitazionali.
Raggiungere i pianeti più esterni del nostro Sistema Solare è una sfida notevole di per sé. La Terra è distante dal Sole circa 150 milioni di chilometri; Giove più di cinque volte questa distanza, ed è pertanto necessaria molta energia per farvi arrivare una sonda. Questo è il motivo per cui, per questo tipo di missioni, si pensano manovre chiamate di ‘fionda gravitazionale’, ovvero incontri ravvicinati con pianeti (o eventualmente altri oggetti) del Sistema Solare che aiutino la sonda ad aumentare la sua energia durante il viaggio, senza spendere propellente.
In particolare, è la gravità del pianeta usato per la fionda, e la velocità della sonda stessa, che determinano la quantità di energia si può guadagnare (o, analogamente, perdere). Ovviamente, si possono usare sequenze di più pianeti per raggiungere l’orbita desiderata, ma bisogna programmare bene il lancio, in quanto i pianeti potrebbero non trovarsi in posizioni adatte lungo le loro orbite per una manovra di fionda.
Nel caso della missione JUICE, si è pensato di sfruttare una sequenza di fionde gravitazionali con la Terra, Venere e Marte. Questi pianeti sono ideali per raggiungere alte energie, in quanto permettono di aumentare l’apo-elio dell’orbita (il punto in cui la sonda è più lontana dal Sole), quindi di avvicinarsi a Giove. Allo stesso tempo, permettono di raggiungerlo con una velocità relativamente bassa, utile per un’immissione in orbita intorno al pianeta. La particolarità della sequenza di JUICE (per la precisione: Terra-Venere-Terra-Marte-Terra-Giove) è quella di fare una manovra di fionda gravitazionale con Marte, cosa piuttosto insolita dato il raro sincronismo con gli altri pianeti.
In totale, il viaggio verso Giove dura 7.5 anni. A seguito dell’immissione in orbita di Giove, avviene il primo incontro ravvicinato con Ganimede, una delle più grandi lune del gigante gassoso. È da qui che inizia il cosiddetto ‘tour delle lune’.
Il ‘tour delle lune’ consiste nel visitare le lune in orbita di Giove sfruttando lo stesso meccanismo di fionda gravitazionale già visto nel caso del viaggio interplanetario, ma in questo caso per diminuire l’energia della sonda. Il volo di JUICE intorno a Giove prevede più di 25 manovre di fionda con Callisto, Ganimede ed Europa. Ganimede stessa viene usata per ridurre la grandezza dell’orbita intorno a Giove.
Dopo altre fionde con Callisto, JUICE esegue quindi due passaggi ravvicinati con Europa, durante i quali effettua rilevamenti radar sotto la superficie. Callisto e Ganimede vengono poi usati per inclinare l’orbita di JUICE e permettere così di investigare l’ambiente di Giove lontano dal piano equatoriale. Fionde con Callisto sono utili per riportare la traiettoria all’equatore.
A questo punto, JUICE deve ridurre la velocità rispetto a Ganimede per permettere un’economica immissione in orbita. Callisto e Ganimede stessa vengono utilizzate per questo scopo. JUICE può adesso approcciare Ganimede con velocità relativamente bassa. Il trasferimento dalla ‘fase inclinata’ all’immissione dura quasi un anno. L’intero tour dura circa tre anni. JUICE rimane circa 284 giorni in orbita intorno a Ganimede.