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Astronomia

La Luna e la Terra in posa per la camera JANUS durante il primo flyby di JUICE

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Luna Terra flyby JANUS La Terra ripresa all’alba del 20 agosto 2024 dalla camera ottica JANUS a bordo di JUICE. Nella foto viene ripresa l'isola di Hawai'i (la macchia scura sulla sinistra), la più grande isola dell'arcipelago delle Hawaii nel Pacifico centrale degli Stati Uniti. La visuale è molto radente, dopo poco la Terra è uscita dal campo di vista di JANUS. Crediti: team JANUS (INAF, ASI, DLR, CSIC-IAA, OpenUniversity, CISAS-Università di Padova e altri partner internazionali)

LA LUNA E LA TERRA IN POSA PER LA CAMERA JANUS DURANTE IL PRIMO FLYBY DI JUICE

Nelle immagini raccolte dalla sonda ESA, oltre 400, crateri e paesaggi lunari, le isole degli arcipelaghi delle Hawaii e delle Filippine e immensi banchi di nuvole sull’Oceano Pacifico. Lo strumento italiano funziona alla perfezione.

Roma, 23 agosto 2024 – Si chiama JANUS la camera ottica che viaggia da oltre un anno a bordo della sonda ESA JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) e nei giorni scorsi – durante il primo flyby del sistema Luna-Terra della storia – ha acquisito immagini straordinarie del nostro satellite naturale e del nostro pianeta. La fionda gravitazionale doppia è avvenuta con successo la notte tra il 19 e 20 agosto scorsi: tale manovra, mai realizzata in precedenza anche per i notevoli rischi, ha permesso a JUICE di cambiare velocità e direzione di volo, preparando la sonda al successivo sorvolo ravvicinato di Venere previsto per agosto 2025.

La camera JANUS è stata progettata per studiare la morfologia e i processi globali regionali e locali delle lune ghiacciate di Giove e per eseguire la mappatura delle nubi del gigante gassoso. Lo strumento è stato realizzato da un consorzio di industrie a guida Leonardo sotto la responsabilità dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). La camera JANUS è stata realizzata anche grazie alla collaborazione con l’agenzia tedesca DLR, il CSIC-IAA di Granada e il CEI-Open University di Milton Keynes. La responsabilità scientifica dello strumento è dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

La Luna e la Terra in posa per la camera JANUS durante il primo flyby di JUICE. Gallery

“Dopo oltre 12 anni di lavoro per proporre, realizzare e verificare lo strumento, questa è la prima occasione per toccare con mano dati simili a quelli che acquisiremo nel sistema di Giove a partire dal 2031”, commenta Pasquale Palumbo, ricercatore all’INAF di Roma e principal investigator del team che ha progettato, testato e calibrato la fotocamera JANUS. “Anche se il flyby è stato pianificato esclusivamente per facilitare il viaggio interplanetario fino a Giove, tutti gli strumenti a bordo della sonda hanno approfittato del passaggio in prossimità di Luna e Terra per acquisire dati, provare operazioni e tecniche di elaborazione con il vantaggio di conoscere già cosa stavamo osservando”, aggiunge.

“L’insieme degli strumenti italiani a bordo della missione JUICE è quanto di più tecnologicamente avanzato sia stato mai realizzato e consentirà di ottenere dei risultati scientifici di assoluta rilevanza consolidando la posizione di leadership raggiunta dall’Italia nell’ambito dell’esplorazione del sistema solare”, dichiara Barbara Negri responsabile dell’ufficio Volo Umano e Sperimentazione Scientifica dell’ASI. “Infatti, la nostra agenzia ha coordinato e gestito, oltre alla realizzazione della camera JANUS, la realizzazione del radar sotto-superficiale RIME, la realizzazione dell’esperimento di radio scienza 3GM e la realizzazione della testa ottica dello spettrometro MAJIS a guida francese”, prosegue.

“A poco più di un anno dal lancio di JUICE, questo doppio passaggio ravvicinato ha rappresentato una pietra miliare per il viaggio della sonda verso la sua destinazione finale, commenta Angelo Zinzi responsabile per l’ASI dello strumento JANUS.

“Oltre ad aver ottenuto l’assistenza gravitazionale richiesta, i vari strumenti sono stati accesi e hanno operato in modalità simili a quelle attese intorno a Giove e ai suoi satelliti: i dati sono stati ottenuti, inviati a terra e processati così come previsto, mostrando l’ottima preparazione dei team di strumento coinvolti. La camera nel visibile JANUS e lo spettrometro MAJIS hanno inoltre sfruttato la possibilità di acquisire immagini quasi contemporanee con il satellite multispettrale PRISMA dell’ASI. Dopo un lungo lavoro di preparazione tra i vari team coinvolti è stato infatti possibile ottenere una serie di osservazioni PRISMA da poter confrontare con quelle di JANUS e MAJIS: queste saranno molto utili per testare le procedure di calibrazione e l’accuratezza dei due strumenti di JUICE coinvolti, così da rendere più robusto il lavoro scientifico futuro”, prosegue Zinzi.

“Mentre la Luna offre il vantaggio di conoscere quello che osserviamo – spiega Palumbo – il problema della Terra è la sua estrema variabilità temporale; si pensi alle nuvole che si muovono e cambiano nell’arco anche di minuti. Per ovviare a questo abbiamo pianificato osservazioni contemporanee con satelliti di osservazione della Terra: questo ci garantirà un termine di confronto.

Lo strumento italiano è equipaggiato con un sistema di 13 filtri (5 a banda larga e 8 a banda stretta) distribuiti nell’intervallo spettrale dal visibile al vicino infrarosso. Avere immagini della stessa zona in diversi filtri permette ai ricercatori di avere molto di più di semplici immagini a “colori”: le fotocamere che conosciamo acquisiscono le immagini con tre diversi filtri (rosso, verde e blu o RGB) depositati a scacchiera sullo stesso sensore, mentre JANUS ne posiziona ben 13 davanti al rivelatore coprendo un intervallo più ampio di quello percepibile dall’occhio umano.

Lo scopo primario dei dati raccolti da JANUS durante il doppio flyby è stato quello di valutare prestazioni e funzionalità dello strumento, non di eseguire misure scientifiche. Per questa ragione, le immagini (circa 200 della Luna e altrettante della Terra) sono state acquisite a diversi intervalli temporali, con diversi filtri, numerosi fattori di compressione e altrettanti tempi di integrazione.

“In alcuni casi – sottolinea il ricercatore – abbiamo provocato volontariamente un peggioramento della qualità utilizzando tempi di integrazione lunghi, ottenendo immagini per così dire ‘mosse’, in modo da testare algoritmi di recupero della risoluzione. In altri casi abbiamo parzialmente saturato l’immagine per studiare gli effetti indotti sulle zone non saturate”. E aggiunge: “abbiamo anche misurato per la prima volta e meglio del millesimo di grado l’allineamento fra il laser altimetro e la camera. Questo è un dato essenziale per integrare le risposte dei due strumenti”, dice Palumbo. Le immagini pubblicate oggi sono preliminari e non elaborate per un utilizzo scientifico.

Palumbo conclude commentando le immagini della Terra raccolte all’alba del 20 agosto: “L’osservazione della superficie dei satelliti ghiacciati di Giove, come per la Luna, non è disturbata dall’atmosfera. Al contrario, Giove è una gigantesca, dinamica e turbolenta atmosfera. Le immagini di JANUS della Terra, con diversi filtri, possono simulare quello che potremo fare a Giove: osservare diversi strati e componenti dell’atmosfera semplicemente cambiando filtro”.

JANUS permetterà l’acquisizione di immagini multi spettrali dei satelliti ghiacciati di Giove a una risoluzione e con una estensione 50 volte migliore delle camere inviate nel sistema gioviano in passato. La camera include anche un computer con un software che controlla tutte le funzionalità dello strumento, riceve i comandi e invia telemetria e dati a terra attraverso la grande antenna parabolica di JUICE.

Tutte le operazioni si sono svolte secondo quanto programmato e, come confermato dalle telemetrie, completate con successo. Attualmente i dati che stanno piano piano arrivando a terra, anche da RIME, 3GM e MAJIS (gli altri strumenti italiani) sono al vaglio del team scientifico.

Dopo il lancio della missione nell’aprile del 2023, le manovre gravitazionali previste nella tabella di marcia di JUICE sono fondamentali per avvicinare sempre di più la sonda verso il sistema di lune gioviano, che dista in media 800 milioni di km dal nostro pianeta, con il minor dispendio di propellente. Il sorvolo di Venere nel 2025 spingerà JUICE di nuovo verso la Terra. Gli altri flyby sono previsti a settembre 2026 e a gennaio 2029; l’arrivo su Giove è invece in programma per luglio 2031.

 

Per ulteriori informazioni:

Leonardo è responsabile industriale per la realizzazione, integrazione e test dello strumento JANUS, con il contributo di sottosistemi dal DLR di Berlino, CSIC-IAA di Granada e CEI-Open University di Milton Keynes. Le Agenzie Spaziali Italiana, Tedesca, Inglese (ASI, DLR e UKSA), con il Ministero della Ricerca Spagnolo, sono i principali finanziatori del progetto. JANUS è stata sviluppata da un team internazionale composto da Istituti e ricercatori situati in Italia, Germania, Spagna, Gran Bretagna, Francia, Usa, Giappone e Israele. Il team è guidato dall’INAF-IAPS di Roma e include partecipanti anche da altri istituti INAF (gli Osservatori di Padova, Roma, Napoli, Teramo e Catania), dal CISAS-Università di Padova e da altri istituti di ricerca e università.

Gli altri strumenti italiani a bordo della missione JUICE
RIME (Radar for Icy Moon Exploration) è un radar sottosuperficiale ottimizzato per penetrare la superficie ghiacciata dei satelliti Galileiani fino alla profondità di 9 Km con una risoluzione verticale fino a 30 m. Il radar RIME, è stato realizzato con la il contributo del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA che ne ha fornito la parte ricevente e trasmittente e ricevente.
3GM (Gravity and Geophysics of Jupiter and the Galilean Moons) è uno strumento per radio scienza che comprende un transponder in banda Ka e un oscillatore ultrastabile (USO), realizzato in collaborazione con l’agenzia spaziale Israeliana (ISA). Sarà utilizzato per studiare il campo di gravità fino alla decima armonica di Ganimede e l’estensione degli oceani interni sulle lune ghiacciate. L’esperimento 3GM sarà inoltre supportato dall’accelerometro ad alta precisione (HAA) necessario per calibrare i disturbi dinamici interni del satellite, in particolare dovuti al movimento del propellente nei serbatoi.
Importante, inoltre, il coinvolgimento italiano per la testa ottica dello strumento MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer), uno spettrometro iper-spettrale a immagine per osservare le caratteristiche e le specie minori della troposfera di Giove nonché per la caratterizzazione dei ghiacci e dei minerali sulle lune ghiacciate. MAJIS, di responsabilità francese è stato realizzato con un accordo bilaterale tra ASI e CNES e vede la partecipazione dell’INAF nel coordinamento delle attività scientifiche dello strumento.

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Testo, video e immagini dall’Ufficio stampa dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

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Fisica

Importanti sviluppi per l’informatica quantistica: un meccanismo di simmetria protegge l’annealing quantistico

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l'immagine rappresenta, attraverso una mappa di calore, quanto uno spin del sistema influenza lo stesso spin ad una certa distanza nel tempo (immaginario, per rappresentare gli effetti quantistici). La funzione di correlazione parte da un valore 1 (distanza d=0) e diminuisce man mano che ci si allontana nel tempo: da come tale correlazione diminuisce è possibile determinare l'energy-gap del sistema, ovvero la differenza tra lo stato ad energia minima ed il primo stato eccitato

Importanti sviluppi per l’informatica quantistica dalla nuova ricerca del Premio Nobel Giorgio Parisi: un meccanismo di simmetria protegge l’annealing quantistico

Una ricerca della Sapienza, del Consiglio nazionale delle ricerche e dell’Università Complutense di Madrid ha esaminato l’applicazione della tecnica del quantum annealing alla risoluzione di problemi di ottimizzazione. I risultati, pubblicati su Nature, confermano la possibilità dell’utilizzo di questo metodo sotto specifiche condizioni con una efficacia potenzialmente superiore a quella ottenuta con tecniche tradizionali.

L’informatica quantistica è un campo interdisciplinare che sfrutta i principi della meccanica quantistica per elaborare informazioni in maniera più veloce ed efficiente rispetto ai computer classici. Una delle applicazioni più promettenti di questa tecnologia è il quantum annealing, una tecnica di ottimizzazione che utilizza il calcolo quantistico per risolvere problemi complessi trovando il minimo energetico di una funzione.

In questo contesto risultano molto utili i vetri di spin (spin glass), un prototipo di sistema disordinato complesso con una dinamica fortemente influenzata da effetti quantistici.

Comprendere nel dettaglio la fase critica di uno spin glass quantistico, quando cioè il suo comportamento cambia in modo drammatico al variare del campo magnetico, è un problema di grande interesse teorico, dato che per più di venti anni si sono confrontate due teorie contrastanti senza giungere a una conclusione universalmente accettata, ma anche dal grande valore applicativo, poiché permetterebbe di comprendere se il processo di annealing quantistico possa offrire un reale vantaggio nella risoluzione di problemi di ottimizzazione combinatoria. Tra questi anche quello molto celebre del commesso viaggiatore, che consiste nel trovare il percorso più breve che permette di visitare una serie di città una sola volta ciascuna e di tornare al punto di partenza.

Per rispondere a questi interrogativi, nuove tecniche di simulazione in grado di superare l’attuale stato dell’arte nel settore sono stato sviluppate dal Premio Nobel e Accademico dei Lincei Giorgio Parisi della Sapienza, da Massimo Bernaschi dell’Istituto per le applicazioni del calcolo del Consiglio nazionale delle ricerche CNR-IAC) e da Isidoro González-Adalid e Víctor Martín-Mayor dell’Università Complutense di Madrid. I risultati ottenuti, pubblicati sulla rivista Nature, mostrano che nulla impedisce al processo di annealing di trovare delle buone soluzioni in presenza di particolari condizioni.

In particolare il nuovo approccio adottato dagli scienziati ha permesso di ottenere dati con una qualità statistica sufficiente a misurare con una precisione mai raggiunta in precedenza caratteristiche del sistema quali il cosiddetto energy gap, cioè la differenza tra lo stato con energia minima ed il primo stato eccitato, che determina l’utilità del quantum annealing nel trovare soluzioni al problema di ottimizzazione considerato.

Per raggiungere l’obiettivo, sono state utilizzate circa sette milioni di ore di calcolo, fornite dall’iniziativa della comunità europea per il calcolo ad alte prestazioni euroHPC, in due delle maggiori strutture computazionali del continente: MeluXina in Lussemburgo e Leonardo, presso il CINECA in Italia. Tutto il software sviluppato per la simulazione e l’analisi è stato reso disponibile per ulteriori studi.

“I risultati ottenuti – spiega Giorgio Parisi della Sapienza – provano che un meccanismo di simmetria protegge il quantum annealing, permettendo un’efficace applicazione di questa particolare tecnica. Infatti, sotto opportune condizioni di simmetria, non ci sono ostacoli di principio nell’ottenere soluzioni di un problema di ottimizzazione tramite un processo di tipo adiabatico-quantistico, basato cioè su modifiche lente e graduali dello stato del sistema”.

I risultati ottenuti, recentemente confermati da ulteriori esperimenti eseguiti da un altro gruppo di lavoro su una piattaforma specifica, aprono la strada a nuove applicazioni e a ulteriori sviluppi nel campo dell’informatica quantistica.

informatica quantistica annealing quantistico l'immagine rappresenta, attraverso una mappa di calore, quanto uno spin del sistema influenza lo stesso spin ad una certa distanza nel tempo (immaginario, per rappresentare gli effetti quantistici). La funzione di correlazione parte da un valore 1 (distanza d=0) e diminuisce man mano che ci si allontana nel tempo: da come tale correlazione diminuisce è possibile determinare l'energy-gap del sistema, ovvero la differenza tra lo stato ad energia minima ed il primo stato eccitato
l’immagine rappresenta, attraverso una mappa di calore, quanto uno spin del sistema influenza lo stesso spin ad una certa distanza nel tempo (immaginario, per rappresentare gli effetti quantistici). La funzione di correlazione parte da un valore 1 (distanza d=0) e diminuisce man mano che ci si allontana nel tempo: da come tale correlazione diminuisce è possibile determinare l’energy-gap del sistema, ovvero la differenza tra lo stato ad energia minima ed il primo stato eccitato

Riferimenti bibliografici:

The quantum transition of the two dimensional Ising spin glass – Bernaschi M., González-Adalid I., Martín-Mayor V., Parisi G. – Nature – DOI: 10.1038/s41586-024-07647-y.

 

Testo e immagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Astronomia

JANUS: apre gli occhi la camera della sonda JUICE

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camera JANUS

APRE GLI OCCHI LA CAMERA JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator) DELLA SONDA ESA JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer )

Conclusa positivamente la cosiddetta fase di commissioning – cioè di collaudo – dello strumento ottico realizzato da Leonardo sotto la responsabilità dell’ASI e con il contributo e la guida scientifica dell’Università Parthenope di Napoli e dell’INAF.

camera JANUS
Foto della camera JANUS prima di essere stata installata a bordo della sonda JUICE. Crediti: Leonardo, DLR, IAA

Lo strumento Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator (JANUS) ha superato a pieni voti la fase di commissioning, vale a dire un vero e proprio collaudo durante il quale – a 8 milioni di km dalla Terra – ha aperto i suoi “occhi” elettronici inviando ai tecnici e ai ricercatori la cosiddetta “prima luce”, cioè la sua prima serie di immagini. La camera ottica, che viaggia ormai da poco più di un mese a bordo della sonda ESA Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), è stata progettata per studiare la morfologia ed i processi globali regionali e locali delle lune ghiacciate di Giove e per eseguire la mappatura delle nubi del gigante gassoso. Lo strumento è stato realizzato da Leonardo sotto la responsabilità dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e con il contributo e la guida scientifica dell’Università Parthenope di Napoli e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

La scorsa settimana, la camera JANUS è stata messa in funzione e comandata quasi in tempo reale dall’European Space Operation Center (ESOC) a Darmstadt, per verificare tutte le sue funzionalità hardware e software. Lo strumento italiano è equipaggiato con un sistema di 13 filtri (5 a banda larga e 8 a banda stretta) distribuiti nell’intervallo spettrale dal visibile al vicino infrarosso (0.34 – 1.08 micron). Il sistema catadiottrico del telescopio definisce un campo di vista rettangolare di 1.29° × 1.72° e permette di raggiungere la risoluzione spaziale di 7 metri nella fase orbitale intorno a Ganimede a 500 km dalla superficie, e di circa 10 km per le immagini dell’atmosfera di Giove. JANUS permetterà dunque l’acquisizione di immagini multispettrali a una risoluzione e con una estensione 50 volte migliore che in passato, garantendo notevoli passi in avanti nella conoscenza di questi mondi esotici. La camera include anche un computer con un software che controlla tutte le funzionalità dello strumento, riceve i comandi e invia telemetria e dati a terra attraverso un’interfaccia satellitare.

“JANUS è stato progettato per rispondere a molte domande scientifiche della missione JUICE”, afferma Pasquale Palumbo (INAF di Roma), Principal Investigator del team che ha progettato, testato e calibrato la fotocamera. “Lo strumento è molto flessibile, possiamo ottimizzare i parametri di acquisizione per i diversi obiettivi, requisiti di osservazione e condizioni che la camera dovrà affrontare”.

JANUS è ottimizzato per lo studio della morfologia globale, regionale e locale della superficie delle lune ghiacciate di Giove e per il monitoraggio dell’atmosfera del pianeta. Con JANUS sarà inoltre possibile studiare gli strati esterni (fino alla troposfera) dell’atmosfera di Giove e approfondire lo studio della magnetosfera in cui Giove e i suoi satelliti sono inseriti e le complesse interazioni che avvengono nel sistema.

Le attività svolte durante la fase di commissioning hanno incluso un controllo completo dell’hardware, con tutti i sottosistemi attivati e monitorati attraverso le relative telemetrie, il comando di diverse impostazioni di configurazione e l’esecuzione di operazioni scientifiche per verificare le condizioni nominali della catena di acquisizione (dal rivelatore all’interfaccia con il veicolo spaziale).

Barbara Negri, Responsabile Unità Volo Umano e Sperimentazione Scientifica dell’ASI, commenta:

“JANUS ha rappresentato una significativa evoluzione tecnologica delle camere ottiche impiegate nelle missioni di esplorazione del sistema solare. La realizzazione di questo strumento è stata molto complessa e sfidante, ma la società Leonardo ha centrato pienamente l’obiettivo, che permetterà di fare notevoli passi avanti nella conoscenza di queste lune, candidate ad ospitare eventuali forme di vita”.

Il comportamento del sistema ottico è stato verificato anche osservando un campo stellare attorno a eta Cyg, una stella binaria visibile nella costellazione del Cigno a circa 135 anni luce dal Sistema solare. La serie di “scatti” fotografici ha confermato il buono stato dell’allineamento ottico critico di JANUS e l’integrità degli elementi ottici.

“Un rapido sguardo ai dati acquisiti suggerisce che quasi tutto era nominale. Dopo questa intensa sessione sul campo, possiamo dire: abbiamo uno strumento (completamente commissionato)!”, conclude Palumbo.

Per ulteriori informazioni:

Leonardo è responsabile industriale per la realizzazione, integrazione e test dello strumento JANUS, con il contributo di sottosistemi dal DLR di Berlino, CSIC-IAA di Granada e CEI-Open University di Milton Keynes. Le Agenzie Spaziali Italiana, Tedesca, Inglese (ASI, DLR e UKSA), con il Ministero della Ricerca Spagnolo, sono i principali finanziatori del progetto. JANUS è stata sviluppata da un team internazionale composto da Istituti e ricercatori situati in Italia, Germania, Spagna, Gran Bretagna, Francia, USA, Giappone e Israele. Il team è guidato dall’INAF-IAPS e include partecipanti anche da altri Istituti INAF (gli Osservatori di Padova, Roma e Catania), dal CISAS-Università di Padova e da altri istituti di ricerca e università.

Testo, video e immagini dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

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Astronomia

Spettrometro italiano darà risposte sulla presenza di vita su Marte

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Spettrometro italiano Ma_MISS darà risposte sulla presenza di vita su Marte

UNO SPETTROMETRO ITALIANO CI DARÀ RISPOSTE DECISIVE SULLA PRESENZA DI VITA SU MARTE

Progettato per studiare la mineralogia e le proprietà fisiche del sottosuolo marziano, lo spettrometro italiano Ma_MISS a bordo del rover Rosalind Franklin della missione ESA ExoMars potrà rivelare anche la presenza di sostanze organiche tra cui l’acido benzoico, sostanza già trovata su Marte dal rover Curiosity. Lo dimostra uno studio pubblicato su Astrobiology, guidato da ricercatori e ricercatrici dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e dell’Università Aix-Marseille.

Il sistema di misurazione di DAVIS, il nuovo modello di laboratorio dello strumento Ma_MISS.
Crediti: INAF/ASI/Ma_MISS team

Uno degli strumenti a bordo del rover Rosalind Franklin dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che esplorerà Marte nell’ambito del programma ExoMars, è l’italiano Ma_MISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies), realizzato da Leonardo, con il finanziamento e coordinamento dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e la supervisione scientifica dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). La missione si propone di rispondere a uno degli interrogativi più affascinanti mai affrontati dall’umanità: c’è, o c’è mai stata, vita sul Pianeta rosso?

Spettrometro italiano Ma_MISS darà risposte sulla presenza di vita su Marte
Uno spettrometro italiano darà risposte sulla presenza di vita su Marte. Dettaglio del trapano e di un campione di test trivellato: si nota la luce che fuoriesce dalla finestra di zaffiro dello strumento Ma_MISS.
Crediti: INAF/ASI/Ma_MISS team

Ma_MISS è uno spettrometro miniaturizzato a fibra ottica, operante nelle lunghezze d’onda del visibile e del vicino infrarosso, montato all’interno del trapano del rover che perforerà il suolo marziano, per la prima volta, fino a una profondità di due metri. Il suo principale obiettivo scientifico è quello di ricostruire l’evoluzione geologica di Oxia Planum, una delle più estese e antiche pianure argillose del pianeta, selezionata per l’atterraggio e le esplorazioni del rover Rosalind Franklin. Per farlo, Ma_MISS studierà in situ la composizione delle rocce del sottosuolo e le proprietà ottiche e fisiche dei materiali, come ad esempio la dimensione dei grani. Lo strumento contribuirà inoltre alla ricostruzione dei profili verticali dei siti di perforazione per arrivare a definire i processi geologici che hanno caratterizzato l’area di studio, ricavando importanti informazioni come la mineralogia e l’eventuale presenza e distribuzione di acqua e ghiaccio nel sottosuolo. In quest’ottica, la performance dello strumento era stata inizialmente testata solo su campioni geologici per la caratterizzazione di materiale inorganico. Ora un nuovo studio guidato da ricercatori e ricercatrici dell’INAF, dell’ASI e dell’Università Aix Marseille (Francia), ha dimostrato che Ma_MISS potrà avere un ruolo fondamentale per obiettivi ancora più ampi che rappresentano il focus principale della missione: la ricerca di tracce di vita su Marte. I risultati sono pubblicati sulla rivista Astrobiology.

“Lo strumento Ma_MISS sarà l’unico ad operare realmente in situ nel sottosuolo marziano, perché l’altro spettrometro a bordo del rover (MicrOmega) opererà sul campione prelevato in profondità successivamente ad un trattamento di macinazione, che ne modifica le caratteristiche originarie” spiega Marco Ferrari dell’INAF, primo autore del lavoro. “Allora ci siamo chiesti se Ma_MISS potesse in qualche modo dare informazioni non solo mineralogiche, ma anche relative alla presenza di sostanze organiche direttamente nel sottosuolo, ovvero prima del prelievo del campione, restituendo così una informazione completa del sottosuolo inalterato. E la risposta è stata affermativa: i dati di Ma_MISS sul sottosuolo inalterato potrebbero essere fondamentali nella scelta della profondità di prelievo dei campioni della missione. L’eventuale rilevamento di materia organica da parte di Ma_MISS risulterebbe quindi cruciale nella selezione del campione di una missione deputata alla ricerca di tracce di vita passata o presente nel sottosuolo marziano”.

Per questo lavoro, il team ha condotto dapprima un primo studio della composizione di Oxia Planum attraverso dati di missioni precedenti: questo ha permesso la preparazione di una serie di campioni, partendo da analoghi della composizione del suolo marziano con l’aggiunta di sostanze organiche in diverse quantità. In particolare, i campioni analoghi marziani sono stati arricchiti con la glicina (il più semplice tra gli amminoacidi); l’asfaltite (una forma di asfalto, o bitume, presente in natura); il poliossimetilene (un polimero cristallino); e l’acido benzoico (un composto aromatico che si trova naturalmente in molte piante). I ricercatori hanno quindi ottenuto uno spettro dei diversi campioni in laboratorio, utilizzando il modello di laboratorio dello strumento Ma_MISS disponibile presso l’INAF a Roma, per poi analizzare e interpretare i dati raccolti.

“Questa ricerca mostra le potenzialità dello strumento italiano Ma_MISS nel rilevamento di sostanze organiche all’interno di campioni minerali” aggiunge Maria Cristina De Sanctis, principal investigator di Ma_MISS e co-autrice del nuovo lavoro. “Solitamente, tramite la spettroscopia, le sostanze organiche vengono rivelate intorno ai 3 micron. Con Ma_MISS invece abbiamo tentato di rivelarle nell’intervallo tra 0.5 e 2.3 micron. Come risultato abbiamo ottenuto che Ma_MISS è in grado di rilevare diverse sostanze organiche all’interno di una miscela minerale quando queste sono presenti fino alla quantità minima dell’1% in peso”.

“Inizialmente, il compito di Ma_MISS era quello di fornire un contesto mineralogico per i campioni  prelevati nel terreno marziano e che sarebbero poi stati analizzati nel laboratorio analitico presente sul rover”, dichiara Eleonora Ammannito, ASI Project Scientist dello strumento Ma_MISS e co- autrice dello studio. “Con questo studio abbiamo dimostrato che Ma_MISS può fare molto di più cioè, ovvero può fare l’identificazione diretta di alcuni tipi di materiale organico. Questo risultato dimostra la centralità dello strumento Ma_MISS rispetto all’obiettivo primario della missione Rosalind Franklin che è quello di trovare eventuali tracce di vita presente o passata sul pianeta Marte”.

Dopo la sospensione e il successivo annullamento del lancio a marzo 2022, l’ESA sta ridefinendo i dettagli della missione ExoMars Rosalind Franklin insieme a partner internazionali e industriali, con nuovi elementi europei. La partenza è attualmente prevista per il 2028.

 

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “Constraining the Rosalind Franklin Rover/Ma_MISS Instrument Capability in the Detection of Organics”, di M. Ferrari, S. De Angelis, M.C. De Sanctis, A. Frigeri, F. Altieri, E. Ammannito, M. Formisano, e V. Vinogradoff, è stato pubblicato online sulla rivista Astrobiology.

Testo e immagini dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione di Presidenza Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)

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