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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

Un gruppo di studiosi del Dipartimento di Ingegneria civile edile e ambientale della Sapienza in un team con altre Università (Oxford, UAE, USF), ha formulato una teoria per misurare la turbolenza dei grandi pianeti. Lo studio, pubblicato su Geophysical Research Letters, mostra che Giove sarebbe quattro volte più turbolento di Saturno

pianeti Giove Saturno tempeste

Le immagini di Giove e Saturno della sonda Cassini mostrano che l’atmosfera di questi pianeti è caratterizzata da nuvole e tempeste estremamente vorticose, un noto esempio è la Grande Macchia Rossa di Giove. Sono le manifestazioni di una intensa attività turbolenta indotta dall’energia solare e dagli scambi di calore che avvengono all’interno del pianeta.

La turbolenza è associata al trasferimento non-lineare di energia tra le diverse scale del moto definito cascata di energia; in questo caso il trasferimento di energia avviene perlopiù verso le grandi scale del moto originando gli intensi flussi vorticosi osservati nelle atmosfere dei pianeti. Quantificare l’energia trasferita da una scala all’altra è quindi fondamentale per caratterizzare la turbolenza planetaria. Una nuova ricerca condotta presso il Dipartimento di Ingegneria civile edile e ambientale di Sapienza ha individuato un possibile metodo per misurare l’attività turbolenta dei grandi pianeti come Giove e Saturno. Il lavoro è stato finanziato nell’ambito del programma MARIE SKŁODOWSKA-CURIE ACTIONS Individual Fellowships e pubblicato su Geophysical Research Letters.

pianeti Giove Saturno tempeste

“In assenza di grandi quantità di dati ben definiti nello spazio e nel tempo una misurazione convenzionale appare non realizzabile – spiegano Stefania Espa e Simon Cabanes della Sapienza. La nostra ricerca mostra come sia possibile quantificare il trasferimento di energia turbolenta usando un metodo universale basato su una grandezza calcolabile in modo relativamente semplice con i dati disponibili, la vorticità potenziale (PV, il rapporto tra vorticità assoluta e spessore di fluido)”.

Il metodo descritto nello studio è stato provato sia con dati reali relativi a Giove e Saturno che con dati ottenuti da esperimenti di laboratorio e simulazioni numeriche. “Abbiamo verificato la consistenza del nostro metodo − conclude Stefania Espa − e mostrato per la prima volta che il trasferimento di energia su Giove è quattro volte superiore a quello che si verifica su Saturno”.

pianeti Giove Saturno tempeste

Riferimenti:

Revealing the intensity of turbulent energy transfer in planetary atmospheres – Simon Cabanes, Stefania Espa, Boris Galperin, Roland M. B. Young, Peter L. Read – Geophysical Research Letters, 2020. DOI https://doi.org/10.1029/2020GL088685

 

Testo e immagini dalla Sapienza Università di Roma

Anche se sommassimo le masse di tutti i pianeti del sistema solare, non riusciremmo a formare quella di Giove. Gli antichi Romani lo associarono al dio più potente, il sovrano di tutti gli dei, il padrone del cielo, come ci ricorda il simbolo astronomico del pianeta, una rappresentazione del fulmine.

Per via della sua massa, la forza di gravità di Giove è pari a 2.6 volte quella terrestre, ciò significa che per calcolare il vostro peso su Giove dovete moltiplicare il vostro peso attuale per 2.6. Si, saremmo tutti “ingrassati”! La densità del pianeta, però, è di poco superiore a quella dell’acqua: Giove è un’immensa palla di gas.

La composizione è stratificata: al centro è (forse) presente un nucleo roccioso coperto da un mantello di idrogeno metallico liquido su cui grava un pesante strato di atmosfera. Partendo dalla superficie e addentrandoci verso il cuore del pianeta, temperatura e pressione vanno via via aumentando sino ad arrivare, nel nucleo, a valori di temperatura superiori a 35000° C e pressioni di circa 4 milioni di volte quella terrestre.

Caratteristica di Giove è il bandeggio: nubi di ammoniaca ghiacciata disposte in fasce orizzontali di vari colori che si muovono in direzioni opposte e, in alcuni punti, si invorticano, formando immensi cicloni. Nell’atmosfera gioviana si possono contare centinaia di queste masse gassose vorticanti che, come sulla Terra, si distinguono in cicloni (stesso verso di rotazione del pianeta) e anticicloni (verso di rotazione opposto). Si formano e disfano in tempi che vanno dal giorno alle centinaia di anni, come la grande macchia rossa. Osservata probabilmente per la prima volta da Cassini nel 1664, è la tempesta più longeva conosciuta, nonché la più violenta del sistema solare: come dimensioni potrebbe contenere quasi tre Terre e si innalza per circa 8 km dalla superficie del pianeta. La temperatura arriva a -160° C ed è solcata da venti tremendi che sfiorano i 600 km/h. Il diametro della grande macchia sta, però, diminuendo, mentre è in aumento l’estensione di un altro anticiclone, la cosiddetta piccola macchia rossa che si trova vicina, appena sotto la grande macchia. Formatasi nel 2000 dall’unione di tre tempeste distinte, nel 2008 aveva già raggiunto le dimensioni della Terra.

Foto NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester), in pubblico dominio

Per via del core di idrogeno metallico liquido, il campo magnetico di Giove è il più intenso del sistema solare (centinaia di volte più intenso di quello terrestre) e, interagendo con i venti solari, forma una vastissima magnetosfera, un oggetto di studio estremamente interessante per gli astronomi. Un fenomeno spettacolare dovuto al campo magnetico è quello delle aurore polari di Giove: molto più energetiche ed estese delle terrestri e, per di più, perenni. La loro straordinaria potenza non è alimentata solo dalla nostra stella, ma anche da Io, uno dei quattro satelliti galileiani, nonché tra gli oggetti più attivi del sistema solare, che rifornisce il campo magnetico del pianeta di particelle provenienti dai suoi numerosi vulcani.

Giove
Giove e e la sua luna Io visti dalla sonda Cassini (2001). Foto NASA/JPL/University of Arizona, pubblico dominio

Come gli altri tre giganti gassosi, anche Giove possiede un sistema di anelli, sebbene meno vistoso di quello di Saturno, tanto che fu osservato per la prima volta solo nel 1979 dalle missioni Voyager della NASA.

Galileo e Juno sono altre due missioni dell’agenzia spaziale americana che hanno dato un importante contributo alla scoperta di Giove. Juno, partita nel 2011, è tuttora in corso, mentre Galileo è terminata nel 2003 con un impatto guidato sul pianeta. La sonda Galileo ha avuto l’occasione di osservare un altro e ben più significativo impatto su Giove, quello avvenuto nel 1994 con la cometa Shoemaker-Levy 9. L’impatto avvenne in 6 giorni, tra il 16 e il 22 Luglio, poiché la cometa si era sbriciolata in 21 frammenti, divenendo simile ad una “collana di perle” e sprigionò una potenza di 6 miliardi di kt (per confronto, la bomba che distrusse Hiroshima era di soli 16 kt). Fu un evento scientifico e mediatico molto significativo: diversi telescopi furono puntati sul gigante gassoso e tanti esperti e non seguirono con trepidazione la diretta. Sulla superficie di Giove rimasero le tracce del bombardamento: vaste macchie circolari, la più grossa del diametro di 12000 km (quello terrestre è di 12742 km), che, come ferite scure, perdurarono un paio di mesi per poi sparire definitivamente.

Il luogo dell’impatto del frammento G della cometa Shoemaker-Levy 9. Foto Hubble Space Telescope Jupiter Imaging Team, in pubblico dominio

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

Cominciamo dando qualche dato fisico del secondo pianeta del sistema solare: Venere.

12103 km e 12742 km. Sono, rispettivamente, i valori dei diametri di Venere e Terra: come vedete, molto simili, ma le somiglianze terminano qua. L’asse di rotazione del pianeta è inclinato di 177°, ciò rende la rotazione di Venere retrograda: su Venere vedremmo sorgere il Sole a Ovest e tramontare ad Est! La rotazione del pianeta su se stesso è molto lenta: il giorno sidereo dura ben 243 giorni terrestri, ma, per via del moto retrogrado, il giorno solare è più corto: 117 giorni terrestri. Il periodo siderale (l’anno venusiano) conta 225 giorni terrestri. Su Venere è interessante anche riportare il valore di un altro dato, il periodo sinodico, ovvero il tempo che impiega il pianeta a ritornare nella stessa posizione rispetto al Sole per noi che lo osserviamo dalla Terra. Esso è di 584 giorni.

Un pianeta osservato da sempre

E proprio i 584 giorni del periodo sinodico di Venere li ritroviamo nel Codice di Dresda, uno dei documenti astronomici più importanti dell’antica civiltà Maya. Osservatori meticolosi del cielo, i Maya avevano calcolato con estrema precisione il moto celeste del pianeta; per loro Venere era una divinità di grande importanza, giocando un ruolo importante nelle vite materiali e spirituali: ad essa offrivano notevoli sacrifici. Anche per i Mexica, altro popolo mesoamericano, questo pianeta aveva un ruolo centralissimo: la leggenda narra che il potente Quetzalcoatl si buttò in una pira, divenendo parte del cielo e una divinità, Venere come stella del mattino, appunto. Nel Mar Mediterraneo, Venere era invece spesso associato ad una divinità femminile, Afrodite per gli antichi Greci, Venere per i Romani; il simbolo astronomico del pianeta è anche quello utilizzato per il sesso femminile; spesso lo si intende come una stilizzazione della mano della dea che regge uno specchio anche se non sarebbe quella la sua vera origine.

Venere è il pianeta più vicino alla Terra, dunque ben visibile nel nostro cielo. È perciò naturale che fosse un punto di riferimento importante per i popoli antichi. Per via della sua vicinanza al Sole, Venere si rende visibile in alcuni periodi dell’anno solo dopo il tramonto e in altri poco prima dell’alba. Questa dualità la ritroviamo presso i popoli antichi, che attribuirono due divinità differenti alle due apparizioni di Venere sin quando i pitagorici arrivarono a capire che le due manifestazioni erano riconducibili allo stesso oggetto celeste. Per esempio, secondo i Mexica, Quetzalcoatl era Venere mattutino, mentre il fratello Xolotl impersonificava Venere della sera. Similmente, presso i latini vi erano Lucifero e Vespero.

Il transito di Venere

Il fatto che Venere sia un pianeta interno dà origine a due fenomeni ben visibili dalla Terra:

  • Venere, come la Luna, ha le fasi. Lo sapeva bene Galileo Galilei, che fu il primo ad osservarle nel 1610.
  • Possiamo ammirarne il transito, ossia il passaggio del disco nero di Venere sulla superficie del Sole.

I transiti di Venere avvengono a coppie, distanziati di 8 anni; ogni coppia si ripresenta a intervalli di 121,5 e 105,5 anni (l’ultimo fu il 6 giugno del 2012 e il prossimo sarà l’11 dicembre 2117). Il grande astronomo Edmund Halley, nel 1691, calcolò le epoche dei successivi 29 transiti di Mercurio e Venere, sino al 2004. Purtroppo, il primo transito di Venere, secondo i suoi calcoli, sarebbe stato nel 1761, quando Halley avrebbe avuto quasi 105 anni… immaginate il suo dispiacere per non poter assistere all’evento!

Perché era così importante il transito di Venere? Secondo il metodo sviluppato da Halley stesso, osservando tale evento da due luoghi diversi (e possibilmente piuttosto distanti), si poteva determinare la distanza Terra-Sole.

Venere
Il transito di Venere nel 2004. Foto di Jan Herold/Klingon, CC BY-SA 3.0

Quando finalmente arrivò il tanto atteso transito, il 6 giugno 1761, le principali nazioni europee organizzarono importanti spedizioni scientifiche per l’osservazione. Fu un’impresa ardua: qualcuno perse la vita nel lungo viaggio in nave per via di naufragi o della guerra tra Francia e Inghilterra, qualcun altro rimase disperso e chi arrivò incolume a destinazione ebbe magari la sfortuna di trovare un cielo nuvoloso.

Alla fine, solo 120 astronomi riuscirono nell’impresa e poterono svolgere il calcolo di Halley, in maniera piuttosto imprecisa, trovando un valore compreso tra 123 e 157 milioni di km (il valore oggi accettato è pari a 149.57 milioni di km).

Un inferno affascinante

Venere
Cratere da impatto nella Lavinia Planitia di Venere. I colori non corrispondono a quelli reali. Foto NASA/JPL, in pubblico dominio

Ma com’è questo pianeta? La definizione più appropriata è “un inferno”. La temperatura media è di 460° C, l’atmosfera è “pesante” (la pressione è quella che potremmo sperimentare a 1000 m sott’acqua), tossica (il 96% è anidride carbonica) e corrosiva (sono presenti nuvole di anidride solforosa che generano piogge acide). La presenza di una spessa coltre di nubi che riflette la luce del Sole rende il pianeta molto brillante, ma ostacola l’osservazione della superficie. Solo nel 1990, con la sonda NASA Magellano, fu possibile vedere attraverso le dense nubi per scoprire un mondo per lo più pianeggiante, con pochissimi crateri da impatto e con più di 1500 vulcani.

L’esplorazione spaziale di Venere cominciò, però, molto prima. La Russia dedicò un intero programma al pianeta, cominciando nel 1961 con la sonda Venera 1. Per alcune delle sedici missioni Venera, era previsto anche un lander, ma, per via delle condizioni estreme del pianeta, la permanenza sul suolo venusiano fu molto breve. Fu il lander della Venera 13 a battere il record di durata, con ben 127 minuti!

Venere
Dalla Terra, Venere è sempre il più brillante dei pianeti del sistema solare. Foto Brocken Inaglory, CC BY-SA 3.0

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

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 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