Tutto sulla missione di Juno su Giove

La sonda della NASA, Juno, è ormai in vista del suo obiettivo finale, il pianeta Giove. La sonda accenderà i motori nella notte tra lunedì e martedì, e precisamente alle 5:18 italiane del 5 luglio, per inserirsi in orbita intorno al gigante del sistema solare.

Il viaggio di Juno è cominciato quasi cinque anni fa da Cape Canaveral, in Florida. Il vettore Atlas V partì alle 18:25 CEST dell’11 agosto 2011 dalla rampa SLC–41 dello storico spazioporto immettendo la sonda, circa dieci minuti dopo, in un’orbita di parcheggio intorno alla Terra. Una successiva accensione dello stadio superiore Centaur spedì Juno nella sua traiettoria di fuga. La sonda tornò a far visita alla Terra due anni e mezzo dopo, quando ne sfruttò la gravità per acquistare la velocità necessaria a raggiungere Giove, in un flyby gravitazionale avvenuto il 9 ottobre 2013 alla quota minima di 559 km.

Se tutto andrà bene, Juno diventerà il secondo orbiter della storia di Giove. Arriverà dopo una lunga pausa di circa 13 anni dalla fine della missione di Galileo, che orbitò il gigante gassoso dal 1995 al 2003, inviando anche una piccola sonda atmosferica nelle profondità gassose di Giove. Pur rimanendo la missione di maggior successo su Giove, Galileo ebbe un problema all’antenna ad alto guadagno che ne limitò fortemente la banda di trasmissione. Nonostante questo, riuscì a raggiungere circa il 70% degli obiettivi scientifici previsti. In precedenza Giove era stato visitato dalle missioni flyby di Pioneer 10 (3 dicembre 1973), Pioneer 11 (3 dicembre 1974), Voyager 1 (5 marzo 1979) e Voyager 2 (9 luglio 1979). Inoltre il pianeta è stato sorvolato anche da Ulysses (8 febbraio 1992), Cassini-Huygens (30 dicembre 2000) e New Horizons (28 febbraio 2007) che ne hanno sfruttato la gravità per raggiungere il loro obiettivo principale, rispettivamente l’orbita polare solare, Saturno e Plutone. Altre due missioni sono attualmente programmate per raggiungere Giove. L’agenzia spaziale europea (ESA) sta progettando JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer), che partirà nel 2022 per studiare da vicino, in particolare, i satelliti Callisto, Europa e Ganimede, entrando anche in orbita intorno a quest’ultimo. La NASA invece è nelle fasi iniziali della preparazione della missione multi-flyby su Europa, l’affascinante luna che ospita un enorme oceano di acqua salata sotto la superficie ghiacciata. Anche questa missione dovrebbe partire intorno alla metà degli anni ’20.

La missione

Al contrario delle missioni precedenti e quelle programmate, la missione sarà un po’ più limitata e focalizzata allo studio della composizione e della magnetosfera gioviana. Juno infatti è stata selezionata nell’ambito del programma New Frontiers della NASA, il programma a medio budget che comprende, ad esempio, anche New Horizons e la prossima OSIRIS-REx. Questo non impedirà a Juno di compiere osservazioni interessanti e mai effettuate in precedenza e di fare qualche record, come ad esempio quello di essere la prima sonda ad utilizzare dei pannelli solari a questa distanza dal Sole. Juno si inserirà in orbita polare intorno a Giove alla distanza minima di soli 5000 km dagli strati superiori delle turbolente nubi del gigante gassoso, una distanza circa dieci volte inferiore alla minima toccata dalle precedenti missioni. La sonda sarà anche la prima ad offrirci osservazioni delle regioni polari di Giove. La missione dovrebbe durare circa 37 orbite in poco meno di due anni. La fine è prevista per il febbraio 2018 quando la sonda verrà fatta tuffare nella spessa atmosfera di Giove.

La sonda e il payload

Juno è dotata di nove strumenti scientifici:

• MWR (MicroWave Radiometer): radiometro alle microonde; composto da sei antenne ai lati della sonda, misurerà le onde elettromagnetiche nel range di frequenze tra 600 MHz e 22 GHz, le sole che riescono a passare attraverso la spessa atmosfera di Giove; il radiometro penetrerà fino a 5–600 km all’interno dell’atmosfera dando indicazioni importanti, ad esempio, su temperatura e contenuto di vapore acqueo e di ammoniaca.
• JIRAM (Jovian InfraRed Auroral Mapper): spettrometro che opererà nel vicino infrarosso (lunghezze d’onda tra 2 e 5 µm) penetrando fino a 50–70 km; sarà in grado di osservare le aurore gioviane e di tracciare diversi elementi, come vapore acqueo, ammoniaca, metano e fosfina.
• MAG: magnetometro; i tre obiettivi principali dello strumento sono la mappatura del campo magnetico, la determinazione delle dinamiche degli strati interni di Giove e la determinazione della struttura tridimensionale della magnetosfera polare.
• GS (Gravity Science): utilizzerà le onde radio per misurare la struttura del campo gravitazionale di Giove.
• JADE (Jovian Auroral Distribution Experiment): misurerà particelle energetiche a bassa energia (ioni tra 13 eV e 20 keV, elettroni tra 200 eV e 40 keV).
• JEDI (Jovian Energetic Particle Detector Instrument): misurerà particelle energetiche ad alta energia (ioni tra 20 keV e 1000 keV, elettroni tra 40 keV e 500 keV).
• Waves: sensore di onde radio e plasma.
• UVS (Ultraviolet Imaging Spectrograph): spettrografo all’ultravioletto.
• JCM (JunoCam): Camera nella luce visibile; inserita nel payload solo per attività educative e di divulgazione scientifica; progettata per funzionare per sole 7 orbite nel difficile ambiente gioviano, potrebbe durare anche di più.

Ripresa dalla JunoCam il 21 giugno 2016, con annotazioni. Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

La sonda è dotata di tre enormi pannelli solari. Due sono composti da quattro segmenti, mentre il terzo è composto da tre segmenti più il magnetometro. Ogni segmento misura 2,7 m per 8,9 m. La grandezza dei pannelli solari è superata, in una sonda, solo dall’europea Rosetta.

La placca dedicata a Galileo su Juno. Credit: NASA/JPL-Caltech/KSC

La sonda reca anche una placca dedicata a Galileo Galilei e fornita dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). La placca è una copia in alluminio del manoscritto in cui Galileo descrisse per la prima volta i quattro principali satelliti di Giove:

— “Nell’11esimo (giorno), 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 che è evidente che intorno a Giove ci sono tre stelle che si muovono, invisibili a tutti fino ad ora.”

Oltre alla placca, sono presenti anche tre figurine LEGO in alluminio che rappresentano Galileo, Giove e Giunone (Juno).

Il coinvolgimento dell’Italia

Pur essendo una sonda NASA, diversi paesi europei, con l’Italia in prima fila, sono coinvolti in diversi aspetti della missione, oltre alla già citata placca di Galileo. Lo strumento JIRAM, ad esempio, è stato finanziato dall’ASI e costruito da Leonardo-Finmeccanica. Lo strumento verrà gestito dall’Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (IAPS), facente parte dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Il principal investigator (PI) è Alberto Adriani, dell’IAPS-INAF, affiancato dal vice Alessandro Mura. Il PI originario era Angioletta Coradini, che purtroppo ci ha lasciati nel 2011.

Anche uno degli strumenti principali di GS, il KaTS (Ka-band Translator System) è stato finanziato dall’ASI e costruito in Italia da Thales Alenia Space. GS è stato proposto da un team guidato dal Prof. Luciano Iess, dell’Università “La Sapienza” di Roma, che è anche PI. Collaborano anche il Prof. Andrea Milani (Università di Pisa) e il Prof. Paolo Tortora (Università di Bologna).

Altri contributi europei coinvolgono team da Francia, Belgio, Regno Unito e Danimarca.

L’inserzione in orbita

I primi preparativi per l’inserzione in orbita cominceranno il 5 luglio alle 3:13 italiane, con la sonda che manovrerà per posizionarsi con l’assetto giusto. Questo farà sì che durante la manovra di inserzione i pannelli solari non saranno in posizione ottimale per ricevere energia dal Sole e la sonda dovrà affidarsi principalmente alle batterie. L’accensione dei motori inizierà alle 5:18 e durerà 35 minuti. Affinché la sonda possa entrare in orbita, la spinta dovrà durare almeno 20 minuti dei 35 previsti, altrimenti sarà condannata ad un’orbita eliocentrica senza possibilità di un secondo tentativo.

Se tutto va come previsto, alle 6:07 Juno punterà nuovamente i propri pannelli verso il Sole e, alle 6:16 comincerà a trasmettere la telemetria a Terra. Il tutto, ovviamente, sarà seguito in differita dal controllo missione, in quanto il segnale impiegherà circa 40 minuti per coprire la distanza tra Giove e la Terra. Per i nottambuli, la NASA coprirà l’avvenimento dal controllo missione al JPL su NASA TV e su Ustream a partire dalle 4:30 italiane.