GAIA: tutto pronto per iniziare la fase scientifica

Dopo la prolungata parentesi dedicata al commissioning, e lasciate alle spalle diverse difficoltà inattese, GAIA, il “satellite da un miliardo di stelle” come lo definisce ESA, è finalmente pronto a dare il via alla fase scientifica della missione.

GAIA è stata lanciata lo scorso 19 dicembre 2013 e sta orbitando attorno al punto lagrangiano L2, a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra.

L’obiettivo di GAIA è la creazione della più accurata mappa della Via Lattea mai realizzata. Sarà in grado di tracciare la posizione e i moti di circa l’1% della popolazione stellare totale della nostra galassia, oltre a fornire preziosi indizi sulle sue origini ed evoluzione.

Attraverso ripetute scansioni del cielo, GAIA osserverà ciascuna di queste stelle per una media di 70 volte nel corso dei 5 anni di missione primaria. Lo studio dei piccoli spostamenti apparenti delle stelle nel cielo consentirà agli scienziati di determinarne distanza e movimenti all’interno della Via Lattea. In più GAIA misurerà alcune delle caratteristiche fisiche più importanti di questi corpi celesti: luminosità, temperatura e composizione chimica.

GAIA ruota lentamente attorno al suo asse ogni sei ore, coprendo a 360° un’ampia fetta di cielo. La luce raccolta da due grandi specchi primari dei telescopi di bordo viene focalizzata su un unico piano focale, quello del più grande apparato fotografico digitale che mai volato nello spazio, composto da quasi un miliardo di pixel.

Quando le stelle passano nel campo visivo degli strumenti di GAIA, la loro posizione relativa viene misurata e comunicata a Terra. Col tempo andrà a completarsi una mappa completa della posizione delle stelle in tutta la volta celeste, cui seguirà l’analisi e la costruzione di un modello 3D della galassia ad alta risoluzione.

La precisione richiesta è sbalorditiva: GAIA deve distinguere l’equivalente dello spessore di un capello umano posto a 2000 km di distanza. Per raggiungere questo risultato sono necessarie varie fasi di calibrazione del satellite e degli strumenti; una procedura estenuante che ha richiesto quasi un anno per il suo completamento.

GAIA è ora finalmente pronta ad affrontare la sua fase scientifica di durata quinquennale, anche se durante il commissioning sono state scoperte alcune anomalie inaspettate.

Un primo problema, evidenziatosi quasi immediatamente dopo il lancio, era legato alla presenza di un velo di ghiaccio d’acqua su alcune parti delle ottiche, che causava una riduzione nella sensibilità dei telescopi. Quest’acqua, con ogni probabilità, era rimasta intrappolata nel satellite prima della partenza, manifestandosi poi una volta raggiunto il vuoto cosmico. Grazie ad una procedura di riscaldamento il ghiaccio è stato rimosso quasi completamente, anche se è probabile che il procedimento venga ripetuto ancora un paio di volte nel prossimo futuro, per mantenere la situazione sotto controllo ottimale.

Un altro problema è legato ad una infiltrazione di luce, che riesce a superare in qualche modo lo scudo parasole di GAIA penetrando nel piano focale dei telescopi, dando luogo ad una leggera luminosità diffusa. Fortunatamente le conseguenze sono quasi irrilevanti, e vanno ad influenzare oggetti con magnitudine inferiore a 15. L’effetto si mostra più evidente con oggetti vicini al limite fisico degli strumenti: con stelle debolissime, di magnitudine vicina a 20, la luminosità indesiderata maschera il 50% degli astri. L’impatto della luminosità diffusa andrà  invece a penalizzare in modo più evidente uno degli strumenti di GAIA, il Radial Velocity Spectrometer (RVS).

“In ogni caso stiamo ottimizzando il software di bordo per ridurre quanto più possibile le conseguenze delle infiltrazioni di luce, e siamo fiduciosi che alla fine le prestazioni non saranno molto diverse da quelle stimate, che prevedevano lo studio di 150 milioni di stelle con lo strumento RVS.” ha dichiarato Giuseppe Sarri, GAIA Project Manager per ESA. “Saremo comunque perfettamente in  grado di analizzare un miliardo di stelle, come minimo, con i nostri strumenti fotometri e astrometrici, misurando posizione e moto di ciascuna di esse, e superando di un fattore 100 la mole di dati raccolti dal predecessore di GAIA, Hipparcos”.

Grazie a dati emersi nel corso del commissioning, si pensa sia possibile estendere le capacità teoriche di GAIA: da un lato potrebbe essere possibile osservare oggetti addirittura più deboli della magnitudine 20; dall’altro alcuni aggiornamenti del software consentirebbero lo studio di stelle inizialmente considerate troppo brillanti per un set di strumenti così sensibili. Ulteriori approfondimenti sono in corso per verificare la fattibilità di entrambe le ipotesi, prima di dare il via libera alla loro implementazione.

GAIA è anche dotata di un dispositivo chiamato “basic angle monitor”, progettato per misurare l’angolo di separazione tra i due telescopi gemelli di GAIA con altissima precisione. Questo si rende necessario per correggere le attese variazioni periodiche tra le due ottiche causate dalle dilatazioni di origine termica nella struttura metallica del satellite, mentre questo gira sul proprio asse. Il sistema funziona perfettamente, anche se le variazioni riportate fino ad oggi sono più ampie di quanto previsto inizialmente. Gli sforzi si stanno quindi concentrando sulla fase di calibrazione, con l’obiettivo di cancellarne l’effetto nella maniera più efficace.

Naturalmente il commissioning no si è limitato alla verifica delle performance del satellite, ma anche del segmento di terra. Specifiche procedure hanno consentitod di verificare la capacità di ricevere e processare l’enorme mole di dati che verrà trasmessa verso la Terra ogni giorno, per i prossimi cinque anni.

Quindi, conclusa questa esaustiva campagna di test, GAIA è ora pronta a dare inizio alle operazioni di routine.

“La fase di commissioning si è rivelata una vera e propria sfida, ed anche se alcune attività sono ancoa in corso, possiamo affermare che GAIA sia in ottima forma per mantenere le sue promesse, cioè che tutti gli obiettivi di missione siano raggiunti come atteso” ha dichiarato Timo Prusti,  Project Scientist di GAIA per ESA. “Tenuto conto del ritardo nella conclusione del commissioning e del tempo necessario a sviluppare le patch software, ci aspettiamo di poter rilasciare una prima versione del catalogo a scienziati e pubblico verso la primavera del 2016. Comunque in caso venissero rilevati particolari fenomeni di breve durata, come le esplosioni di supernove, ci aspettiamo di rilasciare i rispettivi dati osservativi il prima possibile,  una capacità che speriamo di poter offrire prima della fine del 2014”.

Per avere maggiori informazioni su GAIA, in particolare sulle risultanze del commissioning e delle prestazioni attese dagli strumenti è possibile consultare un interessante documento disponibile sul sito ESA.

La miglior fonte di aggiornamenti su GAIA, con tutte le informazioni e le curiosità legate alle operazioni, è il blog ufficiale della missione.

Fonte: ESA

Foto in evidenza: GAIA con il parasole dispiegato durante un test pre-lancio. Copyright: Astrium France