Quasi tutto pronto per la missione della sonda Solar Orbiter

di Emanuele Azzità

Ormai all'ESA (European Space Agency) è quasi tutto pronto. Nel 2018 la sonda Solar Orbiter sarà lanciata verso il Sole per una missione avveniristica, mai tentata prima. Solar Orbiter porterà una decina di strumenti di misurazione e di osservazione. Tra questi ci sarà il coronografo Metis, uno strumento sofisticato e unico nel suo genere, lungo 800 mm, con lo scopo di osservare la corona solare non solo nella luce visibile ma anche in quella ultravioletta.

Dalla Terra la corona solare la possiamo ammirare e studiare solo durante i pochi minuti che accompagnano un'eclissi totale di Sole. Ciò accade quando il disco della Luna si sovrappone a quello solare coprendolo perfettamente. È a questo punto che nell'oscurità del cielo si allarga una grande corona di luce che circonda il disco nero dell'eclissi. Anche se è molto meno luminosa del disco solare, la comprensione della corona ha un ruolo molto importante per la fisica solare per lo studio degli effetti del Sole sulla Terra. Si estende nello spazio per milioni di Km e la sua natura fisica non è ancora del tutto compresa. La temperatura, per esempio, è di un milione di gradi, contro i poco meno di 6 mila gradi Kelvin della superficie del Sole. Il coronografo è lo strumento che consente di studiare la corona anche quando non c'è l'eclissi. Si tratta di un telescopio con un cono d'ombra centrale che copre esattamente il disco solare in modo da avere nello strumento lo stesso effetto che si ha in un’eclissi totale.
"Metis avrà un disegno ottico innovativo - spiega l'astrofisico solare Alessandro Bemporad dell'Osservatorio di Pino Torinese - rispetto a tutti gli altri coronografi costruiti fino adesso, perché dovrà ridurre la quantità di calore che entrerà nel telescopio". Per la prima volta infatti una sonda si avvicinerà al Sole a una distanza 0,28 UA (1 Unità Astronomica è pari alla distanza Terra-Sole = 150 milioni Km – n.d.r.), circa 42 milioni di Km, ossia all'interno dell'orbita del pianeta Mercurio. Un altro aspetto inedito della missione Solar Orbiter è che si potranno osservare per la prima volta in assoluto i poli del Sole, molto importanti per capire il ciclo di attività solare. Dalla Terra non è possibile osservarli e non lo è stato nemmeno per sonde come SOHO (Solar and Heliospheric Observatory è un telescopio spaziale lanciato nel 1995 in un progetto comune dell'ESA e della Nasa - n.d.r.) perché la loro orbita, essendo sull'eclittica, non lo consentiva. Per raggiungere la posizione orbitale attorno al Sole in modo da permettere tali osservazioni, la sonda subirà più volte un effetto fionda gravitazionale con il pianeta Venere. Ossia sfrutterà il campo gravitazione del pianeta per accrescere la sua velocità e deviare nella traiettoria prestabilita.

Con l'avvicinarsi al Sole i periodi di comunicazione saranno limitati o cesseranno del tutto. Per questo le osservazioni non saranno continue, ma avranno tre finestre di 10 giorni ciascuna. Un mese per ogni periodo orbitale. Un'orbita dura sei mesi, quindi saranno a disposizione solo due mesi d'osservazione all'anno. In tale fase la sonda dovrà anche prendere delle decisioni autonomamente, come la chiusura della porta degli strumenti nel caso di un'eruzione solare particolarmente violenta. Per questo i dati raccolti saranno memorizzati per poi essere ritrasmessi a Terra successivamente. L'insidia più grave verrà dalla radiazione solare, come spiega il dott. Bemporad "avvicinandosi al Sole essa aumenta col quadrato della distanza. Quando ci troveremo alla distanza minima di poco più di un quarto della distanza Terra-Sole, tale radiazione sarà 13 volte quella ricevuta dal nostro pianeta!" Lo scopo non sarà quello di compiere un'osservazione continuata, ma di fare delle scoperte nuove! "Nello spazio vuoto - continua lo scienziato - c'è un solo modo per dissipare il calore: quello di riemetterlo per radiazione. Ovviamente non si può espellerlo per conduzione o convenzione! Lo scudo termico della sonda deve quindi essere isolato conduttivamente dal resto dello spacelab in modo che il calore trasferito all’interno della sonda sia il minimo possibile. Gli unici strumenti a sbucare fuori saranno i telescopi!"
Nella frenesia di adempiere alle scadenze programmate per giungere al lancio il prossimo anno, gli scienziati non dimenticano altri impegni spaziali. Il Proba-3 sarà lanciato nel 2019. Sarà una missione ingegneristica, come tutte le missioni Proba dell'ESA. Lo scopo sarà di mettere in orbita due satelliti in formazione di volo con un'altissima precisione formando il coronografo più grande mai costruito dall’uomo. Viaggeranno a una distanza di circa 150 m e saranno allineati nella direzione che li separa con la tolleranza di 1 mm. Per l'altra direzione, perpendicolare alla congiungente i due satelliti, verrà richiesta una precisione di 50 microns! Tecnicamente anche quest'impresa non avrà precedenti. "Il Proba-3 avrà una notevole rilevanza scientifica - spiega il dott. Bemporad - perchè uno dei satelliti trasporterà un occultatore che andrà a creare un'eclissi artificiale per il coronografo che si troverà a bordo dell'altro satellite. Sarà una possibilità unica perché con un occultatore così lontano sarà possibile osservare la parte più interna della corona cosa impossibile con gli altri coronografi di cui disponiamo."
"Noi non ci pensiamo mai -continua lo scienziato- ma quando si verifica il miracolo dell'allineamento del Sole con la Luna e la Terra in modo da avere un'eclissi totale, quella è l'occasione perfetta che ci offre la natura per osservare la corona solare!" Pochi minuti per osservare il fenomeno fin nella parte più bassa presso il bordo del Sole, mentre col Proba-3 con un occultatore già abbastanza lontano si cercherà di avere artificialmente la stessa condizione per ben 6 ore al giorno.
Per tornare alla missione Solar Orbiter, il costo sostenuto dall'ESA per il satellite e gli strumenti sarà di 500 milioni di Euro. Altri 300 milioni saranno a carico della NASA che si occuperà del lancio. L'onere italiano riguarderà soltanto Metis il cui costo sarà di circa 20 milioni di Euro finanziati quasi per intero dall' Agenzia Spaziale Italiana. Un costo irrisorio se si pensa che tre anni fa un noto calciatore è stato pagato 6o milioni di Euro o che gli italiani spendono in cosmetici quasi 2 miliardi l'anno! Il nostro paese non ha costruito per intero lo strumento, ma è a capo del consorzio industriale che ne ha fabbricato le diverse componenti. Il Principal Investigator è la professoressa Ester Antonucci dell'Osservatorio di Pino Torinese. Nel team sono presenti scienziati dell'Osservatorio di Pino Torinese e di varie Università o Osservatori italiani come Padova, Firenze, Catania, Napoli e molti altri istituti di ricerca. Lo strumento è il frutto del lavoro e della collaborazione anche di diverse aziende italiane impegnate nel campo aereospaziale come la Thales Alenia di Torino, Selex Galileo e altre.