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LA PIÙ ACCURATA MAPPA VULCANICA DEL SATELLITE GIOVIANO IO

Grazie ai dati raccolti dallo stumento JIRAM a bordo della missione NASA Juno, un team di ricerca a guida INAF ha identificato 242 “hot spot”, ovvero zone calde che indicano la presenza di vulcani, di cui 23 non osservati precedentemente sul satellite più interno di Giove. I dati indicano una maggiore concentrazione di punti vulcanici caldi nelle regioni polari rispetto alle latitudini intermedie. Si tratta della mappatura migliore mai ottenuta da remoto.

La più accurata mappa vulcanica del satellite gioviano Io
La più accurata mappa vulcanica del satellite gioviano Io, grazie allo strumento JIRAM. Insieme di figure chiamate “super immagini”, ottenute calcolando la media di più osservazioni JIRAM acquisite in un lasso di tempo di pochi minuti. Questo approccio riduce la possibilità di falsi positivi. Le immagini ritraggono gli hot spot di Io nel corso degli anni. Crediti: F. Zambon et al. / Geophysical Research Letters

L’infernale luna Io (la più interna fra quelle regolari del sistema gioviano) è il corpo vulcanicamente più attivo dell’intero Sistema solare. Un recente articolo pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters (GRL) fa nuova luce sulle proprietà vulcaniche di questo satellite, in particolare grazie a nuovi dati raccolti da JIRAM (Jovian InfraRed Auroral Mapper), uno degli otto strumenti a bordo della sonda NASA Juno. Finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e realizzato da Leonardo, lo strumento vede la responsabilità scientifica dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). L’articolo delinea la mappa più recente della distribuzione degli hot spot (punti vulcanici caldi) di Io prodotta con dati JIRAM da remoto alla migliore scala spaziale attualmente disponibile. I ricercatori, guidati dall’INAF, sono riusciti a ottenere, inoltre, una migliore copertura delle regioni di Io prossime ai poli rispetto al passato.

Francesca Zambon, membro del gruppo JIRAM, ricercatrice dell’INAF di Roma e prima autrice dell’articolo pubblicato su GRL, spiega:

“La mappa degli hot spot presentata nel nostro lavoro è la più aggiornata tra quelle basate su dati di telerilevamento spaziale. Analizzando le immagini infrarosse acquisite da JIRAM, abbiamo individuato 242 punti vulcanici caldi, di cui 23 non presenti in altri cataloghi e localizzati nella maggior parte dei casi nelle regioni polari, grazie alla peculiare orbita della sonda Juno”.

La ricercatrice sottolinea: “Il confronto tra il nostro studio e il catalogo più recente rivela che JIRAM ha osservato l’82% degli hot spot più potenti precedentemente individuati, e la metà degli hot spot di potenza intermedia, dimostrando quindi che questi sono ancora attivi. Tuttavia, JIRAM ha rilevato solo circa la metà degli hot spot più deboli precedentemente segnalati. Le spiegazioni sono due: o la risoluzione di JIRAM non è sufficiente per rilevare questi deboli punti caldi, oppure l’attività di questi centri effusivi potrebbe essersi sbiadita o interrotta”.

Quando la sonda spaziale NASA Voyager 1 avvicinò Io, il più interno dei satelliti galileiani di Giove, nel marzo 1979, le immagini inviate alla Terra rivelarono che la sua superficie appariva punteggiata da una moltitudine di centri vulcanici caldi, con imponenti colate laviche e pennacchi alti fino a qualche centinaio chilometri. In seguito, l’esplorazione condotta soprattutto dalla missione NASA Galileo chiarì che questi punti caldi sono moltissimi: alcune centinaia, molti dei quali con attività pressoché costante.

 

La luna Io mostra molti centri vulcanici, innescati principalmente dalle potenti forze mareali esercitate da Giove. Lo studio dell’attività vulcanica di questo satellite gioviano è la chiave per comprendere la natura dei suoi processi geologici e la sua evoluzione interna. La distribuzione degli hot spot e la loro variabilità spaziale e temporale sono importanti per definire le caratteristiche del riscaldamento delle maree e i meccanismi attraverso i quali il calore fuoriesce dall’interno.

 

Alessandro Mura, leader del gruppo JIRAM e ricercatore dell’INAF di Roma, prosegue:

“Uno dei maggiori punti aperti nella comprensione della struttura interna di Io è se l’attività vulcanica osservabile in superficie sia dovuta a un oceano di magma globale presente nel mantello, oppure a camere magmatiche che si insinuano nella crosta a minori profondità. Le osservazioni di JIRAM sono tuttora in corso, e le future immagini a maggiore definizione saranno fondamentali per meglio evidenziare i punti caldi deboli e per chiarire la struttura interna di Io”.

Giuseppe Sindoni, responsabile del progetto JIRAM per l’ASI, aggiunge:

“La superficie della luna gioviana Io è molto dinamica, con vulcani ed emissioni laviche in continua evoluzione, come dimostrato da questo importante risultato ottenuto dal nostro strumento JIRAM e dall’ottimo lavoro svolto dal team. L’estensione della missione Juno fino al 2025 ci permetterà di monitorare questa evoluzione e di comprendere meglio i processi fisici che guidano un corpo così complesso e dalle fattezze simili alla nostra Terra primordiale, anche in previsione di future missioni dedicate.”

La sonda Juno è stata lanciata ad agosto 2011 dalla base di Cape Canaveral ed è in orbita attorno a Giove dal luglio del 2016. Da allora ha percorso 235 milioni di chilometri. Juno è tuttora la sonda in orbita planetaria più distante della NASA, e continuerà le sue indagini sul pianeta più grande del Sistema solare fino a settembre 2025.

Alla fine dell’anno, il 30 dicembre 2023, durante la 57ma orbita attorno a Giove, la sonda Juno effettuerà il suo passaggio più ravvicinato in assoluto a Io, a una distanza minima di circa 4800 chilometri. Le missioni Europa Clipper della NASA e JUICE di ESA, che opereranno nel sistema di Giove negli anni 2030, non potranno mai avvicinarsi a simili distanze. Sarà quindi cruciale che Juno possa condurre osservazioni anche con JIRAM durante tutte le prossime opportunità previste nel 2023.


 

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “Io hot spot distribution detected by Juno/JIRAM”, di F. Zambon, A. Mura, R. M. C. Lopes, J. Rathbun, F. Tosi, R. Sordini, R. Noschese, M. Ciarniello, A. Cicchetti, A. Adriani, L. Agostini, G. Filacchione, D. Grassi, G. Piccioni, C. Plainaki, G. Sindoni, D. Turrini, S. Brooks, C. Hansen-Koharcheck, S. Bolton, è stato pubblicato su Geophysical Research Letters.

Testo e immagine dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF sulla mappa vulcanica di Io prodotta dallo strumento JIRAM

IXPE RIVELA NUOVI INDIZI SUI MECCANISMI ALLA BASE DELLA LUMINOSITÀ DEI BLAZAR

A poco meno di un anno dal suo lancio, la missione Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), frutto della collaborazione tra NASA e Agenzia Spaziale Italiana, continua a fornire nuovi fondamentali contributi per la comprensione delle caratteristiche delle più esotiche sorgenti astrofisiche. Grazie ai dati raccolti dai suoi tre telescopi, che si avvalgono di particolari rivelatori per lo studio della polarizzazione della luce nella banda X sviluppati e realizzati dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – INFN e dall’Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF, IXPE ha infatti consentito di appurare che dietro l’accelerazione – a velocità prossime a quelle della luce – delle particelle di cui sono composti i poderosi getti emessi dai blazar, oggetti appartenenti alla famiglia dei nuclei galattici attivi tra i più luminosi del cielo, potrebbero celarsi delle potenti onde d’urto. A rivelarlo, uno studio pubblicato oggi, 23 novembre, sul sito web della rivista Nature dal team internazionale di scienziati della collaborazione IXPE, di cui fanno parte ricercatrici e ricercatori di ASI, INFN, INAF e delle università di Siena, Torino, Pisa, Firenze, Roma Tre, Roma Tor Vergata e Padova, che ha preso in esame i dati relativi a Markarian 501, un blazar situato in direzione della costellazione di Ercole, confrontandoli con quelli ottenuti in altre lunghezze d’onda da alcuni telescopi da Terra e dallo spazio.

IXPE blazar
Schema dell’osservazione del blazar Markarian 501 da parte del satellite IXPE. Nel circolo sono evidenziate le particelle di alta energia presenti nel getto (in blu). Quando le particelle si scontrano con l’onda d’urto, indicata dalla barra bianca, acquistano energia ed emettono raggi X. Allontanandosi dalla zona d’impatto, emettono radiazione di energia più bassa: dapprima luce visibile, poi infrarossa e infine onde radio. A grande distanza dall’onda d’urto le linee del campo magnetico sono più aggrovigliate, provocando una maggiore turbolenza nel fascio di particelle. Crediti:Pablo Garcia (NASA/MSFC)

Costituiti da buchi neri supermassicci molto attivi di milioni o forse miliardi di masse solari, che attraggono continuamente nella loro orbita il materiale responsabile della formazione dei cosiddetti dischi di accrescimento, i blazar sono caratterizzati dall’emissione di due potenti getti di particelle, perpendicolari ai dischi stessi, uno dei quali indirizzato verso la Terra, rendendoli così particolarmente luminosi. Studiando nel dettaglio la polarizzazione della luce nella banda X proveniente da Markarian 501, ovvero la direzione in cui oscilla il campo elettrico a essa associato, IXPE ha consentito di mappare il campo magnetico all’interno del quale le particelle vengono accelerate emettendo fotoni, e di comprendere per la prima volta che la causa più probabile della loro energia così elevata è attribuibile al propagarsi di un’onda d’urto all’interno del getto.

“Abbiamo risolto un mistero che dura da 40 anni”, ha dichiarato Yannis Liodakis, autore principale dello studio e astronomo presso il FINCA, il centro astronomico finlandese dell’ESO. “Finalmente abbiamo completato il puzzle e il quadro che ne emerge è piuttosto chiaro”.

Le osservazioni effettuate da IXPE nel marzo 2022, insieme a quelle condotte nello stesso periodo in direzione dello stesso oggetto da altri telescopi, hanno quindi consentito di studiare la radiazione emessa in un’ampia gamma di lunghezze d’onda, tra cui quella radio, ottica e, per la prima volta, X, e di dimostrare come proprio la radiazione X emessa dal blazar fosse più polarizzata di quella ottica, che a sua volta è risultata più polarizzata di quella radio.

Dopo aver confrontato le informazioni con i modelli teorici, il team di astronomi si è reso conto che i dati corrispondevano maggiormente a uno scenario in cui un’onda d’urto accelera le particelle del getto. Un’onda d’urto si genera quando qualcosa si muove più velocemente della velocità del suono del materiale circostante, come quando un jet supersonico vola nell’atmosfera terrestre.

Le discrepanze riscontrante nel grado di polarizzazione della luce alle diverse frequenze possono perciò essere spiegate supponendo che, una volta superato il luogo di origine dell’onda d’urto, le particelle che compongono il getto dei blazar attraversino regioni caratterizzate da campi magnetici turbolenti, in maniera analoga a ciò che accade a un flusso d’acqua dopo aver superato una cascata. La turbolenza ha infatti l’effetto di ridurre la polarizzazione della luce. La radiazione X risulterebbe perciò più polarizzata poiché viene emessa da particelle più energetiche, appena accelerate nella zona dell’onda d’urto, al contrario della luce emessa nella banda ottica e in quella radio.

“Le prime misure di polarizzazione nei raggi X di questa classe di sorgenti hanno consentito, per la prima volta, un confronto diretto con i modelli elaborati nell’ambito del complesso quadro evidenziato dalle osservazioni multifrequenza, dalla banda radio fino alle altissime energie. Nuove evidenze verranno fornite da IXPE grazie all’analisi dei dati in corso e di quelli da acquisire in futuro”, commenta Immacolata Donnarummaproject scientist di IXPE per l’Agenzia Spaziale Italiana.

“IXPE è stato progettato per funzionare in una banda di energia, ‘i raggi X molli’, che permette, tra l’altro, di sondare la fisica di diverse classi di Blazar. Nel caso di Mrk 501 abbiamo potuto sondarne una in cui i raggi X sono emessi da elettroni che si muovono a velocità molto prossime a quelle della luce intorno al campo magnetico. Altri Blazar di diversa tipologia verranno studiati durante la prossima fase osservativa della missione”, osserva Paolo Soffitta, ricercatore INAF e principal investigator italiano di IXPE.

“Grazie ad un rivelatore innovativo, il Gas Pixel Detector, interamente sviluppato e realizzato in Italia, IXPE ha permesso finalmente di aggiungere uno dei tasselli mancanti alla comprensione dell’Universo ad alta energia, e questo studio dimostra appieno il potenziale scientifico di questa nuova finestra osservativa”, conclude Luca Baldini, dell’INFN di Pisa e co-principal investigator  italiano di IXPE.

Ulteriori campagne di osservazione si concentreranno nel prossimo futuro su Markarian 501, allo scopo di comprendere se il grado polarizzazione vari nel tempo. Indagini che vedranno impegnato anche IXPE, che durante i prossimi due anni, IXPE studierà inoltre altre sorgenti simili, fornendo un nuovo strumento capace di esplorare sempre più da vicino le proprietà delle regioni di spazio che ospitano sorgenti astrofiche esotiche quali buchi neri, stelle di neutroni e resti di supernovae.

 

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

Ovospace: l’esperimento della Sapienza in collaborazione con la Nasa e l’ASI per svelare gli effetti della microgravità sui meccanismi legati alla fertilità e alla riproduzione

L’esperimento è stato lanciato tramite razzo vettore sulla International Space Station per osservare gli effetti della microgravità sulle funzioni endocrine di cellule ovariche bovine. I risultati serviranno a comprendere alcuni aspetti della riproduzione sulla Terra, ma anche in vista di missioni spaziali di lunga durata ed eventuali insediamenti umani in altri pianeti.

Il 7 novembre alle ore 5.35 del mattino sulla costa est degli USA, è stato lanciato con successo il razzo NG-18/Antares dalla base NASA Wallops Flight Facility (Virginia).

Il razzo vettore ha lanciato la navicella Cygnus che ha portato sulla International Space Station rifornimenti e alcuni esperimenti scientifici. Fra questi, l’esperimento del progetto OVOSPACE, finanziato e coordinato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e ideato da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Medicina sperimentale della Sapienza guidati da Mariano Bizzarri.

OVOSPACE ha l’obiettivo di studiare l’effetto della microgravità sulle funzioni endocrine di due tipi di cellule ovariche bovine: cellule della teca e cellule della granulosa, responsabili della produzione di androgeni e della loro trasformazione in estrogeni, allo scopo di supportare la maturazione dell’ovocita e quindi la fertilità. Nei laboratori messi a disposizione dalla Eastern Virginia Medical School (EVMS) di Norfolk, Virginia, il team Sapienza composto da Andrea Fuso e da Valeria Fedeli, Noemi Monti e Tiziana Raia ha allestito l’esperimento collocando le cellule in un “MiniLab” in grado di garantire la sopravvivenza delle cellule in maniera automatizzata. Il MiniLab, ovvero il cosiddetto “hardware di volo”, è stato sviluppato da Aerospace Laboratory for Innovative Components S.c.a.r.l. (ALI Scarl) i cui tecnici erano anche presenti presso l’EVMS per l’assemblaggio ed i controlli. Dopo 72 ore dall’arrivo sulla ISS, le cellule saranno “fissate” sempre grazie al MiniLab in attesa del loro rientro sulla terra, a gennaio, per eseguire le analisi molecolari previste.

L’esperimento in orbita aiuta a comprendere il coinvolgimento di fattori biofisici sul processo di maturazione dell’ovocita. I risultati di OVOSPACE avranno un ruolo chiave per la salute e la riproduzione umana sulla terra ma anche in ottica di missioni spaziali di lunga durata e insediamenti umani in altri pianeti.

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

SOLAR ORBITER RISOLVE IL MISTERO DEGLI “SWITCHBACK”

L’osservatorio spaziale vicino ai segreti del Sole

Hanno partecipato alla ricerca coordinata da Daniele Telloni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica – Osservatorio Astrofisico di Torino ricercatori dell’Università di Padovadell’Istituto Nazionale di Astrofisica, dell’Agenzia Spaziale Italiana, delle Università di Firenze e di Urbino, del Consiglio Nazionale delle Ricerche, dell’Università dell’Alabama a Huntsville e di altri prestigiosi atenei stranieri.

ESA NASA Solar Orbiter Sole switchback

Il 25 marzo 2022 Metis, il coronografo italiano a bordo della sonda ESA/NASA Solar Orbiter, ha osservato per la prima volta nella corona, cioè nello strato più esterno dell’atmosfera del Sole, una struttura magnetica a forma di S, il cosiddetto switchback, che si propaga nello spazio interplanetario. Comprendere l’origine degli switchback è di particolare rilevanza in quanto il meccanismo che li forma potrebbe spiegare anche l’origine dell’accelerazione del vento solare, cioè del flusso di particelle cariche emesse costantemente dal Sole che viaggia verso l’esterno nel Sistema Solare e che, investendo la magnetosfera e l’atmosfera terrestre, dà origine alle bellissime aurore boreali e australi.

«Finora gli switchbacks erano stati misurati solo in situ, cioè da sonde poste a bordo di satelliti che ne sono state attraversate, ma non erano mai stati realmente “visti”, cioè non ne erano mati state scattate delle foto – spiega il Prof. Giampiero Naletto del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova e che ha avuto il ruolo di experiment manager nella fase di realizzazione di Metis –. Metis è uno strumento a guida italiana molto complesso, la cui realizzazione ha dovuto superare varie difficoltà e che ha richiesto molti anni di lavoro di un team internazionale. Ma questi risultati unici che ci permettono di avanzare significativamente nella conoscenza del mondo che ci circonda e che avranno sicuramente in futuro ricadute nel progresso scientifico, tecnologico e sociale, compensano largamente lo sforzo profuso e stimolano tutti noi e in particolare i giovani ricercatori a perseguire nello sviluppo della ricerca».

Giampiero Naletto
Giampiero Naletto

«È grazie alla qualità dello strumento Metis, alla circostanza che stiamo osservando il Sole da molto vicino e anche ad un po’ di fortuna, che si è potuto ottenere per la prima volta una immagine di questo particolare fenomeno solare – confermano i dottorandi Chiara Casini e Paolo Chioetto del CISAS, il Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “G. Colombo” dell’Ateneo».

L’indagine, coordinata da Daniele Telloni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica – Osservatorio Astrofisico di Torino che ha riconosciuto l’evento associandolo a uno studio sugli switchbacks proposto nel 2020 dal Prof. Gary Zank dell’Università dell’Alabama a Huntsville, sarà pubblicata oggi sulla rivista «The Astrophysical Journal Letters» e presentata nel corso dell’8th Solar Orbiter Workshop a Belfast in Irlanda. Hanno firmato l’articolo dal titolo “Observation of a magnetic switchback in the solar corona” ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, dell’Agenzia Spaziale Italiana, delle Università di Firenze, di Padova e di Urbino, del Consiglio Nazionale delle Ricerche, dell’Università dell’Alabama a Huntsville e di altri prestigiosi Atenei stranieri.

Le misure in situ degli switchbacks realizzate negli anni precedenti avevano consentito a un team internazionale di scienziati di interpretarne l’origine sulla base dell’interchange reconnection e di un modello matematico che ne descrive dettagliatamente genesi e sviluppo. Tuttavia questa interpretazione non era mai stata confermata da un’osservazione diretta di uno switchback.

«La prima immagine scattata da Metis che Daniele Telloni mi ha mostrato – racconta Gary Zank – ha suggerito da subito una corrispondenza con il modello matematico che abbiamo sviluppato tempo fa. Ma entrambi abbiamo dovuto frenare il nostro entusiasmo fino a quando la comparazione di analisi più dettagliate prodotte dal coronografo ha confermato l’ipotesi attraverso risultati assolutamente spettacolari!».

 «La prima immagine di uno switchback nella corona solare ha svelato senz’altro il mistero della sua origine – commenta Daniele Telloni –. Continuando a studiare il fenomeno potremmo riuscire a far luce sui processi che accelerano il vento solare e lo riscaldano a grandi distanze dal Sole».

Lo studio del Sole e del vento solare prosegue, quindi, grazie a Solar Orbiter: la prima sonda a portare sia strumenti di telerilevamento, sia in situ a un terzo della distanza Terra-Sole.

«Questo è esattamente il tipo di risultato che speravamo di ottenere con Solar Orbiter – conclude Daniel Müller, ESA Project Scientist per Solar Orbiter –. Grazie ai dieci strumenti che si trovano a bordo della sonda spaziale, raccogliamo una quantità di dati sempre maggiore e, sulla base di risultati come quello appena raggiunto, perfezioniamo le osservazioni pianificate per la sonda. Quello appena effettuato è infatti solo il primo passaggio ravvicinato di Solar Orbiter al Sole, durante i prossimi proveremo a capire in che modo la nostra stella si collega al più ampio ambiente magnetico del Sistema Solare, insomma prevediamo di ottenere molti altri risultati entusiasmanti».

Testo, video e foto dall’Università degli Studi di Padova

Giove: pianeta in costante movimento

Le misure di gravità effettuate dalla sonda Juno della Nasa hanno rivelato che le masse gassose di Giove si muovono, provocando sulla superficie del pianeta oscillazioni simili a onde marine con ampiezze tra i 15 e gli 80 metri. I risultati dello studio, coordinato dal Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza, sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

Giove pianeta in costante movimento
Rappresentazione artistica della sonda Juno attorno a Giove, pianeta in costante movimento. Crediti: Nasa/JPL-Caltech

Giove è un pianeta gassoso e le sue masse interne possono muoversi, generando oscillazioni simili per certi versi alle onde marine e ai terremoti terrestri. Questi spostamenti di masse provocano piccole variazioni della gravità del pianeta.

Un nuovo studio, coordinato da Daniele Durante del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza, ha rivelato, grazie alle misurazioni della sonda spaziale Juno della Nasa, come il campo di gravità di Giove sia perturbato dalle oscillazioni interne, ovvero vere e proprie onde che si propagano da una parte all’altra del pianeta. In particolare, gli strumenti altamente sensibili della sonda spaziale in orbita intorno al pianeta hanno permesso di misurare i periodi di oscillazione dei modi più energetici, che risultano dell’ordine dei 15 minuti e che generano onde di ampiezza compresa tra i 15 e gli 80 metri sulla superficie.

I risultati della ricerca, realizzata da un team internazionale e finanziata in parte dall’Agenzia spaziale italiana, sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Communications.

Giove pianeta in costante movimento
Rappresentazione artistica di Juno in orbita intorno a Giove, pianeta in costante movimento. Essendo il pianeta un gigante gassoso, il suo campo di gravità è perturbato dalla presenza di oscillazioni interne, che muovono grandi quantità di massa. Crediti, immagine di Juno: NASA/JPL-Caltech.
Crediti, immagine di Giove: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M. H. Wong (University of California, Berkeley) and the OPAL team

La missione della sonda Juno, in orbita intorno a Giove dal 5 luglio 2016, ha come obiettivi principali lo studio dei processi di formazione della struttura interna, del campo magnetico e dell’atmosfera del pianeta. Giove, che da solo ha una massa due volte e mezzo maggiore rispetto a quella di tutti gli altri pianeti messi assieme, è composto quasi esclusivamente da idrogeno ed elio. Il suo interno non è direttamente osservabile e per comprenderne la struttura più profonda si ricorre a misurazioni accurate del campo gravitazionale, espressione della distribuzione delle masse interne del pianeta.

“Circa ogni 52 giorni – spiega Daniele Durante, primo autore dello studio – la sonda Juno compie passaggi ravvicinati del pianeta, a circa 4,000 km dal limite delle nubi. A queste distanze Juno subisce piccole ma misurabili accelerazioni esercitate dalle oscillazioni interne del pianeta”.

Lo strumento di radio scienza KaT (Ka-Band Translator, realizzato da Thales Alenia Space Italy e finanziato dall’Agenzia spaziale italiana), presente a bordo della sonda, è il cuore dell’esperimento di gravità che ha permesso di misurare le perturbazioni al campo gravitazionale causato dalle oscillazioni interne a Giove. Il KaT riceve e ritrasmette il segnale radio inviato da una speciale antenna di terra ubicata nel deserto della California, permettendo di misurare la velocità della sonda con precisioni di centesimi di millimetro al secondo e variazioni di gravità 60 milioni di volte più piccole della gravità terrestre.

Profilo della velocità radiale dello strato superiore di Giove in funzione della frequenza di oscillazione dei modi normali interni. Ogni linea rappresenta un modello diverso la cui opacità è proporzionale alla probabilità del modello stesso: linee più scure indicano modelli più probabili, mentre linee più chiare indicano modelli via via meno probabili. La dispersione delle linee fornisce un’indicazione dell’incertezza del profilo di ampiezza ottenuto

Le misure di gravità effettuate da Juno avevano già portato ad altre importanti scoperte relative alla struttura interna del pianeta, tra cui la profondità dei forti venti est-ovest (con velocità fino a 360 km/h), che si spingono fino a circa 3,000 km al di sotto del livello delle nubi. Inoltre, le misure di gravità effettuate durante due sorvoli ravvicinati della Grande Macchia Rossa di Giove hanno permesso di determinarne per la prima volta la profondità, pari a circa 300 km, assai inferiore a quella dei venti est-ovest.

Nelle 22 orbite dedicate allo studio del campo gravitazionale di Giove, durante i primi 5 anni della missione, la sonda Juno ha sorvolato il pianeta fino a 4-5,000 km al di sopra del livello delle nubi (poiché Giove non ha una vera e propria superficie), misurando molto accuratamente il campo di gravità del pianeta ad ogni passaggio. Si è così potuto osservare che la gravità del gigante gassoso cambiava leggermente nel tempo.

“Per il nostro team scientifico – continua Daniele Durante – l’interpretazione di gran lunga più convincente è la presenza di fenomeni dinamici quali i modi di oscillazione. Le misure mostrano quindi un pianeta in costante movimento, non solo intorno al suo asse di rotazione, attorno cui compie un giro completo in 10h e 55m, ma anche al suo interno”.

Gli strati più esterni oscillano verticalmente per 15–80 metri ogni circa 15 minuti, in maniera simile a ciò che avviene per le maree terrestri. Questi modi di oscillazione sono chiamati ‘di tipo p’, poiché la forza di richiamo è la pressione interna.

“Analogamente a quanto è avvenuto per il sole con quel vasto campo di ricerca noto come eliosismologia, la misura di queste oscillazioni con strumenti dedicati potrà fornire in futuro – conclude Durante – una descrizione della struttura interna del pianeta assai più dettagliata di quanto sia possibile al giorno d’oggi”.

Riferimenti:
Juno spacecraft gravity measurements provide evidence for normal modes of Jupiter – Daniele Durante, Tristan Guillot, Luciano Iess, David J. Stevenson, Christopher R. Mankovich, Steve Markham, Eli Galanti, Yohai Kaspi, Marco Zannoni, Luis Gomez Casajus, Giacomo Lari, Marzia Parisi, Dustin R. Buccino, Ryan S. Park, Scott J. Bolton – Nature Communications (2022) https://doi.org/10.1038/s41467-022-32299-9

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

BENNU, UN ASTEROIDE DA MANEGGIARE CON CURA

Sulla superficie di Bennu si sprofonda, i massi che la compongono sono completamente slegati e il materiale che lo costituisce è molto simile a quello delle meteoriti carbonacee alterate dall’acqua. Sono questi alcuni dei principali risultati presentati in due articoli sulle riviste Science e Science Advances realizzati con tutti i dati raccolti durante il campionamento della sonda OSIRIS-REx sull’asteroide, avvenuto nel 2020. Nel team che ha condotto le analisi pubblicate su Science partecipa anche Maurizio Pajola, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

OSIRIS-REx è la missione della NASA che il 20 ottobre 2020 si è posata sulla superficie dell’asteroide Bennu e ne ha prelevato un consistente campione di rocce e polvere, il più grande per massa raccolta dopo le missioni Apollo. Oggi, tutti i risultati ottenuti da questo campionamento sono stati pubblicati in due articoli sulle riviste Science e Science Advances.

Bennu asteroide

Un asteroide di sorprese

Sin dal primo avvicinamento della sonda OSIRIS-REx, nel dicembre 2018, l’asteroide Bennu si è mostrato diverso da quello che gli scienziati del team si aspettavano. La superficie dell’asteroide, infatti, che secondo le previsioni doveva essere liscia e coperta di materiale fine come una distesa di sabbia, era invece disseminata di massi, ed era attiva: Bennu stava lanciando granelli di roccia nello spazio.

La seconda sorpresa, poi, c’è stata non appena la sonda ha trasmesso a Terra le immagini ravvicinate della superficie dell’asteroide scattate durante il campionamento, che mostravano una ampia e densa nube di detriti sollevati dal sito di raccolta. Vista la delicatezza con cui la sonda ha toccato la superficie, gli scienziati sono rimasti spiazzati dall’abbondanza di sassolini sparsi. Non solo: secondo i risultati pubblicati oggi, il processo di raccolta ha creato un cratere di forma ellittica con un semiasse maggiore largo 9 metri.

Cosa è successo durante il campionamento

“La superficie di Bennu ha risposto al contatto con il TAGSAM – ovvero il modulo all’estremità del braccio robotico deputato al campionamento –  come un fluido viscoso, ma con resistenza minima, come se le particelle presenti sulla superficie dell’asteroide avessero coesione tra di loro pari a zero” spiega Maurizio Pajola, ricercatore dell’INAF di Padova e membro italiano del team di OSIRIS-Rex, tra i coautori dell’articolo pubblicato oggi su Science a prima firma di Dante Lauretta, responsabile scientifico della missione.

L’operazione di raccolta del materiale sulla superficie di Bennu è durata 5 secondi e il TAGSAM era largo appena 30 cm. L’enorme cratere generato ha esposto, in parte, gli strati meno superficiali della superficie, che si sono mostrati più scuri, più arrossati e caratterizzati da particolato molto più fine rispetto a quello che si trova in superficie. Infine, gli scienziati hanno notato che l’impatto con il braccio robotico ha causato lo spostamento di un masso del diametro di 1,25 metri di circa 12 metri.

“Le difficoltà per arrivare a questo campionamento sono state estreme. La superficie è solo composta di massi. Ci si aspettava di trovare una zona di almeno 25-50 metri quadrati della superficie dell’asteroide ricche di polvere e prive di rischio. In realtà, di zone con quelle caratteristiche non ce ne sono proprio su Bennu. Ciononostante, sono stati raccolti ben oltre i 60 grammi minimi richiesti dalla NASA”, commenta Pajola. “Il veicolo spaziale ha recuperato circa 250 grammi di materiale. Molto molto di più se pensiamo ai 5 grammi raccolti su Ryugu dalla sonda Hayabusa 2”.

 

Di cos’è fatto Bennu

Dalle analisi effettuate, poi, il materiale che si è alzato dalla superficie e che in parte si è depositato sulla strumentazione di bordo assomiglia al materiale che ritroviamo dentro alle meteoriti carbonacee alterate dall’acqua.

“Bennu è un Near Earth Object di tipo B, e quindi ci aspettavamo che la sua superficie fosse caratterizzata dalla presenza di minerali idrati. Però è anche un oggetto particolarmente scuro, e quindi ricco di composti del carbonio” sottolinea Pajola. “Quel che non ci aspettavamo era che si depositasse abbondante polvere su alcune delle ottiche, e questo ha diminuito un po’ il segnale acquisito dalla strumentazione di bordo. I dati che abbiamo preso quando OSIRIS-REx si è avvicinato e poi allontanato dalla superficie comunque confermano quanto atteso: il materiale era ricco composti organici e minerali idrati. La prova definitiva di questo ce l’avremo quando potremo analizzare i campioni a Terra, anzi: come successo per Hayabusa-2, siamo sicuri che dentro ai grani ci sia molto di più di quel che abbiamo potuto vedere finora”.

Se Osiris-Rex si fosse posato sulla superficie

Il fatto che si sia creato un cratere così grande in seguito al campionamento sull’asteroide è la prima dimostrazione che le particelle che compongono l’esterno di Bennu sono così poco impacchettate e legate tra loro da opporre una resistenza minima alla pressione. Per fare un esempio, se una persona dovesse camminare su Bennu si troverebbe come se calpestasse una distesa di palline di plastica come quelle che si trovano nelle aree di gioco per bambini. Se quindi la sonda non avesse azionato i suoi propulsori per indietreggiare subito dopo aver afferrato polvere e roccia dalla superficie dell’asteroide, sarebbe sprofondata al suo interno.

È possibile che asteroidi come Bennu – solo debolmente tenuti insieme dalla gravità o dalla forza elettrostatica – possano disgregarsi in caso di ingresso nell’atmosfera terrestre e quindi rappresentare un tipo di pericolo diverso rispetto agli asteroidi solidi. La ricerca su questi corpi, comunque, è ancora all’inizio e le domande aperte sono ancora molte. Quel che è certo è che le informazioni precise ricavate dagli scienziati sulla superficie di Bennu possono aiutare gli scienziati a interpretare meglio le osservazioni a distanza di altri asteroidi, il che potrebbe essere utile per progettare future missioni e per sviluppare metodi per proteggere la Terra dalle collisioni con gli asteroidi.

I risultati sono stati pubblicati oggi negli articoli:

Spacecraft sample collection and subsurface excavation of asteroid (101955) Bennu di D.S. Lauretta, C. D. Adam, A. .J. Allen, R.-L. Ballouz, O. S. Barnouin, K. .J.Becker, T. Becker, C.A.Bennett, E. B.Bierhaus, B. .J. Bos, R. D. Burns, H. Campins, Y. Cho, P.R. Christensen, E. C. A. Church, B. E. Clark, H. C.Connolly .Jr.,M. G. Daly, D. N. DellaGiustina, C. Y. Drouetd’Aubigny, J.P. Emery, H. L. Enos, S.FreundKasper, J.B. Garvin, K. Getzandanner,D.R. Golish, V. E. Hamilton, C.W. Hergenrotber, H. H. Kaplan, L. P. Keller, E. .J. Lessac-Chenen, A. .J. Liounis, H. Ma, L. K.McCartby, B. D. Miller, M. C. Moreau, T. Morota, D.S. Nelson, J. O. Nolau, R. Olds, M. Pajola, J. Y. Pelgrift, A. T. Polit, M.A. Ravine, D. C. Reuter, B. Rizk, B. Rozitis, A. .J. Ryan, E. M. Sahr, N.Sakatani, J. A. Seabrook, S. H. Selznick,M.A. Skeen, A. A. Simon, S. Sugita, K. .J.Walsh, M. M.Westermann, C.W. V. Wolner e K.Yumoto (Science)

Near-zero cohesion and loose packing of Bennu’s near subsurface revealed by spacecraft contact di Kevin J. Walsh, Ronald-Louis Ballouz et al. (Science Advances)

 

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

Un gruppo di ricerca internazionale rileva il precursore di un buco nero supermassiccio nei dati di archivio del telescopio Hubble

Una collaborazione internazionale, che ha visto la partecipazione di astrofisici della Sapienza e dell’Istituto nazionale di astrofisica – Inaf, ha scoperto un oggetto distante circa 13 miliardi di anni luce dalla Terra, estremamente compatto e arrossato dalla polvere stellare. La rilevazione, effettuata grazie all’utilizzo del telescopio spaziale Hubble, farà luce sul mistero della crescita dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale. I risultati del lavoro sono stati pubblicati su Nature.

il precursore di un buco nero supermassiccio
Il precursore di un buco nero supermassiccio nei dati di archivio di Hubble. Figura 1: GNz7q, un oggetto scoperto a circa 13,1 miliardi di anni luce dalla Terra che mostra segni di un buco nero in rapida crescita all’interno di una galassia in forte formazione stellare e ricca di polvere interstellare (starburst polverosa), colorato nell’immagine combinando i dati di tre osservazioni a colori del telescopio spaziale Hubble. Trovato nella regione GOODS-North[1], una delle regioni del cielo più studiate fino ad oggi, GNz7q è l’oggetto rosso al centro dell’immagine ingrandita (Credito: ESA/Hubble/Fujimoto et al.)

La scoperta di buchi neri supermassicci nell’universo primordiale, con masse fino a diverse centinaia di milioni di volte quella del sole, ha sollevato il problema di capire come oggetti di questa taglia siano stati in grado di formarsi e crescere nel breve periodo di tempo successivo alla nascita dell’Universo (meno di un miliardo di anni). Teoricamente, un buco nero inizia dapprima ad aumentare la sua massa accrescendo gas e polvere nel nucleo di una galassia ricca di polvere e caratterizzata da elevati tassi di formazione stellare (una cosiddetta galassia starburst polverosa). L’energia generata nel processo spazza via i materiali circostanti, trasformando il sistema in un quasar, una sorgente astrofisica molto luminosa e compatta.

Fino a oggi sono state scoperte galassie starburst polverose e quasar luminosi post-transizione ad appena 700-800 milioni di anni dopo il Big Bang, ma non è mai stato trovato un “giovane” quasar nella fase di transizione, la cui scoperta deterrebbe la chiave per la comprensione dei meccanismi di formazione dei buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale.

Un gruppo di ricerca internazionale, coordinato dall’astronomo Seiji Fujimoto dell’Università di Copenaghen, con la partecipazione, fra gli altri, di ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza e dell’Istituto nazionale di astrofisica – Inaf, ha rianalizzato una grande quantità di dati d’archivio estratti dal telescopio spaziale Hubble e ha scoperto un oggetto, denominato poi GNz7q, che è proprio l’anello mancante tra le galassie starburst e i quasar luminosi nell’universo primordiale. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

Le osservazioni spettroscopiche con i radiotelescopi hanno mostrato che il giovane quasar è nato solo 750 milioni di anni dopo il Big Bang. Tali osservazioni, sono state poi confrontate con i modelli teorici. Questa importante fase del lavoro è stata svolta da Rosa Valiante dell’Inaf e Raffaella Schneider della Sapienza e ha mostrato come le caratteristiche dello spettro elettromagnetico di questo oggetto, dai raggi X alle onde radio, non si discostano dalle previsioni delle simulazioni teoriche.

“Questo suggerisce che GNz7q sia il primo esempio di buco nero in rapida crescita nel centro di una galassia starburst polverosa – commentano Schneider e Valiante. “Pensiamo che GNz7q sia un precursore dei buchi neri supermassicci trovati nell’universo primordiale”.

La scoperta di GNz7q non solo rappresenta un elemento importante per comprendere l’origine dei buchi neri supermassicci, ma anche un motivo di sorpresa per i ricercatori: la rilevazione infatti è stata fatta in una delle regioni più osservate nel cielo notturno – denominata GOODS, Great Observatories Origins Deep Survey, oggetto d’indagine astronomica dei telescopi più potenti mai costruiti (ovvero quelli operativi nello spazio come Hubble, Herschel e XMM-Newton dell’ESA, il telescopio Spitzer della NASA e l’Osservatorio a raggi X Chandra, oltre a potenti telescopi terrestri, compreso il telescopio Subaru) – suggerendo quindi che sorgenti di questo tipo possano essere più frequenti di quanto si pensasse in precedenza.

Il gruppo di ricerca si propone di condurre una ricerca sistematica di sorgenti simili utilizzando campagne osservative ad alta risoluzione e di sfruttare gli strumenti spettroscopici del telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA, una volta che sarà in regolare funzionamento, per studiare oggetti come GNz7q con una ricchezza di dettagli senza precedenti.

il precursore di un buco nero supermassiccio
Il precursore di un buco nero supermassiccio nei dati di archivio di Hubble. Figura 2: un’impressione artistica di un giovane buco nero in crescita che emerge dal centro di una galassia starburst polverosa, mentre i materiali densi circostanti di gas e polvere vengono spazzati via dalla potente energia generata quando il buco nero evolve rapidamente accrescendo la materia circostante. (Credito: ESA/Hubble)

Riferimenti:

A dusty compact object bridging galaxies and quasars at cosmic dawn – S. Fujimoto, G. B. Brammer, D. Watson, G. E. Magdis, V. Kokorev, T. R. Greve, S. Toft, F. Walter, R. Valiante, M. Ginolfi, R. Schneider, F. Valentino, L. Colina, M. Vestergaard, R. Marques-Chaves, J. P. U. Fynbo, M. Krips, C. L. Steinhardt, I. Cortzen, F. Rizzo & P. A. Oesch – Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-04454-1 

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

La Grande macchia rossa di Giove: una tempesta anticiclonica dalla profondità “contenuta”

I nuovi risultati delle misurazioni di gravità del pianeta ottenute dalla sonda Juno rivelano, in uno studio pubblicato su Science, che la grande macchia rossa, pur molto estesa, non è profonda come si immaginava. Questa scoperta potrebbe spiegare i motivi della sua evoluzione e forse della possibile scomparsa.

grande macchia rossa Giove
L’animazione simula il moto delle nuvole della Grande Macchia Rossa di Giove. E’ stata creata applicando il modello del movimento dei venti ad un mosaico di immagini scattate dallo strumento. Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart

Giove è il più grande pianeta del sistema solare, con un raggio equatoriale di 71.492 km, ed è composto principalmente da idrogeno ed elio e per questo viene definito “gigante gassoso”.

La caratteristica forse più iconica del pianeta è la Grande macchia rossa, una tempesta anticiclonica scoperta probabilmente da Giandomenico Cassini nel 1665. Oggi questa assomiglia a un ovale di dimensioni approssimativamente pari a 16000 x 12000 km, che ne fanno la più grande tempesta del sistema solare, seppur negli ultimi 100 anni, per cause ancora ignote, si sia ridotta considerevolmente. La Grande macchia rossa porta con sé ancora molti interrogativi: uno di questi riguarda la profondità con cui questa tempesta si inabissa dentro Giove.

A questo come ad altri quesiti sulla dimensione del nucleo ha risposto la sonda Juno, realizzata dalla NASA con un importante contributo italiano.

Rappresentazione artistica di Juno in orbita attorno a Giove. Crediti: Nasa/JPL-Caltech

Durante due sorvoli ravvicinati di Giove (febbraio e luglio 2019), la missione Juno della NASA (in orbita intorno a Giove dal 5 luglio 2016 per studiare i meccanismi di formazione, la struttura interna, la magnetosfera e l’atmosfera del gigante gassoso) ha osservato per la prima volta da vicino la Grande macchia rossa. Poiché l’interno del pianeta non è direttamente osservabile, per comprenderne la struttura più intima si ricorre a misurazioni accurate del campo gravitazionale, che è espressione della distribuzione della massa all’interno del pianeta.

grande macchia rossa Giove
Geometria delle osservazioni di Juno della Grande Macchia Rossa (GRS). Il campo di velocità della Grande Macchia Rossa (frecce nere) e le tracce a terra di Juno durante PJ18 e PJ21 (linee colorate) sono sovrimposte a una immagine della Grande Macchia Rossa effettuata da JunoCam durante PJ21. La quota della sonda durante il passaggio ravvicinato con la Grande Macchia Rossa (latitudine 20°S) era, rispettivamente per PJ18 e PJ21, di 13,000 km e 19,000 km, con scostamenti longitudinali di 11° e 2° 

Le misure del campo gravitazionale del pianeta avevano mostrato che i forti venti est-ovest (con velocità fino a 360 km/h), visibili tracciando il moto delle nubi, si spingono alla profondità di circa 3000 km.

Gli strati inferiori della Grande Macchia Rossa di Giove sono stati osservati da Juno anche usando i dati del radiometro a microonde (MWR). Ognuno dei sei canali dello strumento osserva diverse profondità sotto le nuvole

Oggi, una nuova ricerca, finanziata in parte dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e coordinata da Marzia Parisi, ex-dottoranda della Sapienza, ora post-doc al California Institute of Technology/Jet Propulsion Laboratory, insieme a un gruppo internazionale di cui fanno parte Daniele Durante e Luciano Iess del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza, mostra come invece i venti della Grande macchina rossa abbiano una profondità di penetrazione verticale piuttosto contenuta, pari a circa 300 km, assai inferiore a quella dei venti che soffiano nelle bande visibili del pianeta. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Science.

“I risultati del nostro studio – spiega Daniele Durante del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza – attestano una massa della tempesta pari a circa la metà dell’intera atmosfera terrestre e poco meno di quella di tutta l’acqua del Mar Mediterraneo, e rappresentano la Grande macchia rossa come un oggetto molto simile a un disco assai esteso (la sua dimensione minore è pari all’incirca al diametro della Terra) ma piuttosto sottile, con caratteristiche che ricordano quelle delle più grandi tempeste terrestri”.

grande macchia rossa Giove
Le dimensioni della Grande macchia rossa a confronto con la Terra. La profondità determinata dalle misure di gravità è di soli 300 km.

Con un’orbita molto eccentrica, la sonda Juno è riuscita ad avvicinarsi molto al gigante gassoso, fino a 4-5000 km al di sopra delle nubi: a queste distanze è possibile avere una elevata sensibilità all’accelerazione gravitazionale esercitata principalmente dalle strutture dell’atmosfera del pianeta. La sonda ha utilizzato lo strumento di radioscienza KaT (Ka-Band Translator, realizzato da Thales Alenia Space-I e finanziato dall’Agenzia spaziale italiana), il cuore dell’esperimento che ha permesso di determinare l’estensione verticale della Grande macchia rossa.

La Grande macchia rossa ha perturbato impercettibilmente l’orbita di Juno, ma l’estrema accuratezza della misura (fino a 0.01 mm/s) ha permesso di catturarne il debolissimo segnale gravitazionale e di stimare così la profondità a circa 300 km.

“Le misure di Juno – conclude Luciano Iess dello stesso Dipartimento – hanno fornito la terza dimensione a quel fenomeno dell’atmosfera di Giove che ha attratto l’attenzione di molti di noi, come anche quella degli astronomi da più di trecento anni, mostrando come sia una tempesta superficiale certamente molto estesa, ma ben poco profonda. Questa nuova misura contribuirà a capirne la natura, l’evoluzione e, forse, la sua possibile scomparsa”.

Riferimenti:

The depth of Jupiter’s Great Red Spot constrained by the Juno gravity overflights – Authors: M. Parisi, Y. Kaspi, E. Galanti, D. Durante, S. J. Bolton, S. M. Levin, D. R. Buccino, L. N. Fletcher, W. M. Folkner, T. Guillot, R. Helled, L. Iess, C. Li, K. Oudrhiri, M. H. Wong. Science 2021 DOI: 10.1126/science.abf1396

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

Giove, il pianeta più grande del sistema solare

 

L’anima irrequieta dei pianeti

La NASA sceglie VERITAS: la Sapienza su Venere

La missione spaziale selezionata dalla Nasa per l’esplorazione di Venere vede coinvolto in maniera determinante il gruppo di ricerca della Sapienza guidato da Luciano Iess. VERITAS dovrà rispondere a molte domande sull’evoluzione di questo pianeta ancora misterioso che, da un passato molto simile a quello della Terra, è diventato uno dei luoghi più inospitali del sistema solare.

La missione spaziale VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, INSAR, Topography and Spectroscopy) a cui la Sapienza partecipa con un contributo fondamentale, è risultata vincitrice nella selezione delle missioni planetarie della Nasa. Lo ha comunicato la Nasa stessa il 2 giugno scorso nell’ambito della selezione delle prossime missioni di classe Discovery da 500 milioni di dollari.

VERITAS sarà lanciata tra il 2026 e il 2028 e ospiterà a bordo una strumentazione molto sofisticata finanziata dall’Agenzia spaziale italiana (ASI) a cui ha contribuito il gruppo di ricerca guidato da Luciano Iess, composto da giovani ricercatori della Sapienza.

“La forte presenza italiana nel team scientifico che ha portato alla selezione di VERITAS rappresenta un ulteriore esempio del ruolo della nostra università nella ricerca spaziale e nell’esplorazione del sistema solare – dichiara Luciano Iess, professore del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza – Questa missione ci permetterà di dare risposta a interrogativi che sono ormai rimasti aperti troppo a lungo”.

Veritas Venere
Un’immagine radar di quella che appare come una recente colata lavica, ripresa dalla sonda Magellan (NASA) piu’ di 25 anni fa

Venere infatti ha sempre suscitato grande interesse e fascino nella comunità scientifica. Gli unici dati globali sulla sua superficie e struttura interna sono stati forniti dalla sonda Magellan (NASA) più di 25 anni fa (1994-95). Da sempre indicato come il pianeta cugino della Terra per le dimensioni, massa e distanza dal Sole molto simili, Venere ha però intrapreso, per cause ancora ignote, un percorso evolutivo estremamente diverso da quello del nostro pianeta, al punto che oggi è uno dei luoghi più inospitali del sistema solare. La sua densa atmosfera, composta in gran parte di anidride carbonica e nubi di acido solforico, ha una pressione al suolo 90 volte maggiore di quella terrestre e temperature medie di 460 °C. Tuttavia studi recenti indicano per Venere un passato molto diverso e assai più simile a quello della Terra.

Veritas Terra Venere
La Terra e Venere fianco a fianco, viste dallo spazio (quest’ultima attraverso il radar della sonda Magellan)

VERITAS si propone di dare una risposta alle molte domande della comunità scientifica riguardanti non solo l’evoluzione passata, ma anche quella presente e futura, in particolare ricercando la presenza di vulcani attivi e di processi dinamici superficiali, quali la tettonica a placche. VERITAS sarà inoltre in grado di determinare la composizione e struttura interna del pianeta, fornendo ulteriori indizi per la comprensione non solo dei pianeti rocciosi, ma anche di una classe di esopianeti con caratteristiche simili.

La missione sarà coordinata da Suzanne E. Smrekar (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology) e costituisce, insieme a DaVinci+, che studierà l’atmosfera del pianeta, una delle due missioni della Nasa a Venere.

Nel team scientifico di VERITAS, il gruppo italiano, coordinato da Luciano Iess (Co-Lead dell’esperimento di gravità), è composto da giovani ricercatori del Centro di Ricerca Aerospaziale Sapienza (CRAS), del Dipartimento di Ingegneria meccanica aerospaziale (DIMA) e del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Elettronica e Telecomunicazioni (DIET). I ricercatori del CRAS-DIMA (Gael Cascioli, Fabrizio De Marchi, Paolo Racioppa), hanno condotto, attraverso simulazioni numeriche, la definizione dell’esperimento di gravità, dedicato alla determinazione della struttura interna del pianeta. I ricercatori del DIET (Roberto Seu e Marco Mastrogiuseppe, Co-Lead del radar VISAR) hanno contribuito allo sviluppo di tecniche di elaborazione dei dati del radar ad apertura sintetica, con lo scopo di individuare la presenza di processi geologici superficiali recenti. Gaetano di Achille, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, completa la partecipazione italiana con le competenze sulla struttura geologica del pianeta.

“Il successo di VERITAS – commenta Gael Cascioli, dottorando in Ingegneria aeronautica e spaziale presso il DIMA – è passato anche attraverso la fiducia che è stata riposta nei giovani ricercatori e ricercatrici che, come me, hanno portato entusiasmo, competenza ed energia nel team scientifico internazionale”.

 

Link:

NASA: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-2-missions-to-study-lost-habitable-world-of-venus

ASI: https://www.asi.it/#divSlideshow

 

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

WFIRST (Wide Field InfraRed Survey Telescope) – da poco ribattezzato Roman Telescope in onore dell’astronoma statunitense Nancy Grace Roman, affettuosamente chiamata “la mamma di Hubble” – è un progetto NASA designato ad indagare su alcuni grandi misteri dell’Universo come la materia e l’energia oscura e per cercare nuovi mondi in orbita attorno ad altre stelle della nostra galassia.

ScientifiCult ha l’onore di poter intervistare il dott. Valerio Bozza, ricercatore presso l’Università degli Studi di Salerno e attualmente impegnato a collaborare con la NASA per la realizzazione del Telescopio Roman.

Valerio Bozza
Il dott. Valerio Bozza

Può raccontarci i momenti della Sua carriera professionale che ricorda con più piacere?

In vent’anni di ricerca ho avuto la fortuna di vivere tante soddisfazioni e di lavorare con le persone che hanno scritto i libri su cui ho studiato. Certamente, partecipare alle discussioni nello studio di Gabriele Veneziano al CERN con i cosmologi più importanti del mondo e poter assistere alla nascita di idee geniali su quella lavagna è stata un’esperienza formativa fondamentale. Quando ho avuto il mio primo invito a relazionare ad un workshop all’American Institute of Mathematics sul gravitational lensing di buchi neri e ho ricevuto i complimenti di Ezra T. Newman, ho capito che potevo davvero dire la mia anche io.

Ricordo ancora le notti di osservazioni allo European Southern Observatory a La Silla in Cile, sotto il cielo più bello del pianeta. Ricordo l’invito al Collège de France a Parigi da parte di Antoine Layberie per un seminario, che poi ho scoperto di dover tenere in francese! Poi non ci dimentichiamo la notizia della vittoria al concorso da ricercatore, che mi ha raggiunto mentre ero in Brasile per un altro workshop sulle perturbazioni cosmologiche. Infine, ricordo con una certa malinconia le notti e i giorni di lavoro all’Osservatorio Astronomico UNISA per mettere su un programma di ricerca competitivo. Tutto è finito con la copertina di Nature sulla scoperta del pianeta KELT-9b, il più caldo mai visto, e la distruzione dell’Osservatorio nel febbraio 2019, una ferita ancora aperta.

Adesso, però, è ora di concentrarsi sullo sviluppo del nuovo telescopio spaziale WFIRST della NASA, che il 20 maggio scorso è stato rinominato Nancy Grace Roman Space Telescope (o semplicemente “Roman”, in breve), in onore della astronoma che ha contribuito alla nascita dei primi telescopi spaziali della NASA.

Infine, ricordo con una certa malinconia le notti e i giorni di lavoro all’Osservatorio Astronomico UNISA con il Prof. Gaetano Scarpetta, per mettere su un programma di ricerca competitivo.

Ci sono degli aggiornamenti sulla data del lancio di Roman?

Il lancio del telescopio Roman era programmato per il 2025, ma diverse vicende hanno giocato contro in questi ultimi anni: il ritardo nel lancio del JWST, lo shutdown del governo americano ad inizio 2019 e soprattutto l’epidemia di COVID-19, che sta provocando ritardi su tutte le scadenze nella tabella di marcia. A questo punto, direi che uno slittamento all’anno successivo possa essere plausibile. Tuttavia, l’interesse verso questa missione sta continuando a crescere sia dentro che fuori l’ambito accademico, mettendola al riparo da eventuali tagli di budget.


Roman viene spesso paragonato al telescopio spaziale Hubble. Quali sono le differenze e le somiglianze? E con il JWST?

Si tratta di tre telescopi spaziali che spesso vengono citati insieme, ma sono tutti e tre profondamente diversi: Hubble opera nella banda del visibile e nell’ultravioletto, mentre non è molto sensibile all’infrarosso. Al contrario, sia JWST che Roman opereranno nel vicino infrarosso. JWST avrà un campo di vista molto più piccolo anche di Hubble, perché il suo scopo è fornirci immagini con dettagli mai visti prima di sistemi stellari e planetari in formazione. Roman, invece, avrà un campo di vista cento volte più grande di Hubble, perché il suo scopo è quello di scandagliare aree di cielo molto grandi alla ricerca di galassie o fenomeni transienti. La grande novità è che Roman condurrà queste survey a grande campo con una risoluzione di 0.1 secondi d’arco, simile a quella di Hubble! Quindi, avremo la possibilità di condurre la scienza di Hubble su enormi aree di cielo contemporaneamente. JWST, invece, condurrà osservazioni con un dettaglio molto migliore di Hubble e di Roman, ma su un singolo oggetto in un’area molto limitata.

Roman telescope Valerio Bozza
Immagine 3D del veicolo spaziale Roman (luglio 2018). Immagine NASA (WFIRST Project and Dominic Benford), adattata, in pubblico dominio


Quali sono i target scientifici della missione e come vengono raggiunti?

A differenza di Hubble e JWST, Roman avrà poco spazio per richieste estemporanee di osservazioni. Sarà un telescopio essenzialmente dedicato a due programmi principali: una survey delle galassie lontane e una survey del centro della nostra Galassia. La prima survey effettuerà delle immagini di tutto il cielo alla ricerca di galassie deboli e lontane. Queste immagini consentiranno di capire meglio la distribuzione della materia nel nostro Universo, fissare le tappe dell’espansione cosmologica e chiarire i meccanismi alla base dell’espansione accelerata, scoperta venti anni fa attraverso lo studio delle supernovae Ia. I cosmologi si aspettano che Roman possa fornirci risposte fondamentali sulla natura della cosiddetta Dark Energy, che è stata ipotizzata per spiegare l’accelerazione del nostro Universo, ma la cui natura è del tutto sconosciuta.

Il secondo programma osservativo è una survey delle affollatissime regioni centrali della nostra galassia. Monitorando miliardi di stelle, ci aspettiamo che, almeno per una frazione di queste, la loro luce verrà amplificata da effetti temporanei di microlensing dovuti a stelle che attraversano la linea di vista. Il microlensing è un’amplificazione dovuta al ben noto effetto “lente gravitazionale” previsto dalla relatività generale di Einstein. Se la stella che fa da lente è anche accompagnata da un pianeta, l’amplificazione riporterà delle “anomalie” che potranno essere utilizzate per studiare e censire i sistemi planetari nella nostra galassia. Roman sarà così sensibile da rivelare anche pianeti piccoli come Marte o Mercurio!

microlensing
Il fenomeno del microlensing: la sorgente (in alto) appare più brillante quando una stella lente passa lungo la linea di vista. Se la lente è accompagnata da un pianeta, la luminosità mostra anche una breve anomalia. Credits: © ESA


Quali differenze tra le caratteristiche dei pianeti extrasolari che andrà a scoprire
Roman e quelle dei pianeti che ha osservato Kepler e che osserva TESS?

Il metodo del microlensing, utilizzato da Roman, è in grado di scoprire pianeti in orbite medio-larghe intorno alle rispettive stelle. Al contrario, sia Kepler che TESS, utilizzano il metodo dei transiti, in cui si misura l’eclisse parziale prodotta dal pianeta che oscura parte della sua stella. Questi due satelliti, quindi, hanno scoperto tipicamente pianeti molto vicini alle rispettive stelle.

Ipotizzando di osservare una copia del Sistema Solare, Kepler e TESS potrebbero vedere Mercurio o Venere, nel caso di un buon allineamento. Roman, invece, avrebbe ottime probabilità di rivelare tutti i pianeti da Marte a Nettuno.

Un’altra differenza è che Roman scoprirà pianeti distribuiti lungo tutta la linea di vista fino al centro della Galassia, consentendo un’indagine molto più ampia della distribuzione dei pianeti di quanto si possa fare con altri metodi, tipicamente limitati al vicinato del Sole. Purtroppo, però, i pianeti scoperti col microlensing non si prestano ad indagini approfondite, poiché, una volta terminato l’effetto di amplificazione, i pianeti tornano ad essere inosservabili e sono perduti per sempre.

In definitiva, la conoscenza dei pianeti nella nostra Galassia passa per il confronto tra diversi metodi di indagine complementari. Ognuno ci aiuta a comprendere una parte di un puzzle che si rivela sempre più complesso, mano mano che scopriamo mondi sempre più sorprendenti.

 

Nancy Grace Roman, in una foto NASA del 2015, in pubblico dominio