Dopo anni di viaggio e mesi di cauto approccio, la sonda OSIRIS-REx della NASA ha toccato brevemente la superficie dell’asteroide Bennu, con lo scopo di raccogliere preziosissimi campioni scientifici.
OSIRIS-REx è stata lanciata da Cape Canaveral l’8 settembre 2016. È arrivata nelle prossimità dell’asteroide il 3 dicembre 2018 e si è inserita in orbita il 31 dicembre. Il ritorno del veicolo spaziale è previsto per il 24 settembre 2023, quando la Sample Return Capsule (SRC) verrà paracadutata nel deserto occidentale dello Utah e recuperata dagli scienziati.
Due giorni fa, lo scorso 20 ottobre, OSIRIS-REx ha compiuto la manovra forse più attesa e complessa della missione, nota come “Touch-And-Go” (TAG), che si ritiene abbia portato il braccio robotico della sonda a estrarre come minimo una sessantina di grammi dell’enorme massa di Bennu, un grosso asteroide roccioso testimone delle primissime fasi di formazione del nostro sistema solare. Il tutto è avvenuto alla ragguardevole distanza di 321 milioni di chilometri dalla Terra (come metro di confronto, si pensi che Marte dista dal nostro pianeta circa 150 milioni di chilometri).
Le fasi della manovra Touch-And-Go
Alle 23:50 del 20 ottobre ora italiana, OSIRIS-REx ha acceso i propulsori per iniziare la fase di avvicinamento alla superficie di Bennu. Durante il tratto iniziale degli 805 metri di discesa, nel giro di 30 minuti la sonda ha esteso il suo braccio TAGSAM (Touch And Go Sample Acquisition Mechanism), lungo 3,35 metri.
Dopo aver proseguito sulla traiettoria di discesa per circa quattro ore, a un’altitudine di circa 125 metri da Bennu la navicella ha eseguito un primo controllo in preparazione delle due manovre necessarie a collimare con precisione il TAGSAM con il punto esatto del sito di raccolta del campione, noto come Nightingale (nome dell’usignolo in inglese).
Dieci minuti dopo la navicella ha acceso i propulsori per la seconda volta, in modo da rallentare la sua discesa e nel contempo modulare la propria rotazione e sincronizzarla perfettamente a quella dell’asteroide al momento del contatto. Per circa undici minuti OSIRIS-REx ha poi sorvolato con cautela un masso delle dimensioni di un edificio a due piani soprannominato “Mount Doom” (Monte Fato), per atterrare infine in un punto preciso posto in un cratere nell’emisfero settentrionale di Bennu. Grande quanto un piccolo parcheggio, il sito Nightingale è uno dei pochi punti relativamente sgombri su questa montagna spaziale, altrimenti densamente ricoperta di massi.
I dati in tempo reale e le immagini successivamente trasmesse a Terra hanno mostrato TAGSAM toccare con successo la superficie soffiando poi un getto di azoto verso il suolo che ha sollevato polvere e ciottoli della superficie di Bennu, mentre il ricettacolo in testa al braccio TAGSAM era pronto ad accoglierli. La scelta di usare azoto per sollevare polvere dall’asteroide è legata alle sue proprietà: essendo inerte esso non reagisce con i campioni raccolti, preservandoli da ogni contaminazione.
Gli ingegneri di OSIRIS-REx hanno confermato che poco dopo la manovra di raccolta dei campioni, la sonda ha acceso i suoi propulsori e si è allontanata in sicurezza da Bennu.
Il video mostrato è la conferma di quanto atteso dai responsabili della missione: «la prima indicazione del fatto che siamo riusciti a raccogliere un campione arriverà quando effettueremo il downlink del filmato di allontanamento dalla navicella», aveva detto Michael Moreau, vice project manager di OSIRIS-REx, «se TAG ha prodotto un’alterazione significativa della superficie, probabilmente avremo raccolto molto materiale». Alterazione che, come mostrato, è avvenuta sicuramente.
Nonostante la manovra di avvicinamento sia stata effettuata con pieno successo, è d’obbligo usare il condizionale riguardo l’effettiva raccolta dei campioni. Oltre alla prima evidenza video, al team di OSIRIS-REx occorrerà infatti circa una settimana per confermare la quantità di campioni raccolta.
Come verrà confermata la presenza e la quantità di campioni?
La sonda ha eseguito la manovra TAG in modo autonomo, con istruzioni pre-programmate dagli ingegneri a Terra. Ora, il team di OSIRIS-REx dovrà capire se il veicolo spaziale ha effettivamente raccolto del materiale e, in caso positivo, quanto.
L’obiettivo è aver sottratto almeno 60 grammi al grosso asteroide.
Gli ingegneri e gli scienziati di OSIRIS-REx useranno diverse tecniche per identificare e misurare il campione a distanza. Per prima cosa, come già accennato, confronteranno le immagini del sito Nightingale prima e dopo il TAG per vedere quanto materiale di superficie si è spostato in risposta al getto di gas, e successivamente il team cercherà di determinare la quantità di campione raccolto. I metodi saranno essenzialmente due: uno puramente visuale e l’altro più meccanico.
Il primo metodo consisterà nello scattare foto della testa di TAGSAM con la fotocamera SamCam, dedicata a documentare il processo di raccolta dei campioni e determinare se polvere e rocce sono entrate nella testa del collettore. Con le giuste condizioni di illuminazione, tali foto potrebbero mostrare l’interno della testa raccoglitrice, dando una prova visiva del campione al suo interno.
Un paio di giorni dopo gli scienziati comanderanno una rotazione su sé stessa della sonda, al fine di misurarne il momento di inerzia e confrontarlo con quello noto prima della raccolta. La manovra si svolgerà estendendo il braccio TAGSAM e inducendo una lenta rotazione di OSIRIS-REx attorno all’asse perpendicolare al braccio. Un’analogia può essere rappresentata da una persona che gira con un braccio esteso mentre tiene una corda con una palla attaccata all’altra estremità. La persona può percepire la massa della palla dalla tensione nella corda. Avendo già eseguito questa manovra prima del Touch-And-Go con la testa del raccoglitore vuota, gli ingegneri possono misurare la variazione della massa ripetendo lo stesso movimento con (si spera) il campione all’interno.
Se tutti i test saranno positivi, per immagazzinare il campione gli ingegneri comanderanno al braccio robotico di posizionare la testa del raccoglitore di campioni nella Sample Return Capsule (SRC), situata nel corpo principale della sonda. Il braccio si ritirerà quindi sul lato del veicolo spaziale per l’ultima volta, l’SRC si chiuderà e il veicolo spaziale si preparerà per la sua partenza da Bennu nel marzo 2021. Sarà quello infatti il periodo nel quale Bennu sarà allineato correttamente con la Terra per il volo di ritorno più efficiente in termini di consumo di carburante.
«È difficile esprimere a parole quanto sia stato emozionante ricevere la conferma che il veicolo spaziale ha toccato con successo la superficie e ha attivato una delle bombole del gas», ha detto Moreau.
Se, tuttavia, si scoprisse che il veicolo spaziale non ha raccolto abbastanza campione a Nightingale, si tenterà un’altra manovra TAG il 12 gennaio 2021. In tal caso l’atterraggio avverrà nel sito di backup chiamato Osprey (nome del falco pescatore in inglese), che è un’altra area relativamente priva di massi all’interno di un cratere vicino all’equatore di Bennu.
A quali scoperte porterà questa missione?
Bennu offre agli scienziati una finestra sul sistema solare durante il suo periodo di formazione avvenuto miliardi di anni fa.
Sulla rivista scientifica Science sono stati presentati degli studi sul materiale e le caratteristiche geologiche della superficie di Bennu. Gli scienziati ipotizzano anche che i campioni che verranno riportati sulla Terra possano essere molto diversi dai resti di meteoriti che abbiamo attualmente raccolto sul nostro pianeta.
Una delle relazioni scientifiche, scritta dal team guidato da Amy Simon del GSFC (Goddard Space Flight Center), mostra che materiale organico contenente carbonio è diffuso sulla superficie dell’asteroide, incluso il sito campione principale della missione, indicando che i minerali idratati e il materiale organico saranno probabilmente presenti nel campione raccolto. Il carbonio si presenta in una forma che spesso si ritrova in composti biologici o a essi associati: per questo motivo gli scienziati stanno pianificando esperimenti mirati per avere ancora più informazioni sull’origine dell’acqua e della vita sulla Terra.
Credit immagine: NASA/Goddard/University of Arizona
Gli autori della ricerca hanno anche stabilito che i carbonati costituiscono alcune delle formazioni rocciose caratteristiche di Bennu: si creano per precipitazione da sistemi idrotermali che contengono sia acqua sia anidride carbonica. Questi studi hanno permesso di teorizzare che l’asteroide da cui si è formato Bennu aveva con buona probabilità un esteso sistema idrotermale e che, sebbene sia stato distrutto molto tempo fa, alcuni resti dell’attività siano presenti su Bennu. Sono stati osservati diversi massi con venature di carbonati, con alcune che possono arrivare a misurare 3/5 metri in lunghezza e qualche centimetro in profondità, dimostrando così la validità della teoria del sistema idrotermale del progenitore di Bennu.
Gli scienziati hanno fatto un’altra importante scoperta nel cratere Nightingale: la sua regolite è stata esposta all’ambiente spaziale solo recentemente. Ciò significa che i materiali che verranno raccolti saranno praticamente incontaminati e saranno rappresentativi delle prime fasi di vita dell’asteroide. Nightingale fa parte di un gruppo di giovani crateri, identificati nella classe spettrale rossa. I colori di Bennu, ovvero variazioni nella lunghezza d’onda nello spettro visibile, sono molto diversi da quelli che erano stati predetti: la causa è da ricercare nella differente esposizione all’ambiente spaziale dei materiali del progenitore di Bennu. Questi studi sono un’importante tappa nel dibattito in corso nella comunità dei ricercatori di scienza planetaria, che da anni si interroga su come asteroidi primordiali cambino lo spettro in base all’esposizione a raggi cosmici e vento solare. Se Bennu è abbastanza nero a occhio nudo, è possibile mostrare la diversità della superficie usando i rendering dei dati spettrali ottenuti dalla MapCam (altro strumento a bordo di OSIRIS-REx).
Il materiale più recente sulla superficie è spettralmente più rosso della media, mentre i materiali da poco esposti alle dure condizioni dello spazio appaiono di un blu acceso, mentre più aumenta l’esposizione più il blu si fa tenue. Inoltre si possono classificare due tipi di venature sulla superficie: scure e ruvide oppure – meno comuni – luminose e lisce, indicando che possono essersi formate a differenti profondità sul corpo principale di Bennu. Le differenze non sono solo ottiche, ma anche fisiche: quelle scure sono più friabili e porose mentre quelle chiare, a causa della presenza di carbonati, hanno una resistenza superiore. In ogni caso entrambe le tipologie sono più deboli di quanto atteso dagli scienziati. Quelle più comuni (scure) non sopravviverebbero a un rientro in atmosfera terrestre. Lo studio di questi materiali permetterà di colmare alcune lacune conoscitive, in quanto non presenti nelle attuali teorie di formazione dei meteoriti.
Grazie all’OSIRIS-REx Laser Altimeter (OLA) fornito dall’agenzia spaziale canadese è stato possibile sviluppare un modello digitale 3D del terreno dell’asteroide con una risoluzione di 20 cm. L’analisi dei dati ha permesso di rivelare tumuli simili a creste che si estendono da un polo all’altro, ma abbastanza sottili da poter essere facilmente ignorati a occhio nudo. La presenza era già stata osservata in precedenza, ma la completa estensione da polo a polo è diventata chiara solo quando gli emisferi settentrionale e meridionale sono stati separati nei dati OLA per il confronto. Il modello digitale del terreno mostra anche che gli emisferi settentrionale e meridionale di Bennu hanno forme diverse: quello meridionale sembra essere più liscio e rotondo, probabilmente risultato del materiale sciolto e rimasto intrappolato dai numerosi grandi massi della regione.
Credit immagine: NASA/Goddard/University of Arizona.
Infine, uno studio si è concentrato sull’analisi della gravità dell’asteroide, determinata tramite il tracciamento delle traiettorie di OSIRIS-REx e delle particelle naturalmente espulse da Bennu. L’uso delle particelle come strumenti per misurare la gravità non era stato programmato. Prima della scoperta dell’espulsione di particelle su Bennu nel 2019, il team avrebbe dovuto mappare il campo gravitazionale solo usando i dati di tracciamento dei veicoli spaziali. I dati hanno evidenziato come l’interno di Bennu non sia uniforme, ma presenti aree ad alta e bassa densità. Inoltre il rigonfiamento all’equatore di Bennu è poco marcato, suggerendo che la rotazione di Bennu stia sollevando questo materiale.
Credit immagine: NASA / Goddard / University of Arizona / Lockheed Martin
La grande soddisfazione dei vertici della NASA
«Questa straordinaria “prima volta” per la NASA dimostra come una squadra formidabile in tutto il Paese si sia riunita e abbia perseverato attraverso incredibili sfide per espandere i confini della conoscenza», ha detto l’amministratore della NASA Jim Bridenstine. «I nostri partner industriali, accademici e internazionali hanno reso concreta la possibilità di tenere nelle nostre mani un pezzo del sistema solare più antico».
«Questa è stata un’impresa incredibile e oggi abbiamo fatto progredire sia la scienza sia l’ingegneria, così come le nostre prospettive di future missioni per studiare questi misteriosi arcaici narratori del sistema solare», ha detto Thomas Zurbuchen, amministratore associato della Direzione della missione scientifica della NASA presso Washington. «Un pezzo di roccia primordiale che ha testimoniato l’intera storia del nostro sistema solare potrebbe ora essere pronto a tornare a casa per generazioni di scoperte scientifiche; non vediamo l’ora di vedere cosa verrà dopo».
Per la stesura di questo articolo si ringrazia in modo particolare l’utente di Forumastronautico.it Matteo Deguidi.
A tal proposito, consigliamo vivamente di consultare le pagine del forum di ISAA relative a tutta la missione di OSIRIS-REx. Sono moltissime infatti le illustrazioni, i video e le animazioni che si sono prodotte e accumulate in questi anni riguardo questa eccezionale missione. Quelle più significative sono raccolte e commentate egregiamente dalla comunità degli appassionati utenti di Forumastronautico.it.
Fonti: NASA, Lockheed Martin.
