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Il primo sorvolo di Mercurio della missione BepiColombo

Il 2 ottobre all’1.35 ora italiana la sonda spaziale passerà a 200 km dalla superficie del pianeta. A bordo un esperimento, il Mercury Orbiter Radioscience Experiment (MORE), sviluppato dal team guidato da Luciano Iess della Sapienza, che permetterà di determinare la gravità e l’orbita del corpo celeste più vicino al sole.

La sonda spaziale BepiColombo, lanciata il 20 ottobre 2018 dal Centro spaziale di Kourou nella Guyana francese, è in viaggio verso Mercurio, la sua destinazione finale. Il primo dei sei sorvoli del pianeta più vicino al Sole avverrà il 2 ottobre 2021 all’1.35 ora italiana (23.15 del primo ottobre, ora di Greenwich), quando la sonda passerà a 200 km dalla superficie.

BepiColombo ha già effettuato con successo un sorvolo della Terra, il 10 aprile 2020, e due sorvoli di Venere, il 20 ottobre 2020 e il 10 agosto 2021. Questi incontri ravvicinati hanno lo scopo primario di modificare la traiettoria della sonda, facendole acquistare velocità sufficiente per la cattura finale da parte della gravità di Mercurio, prevista per la fine del 2025. Ma allo stesso tempo sono anche un primo assaggio di quanto verrà poi osservato con assai maggiore dettaglio nella missione primaria, quando BepiColombo orbiterà attorno al pianeta per due anni.

BepiColombo nasce dalla collaborazione tra l’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e la JAXA (Agenzia Spaziale Giapponese). Prende il nome dallo scienziato italiano Giuseppe (da cui Bepi) Colombo, che diede un contributo fondamentale allo studio di Mercurio. La sonda è composta da tre moduli principali: il modulo MPO (Mercury Planetary Orbiter) e il modulo MTM (Mercury Transfer Module) sviluppati dall’ESA, il terzo modulo MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) sviluppato dalla JAXA. Con la sofisticata strumentazione scientifica di bordo, BepiColombo vuole rispondere ad alcune domande fondamentali per comprendere la formazione e l’evoluzione del pianeta: qual è la sua struttura interna, dal nucleo alla superficie? Quali sono gli elementi e i minerali di cui è composto? Qual è l’origine del campo magnetico e come interagisce con il vento solare, un flusso di particelle alla velocità di 400 km/s?

Quattro dei sedici esperimenti scientifici di BepiColombo sono italiani. Tra questi, l’esperimento di radioscienza, MORE (Mercury Orbiter Radioscience Experiment), è guidato dal professor Luciano Iess del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza, coadiuvato da un gruppo internazionale di scienziati e ingegneri. In Italia, collaborano le Università di Pisa e Bologna, l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l’Università d’Annunzio. Gli obiettivi scientifici di MORE sono la determinazione della struttura interna di Mercurio attraverso misure di precisione della gravità del pianeta, la ricerca di violazioni della teoria della relatività generale di Einstein e la dimostrazione in volo di un nuovo e avanzato sistema di navigazione spaziale.

Il primo sorvolo di Mercurio della missione BepiColombo. Immagine ESA

Mercurio è il pianeta più vicino al Sole, dove la curvatura dello spazio-tempo, prevista da Einstein nel 1915, è più accentuata. Tale curvatura produce “anomalie” nell’orbita del pianeta (tra cui la famosa precessione del perielio) e nella propagazione della luce e dei segnali radio (compresa la deflessione osservata durante l’eclisse solare del 1919). Circa un secolo dopo, MORE consentirà di verificare a un livello di precisione mai raggiunto finora se la relatività einsteniana rimane una teoria valida della gravità. I primi esperimenti di fisica fondamentale sono già cominciati nel marzo 2021 e proseguiranno fino alla fine della missione, nel 2027.

MORE si prefigge di raggiungere tali obiettivi scientifici tramite l’utilizzo di segnali radio scambiati tra grandi antenne di terra (34 m di diametro) ubicate in Argentina e California, e uno strumento di bordo, il KaT (Ka-band Transponder), realizzato da Thales Alenia Space Italia con la collaborazione del team di Sapienza e finanziato dall’Agenzia spaziale italiana. L’avanzato sistema radio renderà possibile misurare la distanza della sonda con precisione di pochi centimetri e la sua velocità a livello di alcuni millesimi di millimetro al secondo. I dati di un altro strumento italiano (Italian Spring Accelerometer – ISA) saranno utilizzati per misurare tutte quelle accelerazioni della sonda non riconducibili alla gravità, permettendo di ottenere una determinazione più precisa del moto della sonda.

Il ruolo fondamentale che svolge l’esperimento MORE all’interno della missione BepiColombo conferma Sapienza come un polo centrale della ricerca per le tematiche di struttura ed evoluzione planetaria, fisica fondamentale e sistemi di navigazione interplanetaria.

Testo, foto e video dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Mercurio è un pianeta che vanta diversi primati.

Dal 2006, anno in cui Plutone è stato declassato a pianeta nano, Mercurio è diventato il pianeta più piccolo del sistema solare. I suoi 4878 km di diametro sono ⅓ del diametro terrestre. Essendo poi il più interno, è anche il più veloce a ruotare attorno al Sole: Mercurio completa l’intera orbita in appena 88 giorni terrestri. Ha proprio le ali ai piedi, come si suol dire! Difatti, questa locuzione si riferisce ai sandali alati del dio Mercurio, il messaggero degli dei, e il simbolo astronomico del pianeta altro non è che una stilizzazione del caduceo, il bastone del dio.

La velocità orbitale di Mercurio, cioè la velocità di rotazione attorno al proprio asse, è, invece, molto bassa: impiega ben 58 giorni terrestri a compiere un giro completo su se stesso (giorno sidereo), ma tra un’alba e la successiva (giorno solare) passano ben 176 giorni terrestri. Per essere più precisi, Mercurio compie 3 rotazioni ogni due rivoluzioni; si dice che è in risonanza 3:2. Quindi, su Mercurio il Sole sorge in un dato anno e tramonta nel successivo!

L’orbita più eccentrica del sistema solare è la sua: il valore di 0.205 è ben 15 volte l’eccentricità dell’orbita del nostro pianeta. L’eccentricità misura quanto l’orbita è “schiacciata”. Un’eccentricità così elevata porta ad una grande differenza tra la distanza del punto dell’orbita più vicino al Sole (perielio) e di quello più lontano (afelio) del pianeta. Il primo dista circa 0.30 AU dalla nostra stella, mentre il secondo circa 0.46 AU. Per via di un’orbita parecchio eccentrica e della risonanza 3:2, su Mercurio potremmo assistere ad un fenomeno curioso: il Sole sorge, si innalza nel cielo, poi ecco che ritorna un poco indietro per proseguire, infine, la sua strada verso il tramonto.

Mercurio ha anche una spaventosa escursione termica tra giorno e notte: per via della rotazione quasi sincrona con il Sole e della totale mancanza di atmosfera, si passa da un minimo notturno di -180° C ad un massimo di oltre 420° C.

La precessione del perielio dell’orbita mercuriana ha il valore più elevato del sistema solare. Troppo elevato, secondo i calcoli della fisica classica. Per anni si è cercata una spiegazione, arrivando addirittura a ipotizzare la presenza di un pianeta ancora più piccolo e interno a Mercurio che fu battezzato Vulcano. Era il 1859. Bisogna aspettare il 1916 e la teoria della relatività generale di Einstein per risolvere l’enigma. Da allora il pianeta Vulcano esiste solo nella saga fantascientifica Star Trek.

Lo sapevate, inoltre che Mercurio ha anche la coda? Proprio come le comete! È l’unico pianeta in cui è stata individuata una sorta di coda cometaria che si forma per surface sputtering, un processo a cui concorre la vicinanza del Sole e la bassissima attrazione gravitazionale del piccolo pianeta.

Infine, l’ultimo record che indichiamo, è la presenza di un grosso nucleo (che occupa il 40% del volume dell’intero pianeta), che si suppone essere il più ferroso del sistema solare. La scoperta di un nucleo così massiccio si deve alla Mariner 10 della NASA, la prima missione spaziale a visitare Mercurio nel 1974, che scoprì un campo magnetico piuttosto intenso per le ridotte dimensioni del pianeta.

Il Polo Nord di Mercurio, coi crateri dove non arriva mai la luce solare. Foto NASA in pubblico dominio

Nel 2004 fu il turno di MESSENGER, sempre della NASA, che raggiunse Mercurio nel 2008. MESSENGER verificò la presenza di ghiaccio d’acqua ai poli, sul fondo di alcuni crateri in cui non arriva mai la luce solare.

La sonda rimase in orbita sino al 2011, terminando la missione con uno schianto sul pianeta che lasciò un piccolo cratere sulla superficie . Mercurio non se la prese troppo a male per il nuovo cratere, dato che era già pesantemente butterato dall’impatto dei meteoriti che via via sono caduti sul pianeta. I crateri più grandi prendono il nome di bacini. Tra questi, spicca il bacino Caloris, che con i suoi 1500 km di diametro potrebbe contenere tranquillamente tutta l’Italia.

Immagine di Mercurio dalla sonda MESSENGER (2008). Foto NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington NASA/JPL, ritoccata da jjron, in pubblico dominio

A fine 2018 è partita la missione ESA Bepi Colombo, nome scelto in onore del fisico padovano Giuseppe Colombo, il primo a trovare la risonanza 3:2 tra periodo orbitale e di rotazione. Quattro degli undici strumenti a bordo hanno principal investigator italiani. Bepi Colombo entrerà nell’orbita mercuriana tra 7 anni per scoprire nuove e interessanti caratteristiche di questo bizzarro pianeta.

Mercurio — Il cratere Abedin. Foto NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington, pubblico dominio

Video a cura di Inter Nos: Silvia Giomi e Marco Merico

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