Planetologia
I piccoli corpi del Sistema Solare (asteroidi, comete, oggetti transienti, centauri, transnettuniani), essendo i residui della formazione del nostro sistema planetario, ci offrono interessanti indizi sulla mistura chimica da cui si sono formati i pianeti circa 4.5 miliardi di anni fa.
In particolare, la popolazione dei Near Earth Objects (NEO) comprende oggetti con perielio q<1.3 UA e afelio Q> 0.983 UA, ossia su orbite prossime a quella terrestre. La loro vita media è di circa 10^7 anni, prima di collidere con un pianeta, cadere nel Sole o essere espulsi dal Sistema Solare. I NEO sono rappresentativi di asteroidi e comete, e permettono di avere informazioni cruciali sull’origine ed evoluzione del Sistema Solare. Infatti, con una vita media così breve devono necessariamente essere continuamente importati dalle regioni della fascia principale, e in minor misura dalle regioni di formazione cometarie.
Gli attuali scenari astrobiologici invocano per l’origine e sviluppo della vita un influsso di materiale organico sulla Terra primitiva. Questo materiale potrebbe essere arrivato grazie a un NEO primitivo, che aveva in superficie complesse molecole organiche capace di innescare la sintesi prebiotica dei composti propedeutici alla vita.
Tuttavia, i NEO rappresentano anche una ben nota minaccia alla vita sulla Terra: in particolare, i cosiddetti Oggetti Potenzialmente Pericolosi (in inglese PHO), oggetti più grandi di 140 metri di diametro e con una distanza orbitale di meno di 0.05 AU (circa 7.5 milioni di km) potrebbero avere incontri ravvicinati col nostro pianeta e in casi estremi collidere (e.g., Perna et al., 2013, 2016). La nostra attività scientifica consiste principalmente nel contribuire significativamente alla caratterizzazione fisica dei NEO appena scoperti, partecipando attivamente e guidando progetti internazionali coinvolti nella difesa planetaria.
Nel 2022, la missione DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA ha effettuato con successo il primo test di difesa planetaria tramite impattatore cinetico, impattando su Dimorphos, il satellite di 160 m dell’asteroide NEO binario (65803) Didymos. L’effetto dell’impatto era di diminuire il semiasse maggiore della sua orbita ed accorciare il periodo orbitale di Dimorphos attorno Didymos.
Testimone dell’evento è stato il piccolo cubesat italiano LICIACube, gestito dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). LICIACUBE è un cubesat di 10x20x30 cm e una massa inferiore a 14 kg, equipaggiato con due diverse camere: LEIA, progettato per gestire le operazioni di navigazione ed ottenere immagini scientifiche, e LUKE, capace di ottenere immagini in diversi colori (Dotto et al. 2021).
DART, partito dalla base di Vandenberg (USA) il 24 Novembre 2021, aveva a bordo LICIACube come piggyback, e le due sonde hanno viaggiato insieme per 291 giorni durante la fase di crociera. Quindici giorni prima dell’impatto di DART, LICIACube è stata rilasciata ed ha iniziato le operazioni, ottenendo calibrazioni in orbita degli strumenti e manovre per correggere la sua traiettoria verso l’asteroide.
La fase scientifica di LICIACube è iniziata 71 secondi prima dell’impatto nominale, quando si trovava a 1466 km da Dimorphos. Poi il Cubesat è arrivato fino a una distanza minima di 58 km circa 3 minuti dopo l’impatto di DART, acquisendo un totale di 426 immagini scientifiche, ed avendo una visione privilegiata dell’evento. Nelle immagini ottenute da LEIA l’impatto è stato testimoniato da un incremento di cinque volte della luminosità del target. LUKE ha cominciato ad acquisire immagini 29 secondi dopo l’impatto, ed entrambi gli strumenti hanno seguito l’evoluzione della situazione e gli effetti dell’impatto fino a 320 secondi dopo l’impatto nominale.
Le immagini ottenute in situ da LICIACube (Dotto et al. 2024) mostrano che l’impatto di DART su Dimorphos ha generato un cono di materiale espulso dalla superficie che mostra una grande apertura angolare. Questa “plume” ha una struttura complessa e disomogenea, caratterizzata da filamenti non lineari, grani di polvere e massi espulsi con velocità da decine fino a 500 m/s. Le immagini ottenute da LICIACube sono state inoltre utilizzate per avere una stima della forma del target (Zinzi et al. 2024), e sono state cruciali nel misurare il momento impartito a Dimorphos, che oscilla tra 2.2. e 4.9 a seconda delle assunzioni sulla massa e densità di Dimorphos. Sulla base delle informazioni ottenute, il momento trasferito era aumentato rispetto a quello solo impartito da DART, suggerendo che Dimorphos non sia un corpo solido, ma piuttosto un aggregato di materiale non coeso (“rubble-pile”.
I membri dell’INAF-OAR hanno guidato il team scientifico di LICIACube e ne hanno coordinato l’attività di diversi gruppi di lavoro.
Per saperne di più: https://science.nasa.gov/mission/dart/
Nell’ambito del programma ALCOR per lo sviluppo di satelliti miniaturizzati, l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) sta finanziando la missione CubeSat “Asteroid Nodal Intersection Multiple Encounters” (ANIME), che ha completato con successo la Fase A nel 2024. L’obiettivo è sviluppare un CubeSat 12U progettato per l’esplorazione di più asteroidi near-Earth (NEA) durante i loro transiti attraverso i nodi orbitali.
Il profilo di missione di base di ANIME prevede sorvoli ravvicinati di due asteroidi potenzialmente pericolosi (PHA) e un rendezvous con un piccolo NEA di alcune decine di metri. La selezione dei target di missione si basa sulle loro caratteristiche fisiche e orbitali peculiari, che li rendono particolarmente interessanti sia per la ricerca scientifica che per la difesa planetaria. In particolare, il target di rendezvous di riferimento è stato identificato in 2000 SG344, un NEA incluso tra gli asteroidi più pericolosi nelle liste di rischio di JPL ed ESA, con diverse possibili soluzioni di collisione con la Terra nel corso del prossimo secolo. Inoltre, la sua elevata accessibilità lo rende un ottimo candidato per future missioni di esplorazione umana.
L’architettura di sistema si basa su componenti di volo già testati, con una strumentazione scientifica costituita da due camere, più il transponder di bordo per l’acquisizione di dati di radio-scienza. Sfruttando queste tecnologie, ANIME mira a fornire dati preziosi per le teorie più recenti sulla formazione planetaria. Tali informazioni saranno rilevanti anche per la protezione planetaria e per valutare il possibile sfruttamento futuro delle risorse asteroidali. Inoltre, la missione si propone di validare tecnologie critiche per l’impiego dei CubeSat nel contesto altamente sfidante dello spazio interplanetario.
Il progetto è guidato dall’INAF-OAR, e il lancio della missione è previsto a partire dal 2030.
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DIDASCALIA: Rappresentazione artistica della missione ANIME.
La missione Hayabusa2, guidata dall’Agenzia Spaziale Giapponese JAXA, ha esplorato con successo l’asteroide near-Earth Ryugu, riportando campioni della sua superficie sulla Terra nel dicembre 2020. Questa missione ha fornito dati preziosi sulla composizione e la storia degli asteroidi primitivi, contribuendo a far luce sulle fasi iniziali del Sistema Solare e sull’origine dei materiali organici.
Dopo il completamento della missione primaria, la misssione estesa Hayabusa2# ha l’obiettivo di esplorare altri due oggetti: nel 2026 la sonda ha effettuato un sorvolo ravvicinato dell’asteroide Torifune, che sarà seguito nel 2031 da un rendezvous con 1998 KY26, un asteroide near-Earth a rapidissima rotazione con un diametro di poche decine di metri.
Il nostro gruppo di ricerca contribuisce attivamente alla missione Hayabusa2, con un ricercatore coinvolto come co-investigator, con un focus sulla caratterizzazione spettroscopica degli asteroidi target.
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DIDASCALIA: L’asteroide Ryugu, ripreso dalla fotocamera ONC-T a bordo di Hayabusa2 (crediti: ISAS/JAXA).
I piccoli (rispetto a quelli planetari) corpi con attività di tipo “cometario” (asteroidi attivi e transienti, comete, Centauri) si trovano ovunque nel Sistema Solare: orbitano sia nella calda regione nelle vicinanze della Terra che nelle fredde aree spazzate dai giganti gassosi. L’attività di tipo cometario (ossia la formazione di una chioma diffusa e l’apparizione di una o più “code”), con diversi livelli di intensità e persistenza, con differenti morfologie e origine, viene rilevata in sempre più corpi celesti piccoli, man mano che tecniche come il “long-term monitoring” (monitoraggio a lungo termine), il “deep imaging” (immagini profonde a lungo tempo di esposizione) e il “PSF modelling” (applicazione di modelli ottici) sono applicati a programmi osservativi da terra e dallo spazio.
Le distinzioni storiche tra gruppi e famiglie di corpi piccoli attivi sono progressivamente attenuate, soprattutto per i corpi che orbitano nelle regioni al di fuori dell’orbita di Giove, dove trascorrono la maggior parte della loro esistenza all’interno del Sistema Solare dopo esservi stati presumibilmente iniettati partendo dalla Kuiper Belt. La caratterizzazione dell’attività di tipo cometario dei corpi al di fuori dell’orbita di Giove pone importanti vincoli ai modelli che descrivono lo scenario dell’evoluzione fisica e dinamica dei piccoli corpi che provengono dalle regioni più lontane del nostro Sistema Solare e che lentamente si spostano verso le parti più interne, vicino alla Terra e spesso anche oltre, verso il Sole.
Le comete appartenenti a diversi gruppi e famiglie dinamiche, che provengono da diversi riserve nel Sistema Solare (la Kuiper Belt oltre l’orbita di Nettuno e la Oort Cloud, ai confini del Sistema), trascorrono gran parte della loro esistenza in zone molto fredde, dove la radiazione solare è scarsa e quindi poco efficace per i processi di alterazione superficiale. Per questo sono considerate tra gli oggetti più primordiali, che recano ancora le tracce più antiche della formazione e delle prime fasi di evoluzione del nostro Sistema Solare. Negli ultimi anni, l’avvento di “visitatori interstellari” provenienti da altri sistemi solari ha posto importanti vincoli (e ha aperto nuove questioni ancora irrisolte) sui meccanismi di formazione ed evoluzione dei sistemi eso-planetari.
INAF-OAR è storicamente protagonista della scienza fondamentale in questo campo. In particolare, i ricercatori del gruppo di planetologia dell’INAF-OAR sono coinvolti in molti progetti nazionali ed europei per studiare la natura dei diversi corpi con attività, che si muovono a diverse distanze eliocentriche nel nostro Sistema Solare.
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DIDASCALIA: La cometa a lungo periodo C/2022 E3 (ZTF) (credit: Michael Jäger).
Il progetto TRANSNEO è stato recentemente finanziato da INAF (2022-2025) con lo scopo di caratterizzare NEO TRANSienti, ossia quelli che mostrano caratteristiche ibride di comete e asteroidi. Abbiamo deciso di osservare TRANSNEO poiché i ripetuti passaggi attorno al Sole rendono in teoria più semplice osservare una potenziale attività; inoltre, sono tipicamente estremamente accessibili per osservazioni e future missioni spaziali, avendo attratto l’interesse di alcune agenzie spaziali. La missione della JAXA DESTINY+ visiterà a breve l’asteroide (3200) Phaethon, NEO e progenitore dello sciame meteoritico delle Geminidi. Il progetto è strutturato in 3 gruppi di lavoro: Spettroscopia (WP1) e Fotometria (WP2) di oggetti TRANSNEO, entrambi a guida INAF, e Polarimetria (WP3), a guida della Seoul University.
L’innovativa missione ESA Comet Interceptor è dedicata all’esplorazione di una cometa a lungo periodo, poco processata dalla radiazione solare e perciò primordiale, possibilmente al suo primo passaggio nelle regioni interne del nostro Sistema Solare, o addirittura (come “mission goal”) all’esplorazione ravvicinata di un oggetto interstellare, originato da un’altra stella, dovesse quest’ultimo attraversare il nostro Sistema Solare al momento opportuno. La missione è stata proposta a ESA nel 2018, e formalmente adottata per un lancio nel 2029, come “piggy-back” (sonda accessoria) della missione Ariel.
Comet Interceptor sarà la prima missione di classe F (“F” sta per “fast”, ossia “veloce”) dell’ESA, missione con poco più di dieci anni di inviluppo temporale dall’ideazione alla fase operativa. Sarà lanciata con l’idea di essere posta in orbita di parcheggio (“halo orbit”) attorno al punto lagrangiano L2 del sistema Sole-Terra, e attendere finché un bersaglio adatto verrà scoperto e individuato a grandi distanze eliocentriche, in avvicinamento al suo perielio. Comet Interceptor manovrerà quindi per raggiungere la cometa quando sarà sull’eclittica, a circa 1 ua, realizzando un incontro ravvicinato di “fly-by” alla minima distanza (“closest approach”, CA) di circa 1000 km (il valore reale dipenderà dal livello di attività della cometa stessa).
Comet Interceptor, con la sua “suite” di strumenti a bordo, indagherà su due questioni fondamentali: 1) qual è la composizione superficiale, la forma, la morfologia, la struttura di una cometa a lungo periodo (LPC, “Long Period Comet”)? 2) qual è la composizione della polvere e del gas nella sua chioma, la dipendenza della chioma stessa dalla natura del nucleo, e la natura della sua interazione con il vento solare? Per raggiungere i suoi obiettivi, Comet Interceptor è stata progettata come una missione “multi-sonda”, con una sonda principale che passerà alla distanza nominale di massimo avvicinamento, e due sonde secondarie – B1, fornita dall’agenzia spaziale giapponese JAXA, e B2, fornita anch’essa da ESA. Le due sonde secondarie seguiranno due traiettorie differenti attraverso la chioma cometaria, passando a distanze minori dal nucleo (circa 850 e 400 km, rispettivamente), e avranno differenti angoli di vista per l’osservazione della cometa. Le osservazioni delle tre sonde, combinate tra loro, permetteranno di ottenere informazioni finora mai ottenute sulle proprietà della chioma cometaria, da un’inedita prospettiva tridimensionale.
Il gruppo di Planetologia dell’INAF-OAR contribuisce attivamente alla misisone, con una ricercatrice del gruppo di planetologia dell’INAF-OAR con il ruolo di “Associated Scientist” della missione e di membro del “Target Identification WG”, il gruppo di lavoro ESA che ha il compito di definire la procedura di prioritizzazione e selezione della cometa bersaglio della missione.
Per saperne di più: https://www.cometinterceptor.space/
QUI FIGURA: ESA_CometInterceptor.jpg
DIDASCALIA: The official Comet Interceptor mission logo (credit: ESA).