martedì 20 dicembre 2016

LISA Pathfinder, missione (quasi) compiuta


La sonda LISA Pathfinder ha avviato l’ultima pionieristica fase della missione che durerà sei mesi. Gli scienziati e gli ingegneri eseguiranno esperimenti estremi fino al 31 maggio prima di lavorare, finalmente, all’osservatorio spaziale LISA, futuristico rivelatore di onde gravitazionali che sarà lanciato verso il 2030.

Le onde gravitazionali, va ricordato, sono increspature dello spazio-tempo teorizzate da Albert Einstein un secolo fa e osservate per la prima volta nel settembre 2015 e per la seconda volta nel dicembre 2015. Rappresentano un modo davvero unico per studiare l’Universo e sono destinate a rivoluzionare l’astrofisica.

L’osservatorio spaziale LISA (Laser Interferometer Space Antenna) andrà a caccia di onde gravitazionali con una sensibilità straordinaria e lo farà grazie a LISA Pathfinder, la sonda sviluppata con enorme successo dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per testare le tecnologie su cui basare, appunto, il futuro rivelatore.

LISA Pathfinder si avvale anche del contributo della NASA e dell’apporto fondamentale dei singoli stati europei, con l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) in prima linea. L’Italia detiene la leadership scientifica della missione, con il ruolo di principal investigator affidato a Stefano Vitale, professore ordinario di Fisica sperimentale all’Università di Trento e membro del Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Lanciato il 3 dicembre 2015 a bordo di un VEGA, dopo sei settimane di viaggio LISA Pathfinder si è stabilita in orbita intorno al punto lagrangiano L1, a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra in direzione del Sole.

«Il satellite orbita intorno a un piano che è più o meno ortogonale alla linea che congiunge il Sole con la Terra», chiarisce Stefano Vitale. «In questo modo i pannelli solari sono sempre puntati al Sole e l’antenna è sempre puntata alla Terra. Si tratta di un’orbita molto pratica».

L’inserimento nell’orbita è avvenuto alla fine di gennaio, mentre il 1° marzo il satellite è diventato operativo. Con grande sorpresa degli scienziati l’obiettivo principale è stato raggiunto dopo il primo giorno di lavoro, quando due cubi di oro e platino sono stati posizionati nel vuoto, in «caduta libera» all’interno del satellite, con una precisione mai vista.


I due cubetti in caduta libera connessi da
un laser all'interno di LISA Pathfinder.

«Sostanzialmente, l’onda gravitazionale avvicina e allontana corpi in caduta libera messi a una certa distanza fra loro», spiega Vitale. «Se prendiamo due oggetti e li mettiamo in orbita, in caduta libera nel vuoto, quando passa l’onda gravitazionale la loro distanza subisce una variazione e le masse accelerano l’una rispetto all’altra, segnalando il passaggio dell’onda. Ma trattandosi di una variazione di distanza molto piccola, qualunque altro disturbo può simulare il passaggio dell’onda gravitazionale. Questi disturbi – continua Vitale – possono essere una forza elettrica o magnetica, oppure una collisione tra molecole, che può agitare i corpi l’uno rispetto all’altro».

LISA rivelerà le onde gravitazionali con frequenze che vanno da 1 Hz a 0.1 mHz, che in altre parole significa rivelare il passaggio di onde gravitazionali debolissime, da un centinaio a un milione di volte più deboli delle onde misurate per la prima volta con l’osservatorio terrestre LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Onde gravitazionali così deboli sono ancora più soggette ai rumori di fondo. «Con LISA Pathfinder abbiamo dimostrato di poter realizzare le condizioni ideali affinché questi corpi restino completamente immobili in assenza di onde gravitazionali», aggiunge Vitale. «Questo significa che nessun altro evento può spostare i due corpi l’uno rispetto all’altro ad eccezione delle onde gravitazionali, quindi non potranno verificarsi dei falsi positivi».

Nel futuro osservatorio gravitazionale, che prevede tre coppie di cubetti in tre satelliti disposti a formare un triangolo equilatero, secondo le stime i satelliti saranno distanti da 1 a 5 milioni di chilometri l’uno dall’altro e saranno connessi da raggi laser. Ogni satellite “inseguirà” le masse in caduta libera al suo interno e le manterrà, quindi, perfettamente al centro senza toccarle. «Lo stesso avviene con LISA Pathfinder, solo che abbiamo due cubetti in un solo satellite», continua il professore.

Il livello di precisione raggiunto finora è stato elevatissimo, ma esistono ancora molti fenomeni fisici, anche interessanti, che possono disturbare una massa in caduta libera. «Siamo già andati ben oltre i requisiti di LISA Pathfinder e vicini a quelli necessari alla realizzazione di LISA – sostiene lo scienziato – e quello che abbiamo pianificato di fare per i prossimi sei mesi è estendere tutte le misure fino a frequenze ancora più basse, perché più riusciamo ad andare a bassa frequenza, più potente sarà l’osservatorio gravitazionale che costruiremo».


I tre satelliti connessi da raggi laser nel
futuro osservatore gravitazionale LISA.

Gli esperimenti a bassa frequenza richiedono tempi di misura assai lunghi. Anche per questo, nei prossimi sei mesi, verranno ridotte le manovre di mantenimento dell’orbita o di station keeping. «Nelle fasi iniziali» racconta Vitale, «una volta alla settimana bisognava interrompere le misure per fare manovra. Adesso qualche manovra di station keeping la dobbiamo fare, ma molte di meno. Questo ci dà la possibilità di fare misure tranquille, in un arco di tempo molto lungo, senza interruzioni, per poter esplorare i disturbi a frequenze molto basse».

Dopo l’ultima ed eroica fase di esperimenti, verso la fine di maggio LISA Pathfinder non sarà più utile. «Useremo il carburante residuo per mandare il satellite in un’orbita solare, intorno al Sole, in modo che non rientri sulla Terra e non generi detriti spaziali», garantisce Vitale. «Le orbite come la L1 sono instabili e il satellite potrebbe anche tornare sulla Terra, quindi bisogna dargli una spinta aggiuntiva in modo da essere sicuri che entri definitivamente in orbita intorno al Sole».

A quel punto, l’ESA inizierà a lavorare alla realizzazione di LISA, la terza grande missione del programma europeo Cosmic Vision. «L’attuale data di lancio ricade intorno al 2033 – fa sapere Vitale – ma è probabile che si possano accorciare un po’ i tempi se consideriamo anche il grande successo della missione LISA Pathfinder e la rivelazione delle onde gravitazionali. Parliamo sempre degli anni Trenta del secolo, però la fase A del progetto LISA dovrebbe partire all’inizio dell’anno prossimo. Il bando della missione, appena emesso dall’ESA, si chiuderà entro gennaio, e intorno a marzo o aprile comincerà la fase A». Lo sviluppo di una missione spaziale richiede anni di lavoro, ricorda Vitale. Prima di tutto deve esserci una fase di studio, che per LISA inizierà sicuramente nella primavera del 2017.

Articolo pubblicato il 16 dicembre su Fly Orbit News

Immagini: ESA

Nessun commento:

Posta un commento

sharethis

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...