La sonda Juno della NASA e sullo sfondo il pianeta Giove, in un'elaborazione grafica (NASA.gov)

Il viaggio di Juno verso Giove

Dopo cinque anni di viaggio e miliardi di chilometri, una sonda della NASA – con tre LEGO, tra le altre cose – sta per entrare in orbita intorno a Giove

di Emanuele Menietti – @emenietti
La sonda Juno della NASA e sullo sfondo il pianeta Giove, in un'elaborazione grafica (NASA.gov)

Aggiornamento del 5 luglio 2016
La sonda spaziale Juno è entrata nell’orbita di Giove ➡️

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Nelle prime ore di martedì 5 luglio, a 869 milioni di chilometri da noi, la sonda spaziale Juno accenderà il suo motore principale per rallentare la sua corsa iniziata cinque anni fa e mettersi in orbita intorno a Giove, il più grande pianeta del Sistema solare. Dopo 35 minuti di attesa, i ricercatori e i tecnici che per anni hanno lavorato alla preparazione della missione sapranno se Juno avrà eseguito la manovra come previsto o se sarà andata perduta per sempre. Juno è tra le missioni planetarie più importanti degli ultimi anni: grazie ai suoi strumenti, realizzati in parte in Italia, ci aiuterà a scoprire nuove cose su Giove, le sue tempeste gigantesche e sul modo in cui si formò il Sistema solare. E tre omini LEGO le faranno compagnia (davvero).

Giove
Nel nostro sistema solare, Giove è il pianeta più grande e ingombrante di tutti. È gigantesco sul serio, soprattutto se confrontato con la Terra: ci vorrebbero 11 pianeti come il nostro messi in fila per coprire il diametro di Giove, e ne servirebbero 300 per ottenere una massa pari alla sua. A differenza della Terra, però, Giove non è roccioso, ma è una colossale palla di gas formata per lo più da idrogeno ed elio. Le sue dimensioni e la sua composizione ci dicono che fu il primo pianeta a formarsi nel Sistema solare. Nel farlo inglobò gli avanzi dei gas che avevano costituto il Sole, la stella intorno cui orbitano tutti i pianeti del Sistema. Mentre la Terra impiega circa un anno per compiere un’orbita completa intorno al Sole, Giove ne impiega 12; in compenso gira velocissimo su se stesso: un giorno da quelle parti dura appena 10 ore.

giove

Giove è piuttosto luminoso e visibile a occhio nudo nel cielo notturno, per questo è stato osservato da sempre dall’uomo. Le prime annotazioni sui suoi movimenti risalgono alla civiltà assiro-babilonese – quasi quattro millenni fa – ma fu l’italiano Galileo Galilei con i suoi primi telescopi nel 1610 a compiere osservazioni più accurate, comprese quelle delle quattro lune gioviane più grandi, che gli permisero di affinare la sua teoria che metteva in dubbio l’assunto per cui fosse la Terra al centro dell’Universo. Un altro italiano, l’astronomo Giovanni Domenico Cassini, nella seconda metà del Seicento osservò l’esistenza di macchie sulla superficie di Giove, compresa la Grande Macchia Rossa: una tempesta che dura da più di tre secoli ed è la più grande conosciuta di tutto il Sistema solare (è così ampia da potere contenere quasi tre pianeti delle dimensioni della Terra).

Se osservato con telescopi potenti a sufficienza, Giove appare come una palla variegata di gomma da masticare, di quelle che si trovavano una volta nei distributori automatici. La variegatura è data dagli spessi strati di nubi formate da ammoniaca e idrogeno solfridico, che nascondo più all’interno nubi formate da vapori d’acqua, che talvolta affiorano e diventano visibili quando gli strati più esterni delle nuvole si diradano. Le strisce che separano abbastanza nettamente i vari strati di nuvole sono formate dai forti venti che sferzano il pianeta, in direzione est-ovest. Ed è proprio in questa porzione più superficiale dell’atmosfera gioviana che si sviluppano colossali tempeste, come quella della Grande Macchia Rossa.

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Giove ha un campo magnetico molto potente, che secondo gli astronomi si origina in profondità nel pianeta, a circa un terzo del raggio, dove la pressione e così alta da rendere liquido l’idrogeno, che si comporta come un metallo diventando un grande conduttore di elettricità. È in questo enorme oceano di idrogeno liquido che si produce il campo magnetico, complice la veloce rotazione del pianeta: è 20mila volte più intenso di quello della Terra e occupa un’ampia porzione di Spazio (magnetosfera), che si estende fino a 3 milioni di chilometri, con una coda che si prolunga per quasi un miliardo di chilometri: per le strumentazioni di una sonda, come Juno, può essere un inferno, per questo alcune sono state schermate con spessi involucri in titanio.

Perché inviare una sonda verso Giove
Considerate le sue caratteristiche, un’analisi più attenta e approfondita di Giove può dirci molte cose sulla storia del nostro Sistema solare e soprattutto sui primi tempi della sua formazione. La sua composizione è simile a quella della grande nebulosa da cui si formò il Sistema solare per come lo conosciamo oggi, quindi i ricercatori confidano di potere trovare indizi su come andarono le cose miliardi di anni fa, quando al posto di una pacifica danza di pianeti intorno a una stella era tutto più turbolento e incerto.

Nel Novecento diverse sonde sono passate in prossimità di Giove, nell’ambito di varie missioni spaziali: le Pioneer 10 e 11 ne hanno fotografato la superficie e i poli negli anni Settanta, Ulysses ha raccolto dati sul suo campo magnetico nel 1992, quattro anni dopo la sonda Galileo ha fatto altre rilevazioni e lanciato un sensore tra le dense nubi del pianeta, mentre nel 2007 New Horizons nel suo viaggio verso Plutone ha scattato alcune nuove fotografie del pianeta. A distanza, i telescopi più potenti della Terra e in orbita intorno al nostro pianeta, come Hubble, hanno scattato centinaia di fotografie a Giove, ma nonostante tutte queste osservazioni restano ancora da chiarire molte cose sulle sue caratteristiche, da qui la decisione di inviare Juno.

Cos’è Juno
La missione Juno è partita verso Giove il 5 agosto del 2011 da Cape Canaveral, in Florida, con il compito di osservare il pianeta come non era mai stato fatto prima, guardando attraverso i suoi strati più superficiali di nuvole. Il nome Juno deriva da quello della divinità Giunone dell’antica Roma: la moglie di Giove, che aveva la capacità di osservare attraverso le nuvole. Il costo complessivo della missione è intorno agli 1,13 miliardi di dollari e la sua durata prevista è di 78 mesi dal lancio.

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La parte centrale di Juno, quella che ospita le strumentazioni e le antenne per trasmettere i dati, è una sorta di grande scatola a base esagonale con diametro e altezza di 3,5 metri. Da tre dei sei spigoli, si sviluppano i grandi pannelli solari, ognuno dei quali è lungo 9 metri e largo 2,7: offrono in tutto 60 metri quadrati di superficie per raccogliere la luce del Sole e trasformarla in energia elettrica per alimentare i sistemi di bordo. Juno è la prima sonda spaziale inviata verso Giove dalla Terra a utilizzare un’alimentazione a energia solare al posto di una batteria atomica, più che altro per motivi tecnici ed economici e non per scelte politiche, benché da anni sia dibattuta l’opportunità di utilizzare materiale radioattivo nelle sonde che inviamo nello Spazio.

Un po’ di Italia intorno a Giove
Su Juno sono montati 10 strumenti principali che serviranno per la raccolta di dati di vario tipo, con l’obiettivo di comprendere meglio le caratteristiche strutturali di Giove, misurare la composizione dell’atmosfera e la velocità dei suoi venti, studiare in modo più completo la struttura della magnetosfera prodotta dal pianeta. Uno degli strumenti principali e un componente secondario a bordo di Juno sono stati forniti dall’Italia:

JIRAM (Jovian InfraRed Auroral Mapper), serve per studiare gli strati superiori dell’atmosfera gioviana utilizzando uno spettrometro e una fotocamera, ed è stato costruito dall’Istituto Nazionale di Astrofisica con Sele-Galileo Avionica;

KaT (Ka-Band Translator), fa parte dello strumento principale GSE (Gravity Science Experiment) per studiare la struttura interna di Giove sulla base delle variazioni della gravità del nucleo di Giove.

Su Juno c’è anche una targa dedicata a Galileo Galilei, per ricordare le sue osservazioni delle 4 lune principali di Giove nel Seicento. La placca riporta un estratto dal manoscritto in cui Galilei scrisse:

Nell’undicesimo, era in questa formazione, e la stella più vicina a Giove era metà della dimensione dell’altra e molto vicina all’altra così che, durante le precedenti notti, tutte e tre le stelle osservate erano della stessa dimensione e distanti ugualmente; così appare evidente che intorno a Giove ci siano tre stelle che si muovono, invisibili a tutti fino ad ora.

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Quando arriva Juno
Juno ha seguito un percorso piuttosto tortuoso per raggiungere Giove, sfruttando le spinte orbitali di altri pianeti: nel complesso ha viaggiato per circa 2,8 miliardi di chilometri e ora si trova a una distanza di quasi 869 milioni di chilometri da noi. Un raggio di sole impiega 45 minuti per raggiungere i pannelli solari che alimentano la sonda (per raggiungere la Terra impiega circa 8 minuti). Man mano che si è avvicinata a Giove, la sonda ha aumentato la sua velocità a causa dell’attrazione gravitazionale del pianeta: si stima che raggiungerà i 250mila chilometri all’ora (rispetto alla Terra), diventando uno degli oggetti più veloci mai creati dall’uomo.

Alle 5:18 del mattino del 5 luglio (ora italiana) inizierà la fase più critica e importante dell’intera missione: collocarsi in un’orbita stabile intorno a Giove: se qualcosa dovesse andare storto durante queste manovre, Juno sarebbe perduta per sempre a 869 milioni di chilometri da noi. La sonda attiverà il suo motore principale per 35 minuti che la spingerà in direzione opposta rispetto a quella in cui sta viaggiando, in modo da ridurne la velocità quel tanto che basta per farsi “catturare” dalla forza di gravità di Giove. In poco più di mezz’ora la velocità relativa di Juno si ridurrà di 542 metri al secondo, nel frattempo la sonda girerà su se stessa a una velocità di 5 giri al minuto per mantenere più stabile la sua traiettoria. Se tutto andrà come calcolato, dopo 35 minuti Juno comunicherà con la Terra, fornendo dati per avere conferme sulla sua posizione e lo stato delle sue strumentazioni: sarà in un’ampia orbita intorno a Giove e per fare un giro completo intorno al pianeta impiegherà 53 giorni e mezzo circa. L’ampiezza dell’orbita sarà ridotta in un secondo momento in autunno: diventerà di 14 giorni, ideale per compiere le rilevazioni scientifiche intorno al pianeta.

E poi?
Juno girerà per mesi intorno a Giove compiendo 560 milioni di chilometri e raccogliendo con i suoi strumenti dati che saranno inviati sulla Terra, poi nel 2018 compirà un’ultima orbita che la porterà ad avvicinarsi rapidamente agli strati più superficiali del pianeta. Il 20 febbraio di quell’anno, Juno entrerà nell’atmosfera gioviana e non essendo dotata di protezioni sufficienti andrà a fuoco, polverizzandosi tra i tempestosi venti che sferzano Giove. La scelta di questa fine traumatica è stata assunta per rispettare i principi di protezione dei pianeti imposti dalla NASA, e per evitare che la sonda potesse in qualche modo interferire con le principali lune di Giove.

Bonus
Oltre ai pannelli solari, ai motori e alle strumentazioni di bordo, la fine traumatica nell’atmosfera di Giove spetterà anche a tre omini LEGO, che da cinque anni viaggiano nelle profondità dello Spazio ospitati da Juno. Sono stati realizzati in alluminio, non in plastica per motivi pratici, e rappresentano Galileo Galilei con il suo inseparabile telescopio, Giove con tanto di saette in mano e la moglie Giunone, con una lente d’ingrandimento in mano per rappresentare le sue capacità indagatrici. L’iniziativa è il frutto di una collaborazione tra NASA e LEGO Group per avvicinare i bambini alle scienze, alla matematica e alla tecnologia. Sono gli omini LEGO che hanno viaggiato di più in tutta la storia dell’umanità, grande Giove.

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