La sonda ha terminato la sua opera

C’è qualcosa di magico nel pensare di raggiungere i confini del sistema solare, là dove il sole sembra lontano e pallido, quasi un ricordo freddo della vita che fu. E per aggiungere una punta di romanticismo che non guasta mai, la fine della missione sarà anche la morte dell’esploratore… Sembra un po’ la trama di qualche storia struggente sulla ricerca di se stessi, un viaggio intimista e travagliato nell’animo umano, ma in realtà è “solo” una delle più importanti e belle missioni spaziali degli ultimi anni, dove gli sforzi di NASA, ESA (European Space Agency) e ASI (Agenzia Spaziale Italiana) si sono uniti per creare una sonda tanto avanzata e tanto da affidabile da arrivare fino a Saturno e raccogliere ogni tipo di dati. Quella sonda era la Cassini-Huygens e questa è la sua lunga storia.

The Grand Finale

Il 15 settembre 2017 alle ore 3:31 PDT la Sonda Cassini ha iniziato la sua discesa attraverso l’atmosfera di Saturno, immolandosi dopo vent’anni di onorato servizio. La sua ultima trasmissione risale alle 4:55 PDT. Questa è stata la fase finale dell’ultimo set di missioni della Sonda, chiamata appunto Grand Finale, nome scelto dal pubblico che ha seguito attivamente questo lunghissimo viaggio spaziale. La porzione terminale dell’Opera di Cassini è durata oltre nove mesi, e da sola può far immaginare l’imponenza dell’intero progetto, che potremmo definire titanico (gioco di parole che avrà un valore ancora maggiore appena leggerete il resto dell’articolo!)

Verso la fine del 2016, Cassini ha iniziato una serie di orbite intorno a Saturno, dapprima all’esterno degli Anelli, sorvolando decine e decine di volte i poli del pianeta, raccogliendo dati su dati a proposito dei pennacchi di geyser ricchi d’acqua della luna Enceladus. Dopo questo preambolo, Cassini ha modificato la sua orbita, scavalcando gli anelli e iniziando la sua rotazioni sempre più vicino al pianeta, spiando e registrando qualsiasi fenomeno passasse sotto i suoi sensibilissimi sensori, dai campi elettromagnetici alla stessa gravità, cercando di risolvere i misteri più reconditi che albergano nel cuore di questo gigante, come ad esempio la sua velocità di rotazione, ancora oggi sconosciuta. Le informazioni raccolte in queste fasi della missione sono assolutamente uniche nel loro genere, notizie e misurazioni che nessuno mai si era neanche sognato di poter finalmente avere sotto mano. E con una caduta e uno sbuffo di calore bianco si è conclusa la missione di Cassini, durata la bellezza di venti anni…

Under the Hood

Per comprendere fino in fondo la portata e la potenza di questa lunghissima missione, bisogna fare un passo indietro, nel lontano 1997, quando gli sforzi di tre Agenzie Spaziali hanno dato vita a una delle più ambiziose macchine quasi senzienti più avanzate del mondo (dell’epoca). La Sonda Cassini-Huygens è un concentrato di tecnologia di altissimo livello ed è in realtà una sorta di “matrioska spaziale”, piena di sorprese che si sono rivelate una dopo l’altra nel corso del lunghissimo viaggio. Per capire bene la sua importanza è bene cominciare da un dato cruciale: la sonda è composta in realtà da due sonde. Questo spiegherebbe anche la moltitudine di team che si sono avvicendati e affiancati nella ideazione, realizzazione e gestione dei vari pezzi.

Sul versante americano, la NASA conduce le danze, affidandosi alla Jet Propulsion Laboratory di Pasadena in California, divisione del California Institute for Technology. Di questa divisione fanno parte Earl Maize (Program Manager), Linda J. Spiker (Project Scientific) e Scott Edington, suo vice. Oltre a queste figure apicali, esiste una pletora di scienziati e studiosi che hanno seguito le varie fasi di progettazione e sviluppo, esattamente come quelle di lancio e raccolta dati. La loro attenzione si è concentrata su Cassini, l’Orbiter, che avrebbe volato per tutto il sistema solare e tra le lune di Saturno.

Come dicevamo poco fa, la Sonda è una sorta di matrioska e strettamente connessa a Cassini c’è la Sonda Huygens, programmata per staccarsi dal resto e atterrare su Titano. La sua creazione è stata affidata al team da quest’altra parte dell’Oceano Atlantico, dove l’ESA ha lavorato giorno e notte per portarla alla luce sotto la guida di Nicholas Altobelli. Contestualmente, in Italia, l’ASI, con Enrico Flamini e la sua squadra, metteva insieme i pezzi per l’antenna radio, fondamentale per alcuni studi una volta arrivati in loco.

Per il suo viaggio nel cosmo e per la raccolta dei dati, la sonda Cassini è stata dotata di una serie di super-sensori, in grado di vedere e sentire là dove nessun essere umano potrebbe mai! La qualità di dati che può collezionare è estremamente varia, per un totale di 27 diverse analisi performabili tramite 12 diversi strumenti ad altissima precisione. Ad esempio, lo spettrometro al Plasma, permette a Cassini di prelevare ioni ed elettroni in diverse parti dell’atmosfera del pianeta e inviare agli scienziati a terra i risultati riguardo densità, flusso, temperatura e velocità, per poter creare un modello della composizione dell’atmosfera di Saturno. Allo stesso modo, l’analizzatore di Polvere Cosmica (già il nome rievoca epici componimenti fantascientifici) raccoglie particelle interstellari delle dimensioni di un virus per analizzarne velocità, direzione di movimento e carica, perché queste particelle sono strettamente correlate agli Anelli di Saturno, alle sue Lune come Enceladus con i suoi fenomeni di superficie ancora tutti da scoprire. Sempre nell’ambito dello studio delle particelle, dei campi elettromagnetici e delle onde, la strumentazione è completata da uno spettrometro di massa, un magnetometro, uno strumento di acquisizione di immagini magnetosferiche e per finire un sensore per la ricezione di onde Radio e Plasma. Ognuno di questi strumenti reagisce a diversi comportamenti del pianeta e dei corpi celesti circostanti, cercando di catalogare i vari fenomeni per poter permettere a noi terrestri di gettare luce sulla composizione dell’atmosfera, della superficie e delle correnti che esistono su Saturno e sulle sue lune vicine. E per cambiare completamente campo, in ambito di ottica, Cassini ha una serie di sensori per ‘guardare’ Saturno e lo spazio circostante nello spettro di luce visibile agli umani, dell’Infrarosso e dell’Ultravioletto.

Questo ha permesso alla sonda di scattare immagini e filmati di una bellezza incredibile: con le sue telecamere munite di grandangolo, è stato possibile ammirare Saturno e i suoi Anelli nella loro interezza, mentre una serie di telecamere con più alta risoluzione è stata in grado catturare i più importanti particolari dell’atmosfera del Gigante gassoso o della superficie delle sue Lune.  Indubbiamente, queste telecamere sono state progettate e costruite con una cura e maestria incredibile, tanto che per venti lunghi anni hanno continuato a mandare immagini a terra, nonostante le proibitive condizioni spaziali! A chiudere la dotazione di Cassini, c’è il sistema di RADAR e antenne radio che analizzano l’ambiente circostante, dalle dimensioni e masse delle Lune, fino allo studio della presenza di acqua sulle superfici.

L’altro pezzo della missione, la sonda Huygens, ha invece un allestimento strumentale diverso perché di tutt’altra natura è l’attività per cui era stata creata. Huygens infatti ha il compito di scendere sulla superficie di Titano e lì rimanere a collezionare dati su tutto quello che la circonda. Per far questo, sono stati montati uno spettrometro di massa e un gascromatografo, con la funzione di analizzare la composizione chimica dell’atmosfera della Luna di Saturno. Ad accompagnare questo set di analizzatori chimici, un ricettacolo per la polvere e un pirolizzatore hanno la funzione di raccogliere campioni di macro-particelle atmosferiche, separarle in molecole più piccole e convogliare verso il sistema di analisi.

Un pacchetto di strumenti ottici hanno registrato tutto il tragitto attraverso l’atmosfera fino alla superficie. Tra questi, sensori per lo spettro visibile e infrarosso hanno mappato la superficie di Titano poco prima dell’atterraggio. In seconda battuta, il Surface-Science Package è intervenuto con la funzione di raccogliere dati di superficie riguardo alla composizione del suolo, la velocità dei venti e la temperatura dell’aria. Tutta la discesa è immortalata in un video dove si vedono e si ‘sentono’ i risultati del lavoro di questi sensori. Da togliere il fiato!

The Longest Journey

La Missione Cassini-Huygens è tra le più lunghe realizzate e portate a termine: ben venti anni di raccolta dati e studi. Un tale lasso di tempo non è sintetizzabile in poche righe, per questo ci limiteremo a tratteggiare quali sono state le principali tappe, in termini più che altro logistici, perché se considerassimo le scoperte come punto di riferimento, avremmo davvero troppo da scrivere! Nell’ottobre 1997, con l’aiuto di un razzo costruito da Lockheed Martin, Cassini-Huygens è stata lanciata nello spazio: era un giorno nuvoloso, quando lo shuttle prese il volo da Cape Canaveral. Un momento di brivido percorse gli scienziati quando si perse il contatto visivo con il mezzo, e solo un enorme bagliore dietro le nuvole ne testimoniava la presenza. Il primo pensiero fu che non ce l’avevano fatta, il razzo era esploso, la sonda disintegrata. Poi, dalla coltre di nuvole, emerse la figura del missile che quasi in maniera indolente si lasciava alle spalle la superficie terrestre e la sua atmosfera… Erano nello spazio!

Per arrivare su Saturno, la sonda ha sfruttato l’effetto fionda ben quattro volte: due voli radenti vicino Venere, un terzo proprio vicino alla Terra e l’ultimo intorno a Giove. Poi, tutta autostrada stellare fino Saturno.

30 giugno 2004: dopo sette anni di viaggio, Cassini si lascia catturare da Saturno e la vera avventura inizia.

15 gennaio 2005: la Sonda Huygens raggiunge la superficie di Titano, una delle lune di Saturno. Questo è un traguardo decisivo, Huygens è infatti il primo e l’unico veicolo terrestre ad essere atterrato correttamente su un corpo celeste così lontano. La vita della sonda su Titano è breve, però: dopo tre ore di funzionamento, la sonda ha interrotto le comunicazioni. Ciò non toglie che il suo contributo alla comprensione di questa Luna è stata cruciale.

2004-2008: questa è la missione quadriennale principale di Cassini, in orbita intorno a Saturno. In questo frangente l’attenzione della strumentazione è puntata su ogni aspetto del pianeta,  dalla sua atmosfera al suo campo elettromagnetico e di gravitazione, ai fenomeni meteorologici, sugli Anelli e sulle Lune che entrano nel campo di analisi di Cassini: Titano, i satelliti ghiacciati, Enceladus.

2008-2010: Anche se la missione principale è portata a termine, la NASA decide di prolungare ancora il lavoro di Cassini, approfittando di un momento particolare dell’orbita di Saturno: inizia così la missione Equinozio. Infatti Saturno, esattamente come la Terra, ha un asse planetario leggermente inclinato rispetto all’eclittica, e questo ne condiziona la presenza delle stagioni e al pari della Terra, ha due solstizi e due equinozi. La differenza sta nel fatto che le stagioni durano sette anni terrestri, data la maggior lunghezza dell’orbita. L’arrivo di Cassini nei pressi di Saturno è corrisposto alla fine dell’Inverno. Per questo si è chiamata questa fase della missione Equinozio. Nonostante tutto, Cassini ha orbitato per ben sessanta volte intorno a Saturno e ha incrociato Titano e Enceladus diverse volte.   

2010-2017: Cassini vince una nuova estensione della sua missione, per studiare la stagione primaverile-estiva. In questi sette anni di Missione Solstizio, Cassini, instancabile ha sorvolato oltre 150 volte Saturno, catturando delle immagini semplicemente meravigliose, riuscendo a studiare le stagioni su questo pianeta come mai prima d’ora era stato fatto.

2017-Grand Finale: Cassini semplicemente va a timbrare il suo personale cartellino, infrangendosi contro l’atmosfera di Saturno, dopo vent’anni di onorato servizio.

L’eredità

Il vero valore di questa missione enorme non sta tanto nel fatto che è stata portata a termine, nonostante la sua proibitiva durata e la distanza che si è coperta, ma soprattutto per ciò che verrà poi, una volta che i dati sono stati metabolizzati e strutturati. Cassini-Huygens ha a tutti gli effetti settato un nuovo standard nello studio del Sistema Solare e ancor di più vanta tantissimi primati e scoperte indescrivibili. È stata la prima sonda a studiare da vicino e in maniera così particolareggiata gli Anelli di Saturno, scoprendo alcune caratteristiche che prima erano completamente sconosciute: esistono delle formazioni torreggianti dell’altezza di diversi chilometri fatte da pulviscolo e particelle impilate insieme; gli anelli stessi non sono delle masse immobili di detriti, ma sono dinamici, pieni di attività, e rappresentano a tutti gli effetti un vero e proprio laboratorio in cui studiare come si formano i pianeti e le lune.

Allo stesso modo Titano, la più grande luna di Saturno è stata tra le grandi osservate di questa missione. Già abbiamo accennato che Huygens è il primo manufatto terrestre ad atterrarvi sopra, e aggiungiamo che le sue rilevazioni sono state cruciali per iniziare uno studio dell’atmosfera prebiotica. Si è scoperto che Titano ha fiumi, laghi, addirittura mari, ricoperti da un’atmosfera ricca di azoto che potrebbe essere simile a quella terrestre di milioni di anni fa. Ancora, sulla luna Enceladus si sono scoperti dei pennacchi di ghiaccio che emergono dalla superficie piena di crepacci. E si è finalmente risolto il mistero del doppio colore della luna Iapetus: una parte della superficie è coperta da ghiaccio, il cui strato più esterno è sublimato lasciando una coltre di particelle di carbonio che ne danno il caratteristico colore scuro. A queste scoperte macroscopiche si uniscono migliaia di esperimenti eseguiti durante la Missione, volti a dimostrare teorie di ogni genere, in situazioni non riproducibili artificialmente sulla terra.

Con queste premesse, potete immaginare quanto si stiano spingendo avanti i fisici e gli astrofisici per riproporre una nuova missione di questa portata. Infatti, si sta già ipotizzando un ritorno su Titano con strumentazioni ancora più all’avanguardia, per lo studio di queste atmosfere fredde e ricche di metano e altri composti organici. Ma i progetti vanno ancora oltre: grazie all’esperienza fatta in questi ultimi vent’anni sullo studio dell’oceanografia aliena (di altri pianeti!), lo sguardo si sta posando insistentemente sui cosiddetti Giganti Ghiacciati, Nettuno e Urano, ai confini più reconditi del Sistema Solare. Ormai si sta facendo sempre più insistente la convinzione che le condizioni per la vita si possono trovare anche in questi ambienti che potremmo definire più ostili e la speculazione si basa sull’osservazione di processi chimici simili a quelli terrestri ma in condizioni basali differenti. Inoltre questi enormi corpi celesti ai confini del Sistema Solare nascondono ancora fior di enigmi che i nostri scienziati sono impazienti di svelare: come si sono formati, cosa li differenzia dagli altri giganti gassosi, perché hanno un campo elettromagnetico orientato e soprattutto cosa condiziona i movimenti tellurici che si sono casualmente osservati sulle loro lune. Di lavoro da fare ce n’è tanto…

L’esplorazione spaziale per fortuna non è solo rivolta verso i pianeti lontani: a parte Marte, che ormai è considerato quasi “dietro l’angolo”, gli scienziati hanno rinnovato il loro interesse per Europa, la luna di Giove che potrebbe ospitare acque e forse anche un terreno dove far sviluppare la vita. Nel 2020 è infatti prevista una missione, la Europa Clipper, che dovrebbe appunto sfruttare degli strumenti rivisti e potenziali derivati da quelli della Cassini-Huygens per poter analizzare i ghiacci del satellite gioviano. Non vediamo l’ora che tutto questo abbia luogo, perché ormai neanche il cielo è il limite e il futuro è chiaramente là fuori.

Dobbiamo solo andare a prendercelo.