La missione Ariel entra nella fase di implementazione

La missione esoplanetaria ARIEL dell’Agenzia Spaziale Europea, il cui lancio è previsto per il 2029, ha lasciato la fase di studio (Definition Study Phase B1) per passare a quella realizzativa, al termine della quale verrà scelto un appaltatore industriale per la costruzione del veicolo spaziale.

Osservare strani, nuovi mondi

La missione Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL, per l’appunto) indagherà su uno dei temi previsti dal programma decennale Cosmic Vision dell’ESA, ovvero: quali sono le condizioni che catalizzano la formazione planetaria e lo sviluppo della vita? In sostanza ARIEL andrà a studiare di cosa sono costituiti gli esopianeti, come si sono formati e come si evolvono, osservando un campione eterogeneo di circa 1000 atmosfere planetarie simultaneamente, nelle lunghezze d’onda del visibile e dell’infrarosso, relative a pianeti orbitanti attorno a stelle che hanno una classe spettrale compresa fra A e M. Si tratta della prima missione dedicata alla misurazione della composizione chimica e della struttura termica degli esopianeti, ovvero di quei pianeti non appartenenti al Sistema solare, quindi orbitanti attorno a una stella diversa dal Sole. I dati da essa raccolti potranno andare a colmare il vuoto di conoscenza su come i processi chimici di un determinato pianeta siano collegati all’ambiente nel quale esso si è formato, e se il tipo di stella attorno al quale esso orbita possa in qualche modo influenzarne la evoluzione chimica.

L’osservazione di questi mondi offrirà una visione approfondita dei meccanismi delle prime fasi della formazione planetaria e atmosferica e della loro successiva evoluzione, in un processo di indagine che ci aiuterà inoltre a capire come il nostro Sistema solare si collochi nel quadro cosmico generale. ARIEL è stata selezionata nel 2018 come la quarta missione scientifica di classe media, nell’ambito del piano Cosmic Vision dell’agenzia. Lo Science Programme Committee (SPC) dell’ESA ha approvato ARIEL durante il meeting tenuto il 12 novembre 2020.

«ARIEL permetterà di fare scienza planetaria al di fuori dei confini del nostro Sistema Solare» ha dichiarato Günther Hasinger, direttore scientifico dell’ESA. «La convalida della missione ARIEL fortifica l’impegno della nostra agenzia nella ricerca esoplanetaria e assicurerà agli astronomi europei un posto in prima fila in questo rivoluzionario campo di ricerca, per il prossimo decennio e oltre».

Quella di ARIEL sarà la terza missione ESA dedicata agli esopianeti a essere lanciata in un lasso temporale di dieci anni, con ciascuna di queste missioni destinata a coprire un unico aspetto della scienza esoplanetaria. CHEOPS, il Characterising ExOPlanet Satellite, lanciato nel dicembre 2019, sta già fornendo dati scientifici di fondamentale importanza. La missione PLATO, PLAnetary Transits and Oscillations of stars, verrà lanciata nel 2026 e studierà i sistemi planetari extrasolari, con un’attenzione speciale verso i pianeti rocciosi orbitanti stelle simili al Sole, nelle fasce orbitali ritenute abitabili, almeno secondo i canoni terrestri; quindi dove possa esistere l’acqua in forma liquida sulla superficie del pianeta. Infine abbiamo ARIEL, che dopo essere stata lanciata nel 2029, si occuperà di osservare i pianeti caldi e molto caldi che vanno da quelli denominati super-Terre ai giganti gassosi che orbitano molto vicino alla propria stella, studiando le loro atmosfere per decifrarne la composizione chimica di base.

Nei prossimi mesi verrà chiesto all’industria di fornire i suoi suggerimenti per la fornitura dell’hardware relativo al veicolo spaziale. Il principale appaltatore per la costruzione della sonda dovrebbe essere selezionato durante l’estate del prossimo anno. Il carico utile della missione, il quale include un telescopio criogenico dotato di uno specchio principale ellittico di 1,1 × 0,7 metri e la strumentazione scientifica a esso associata, è fornito dall’Ariel Mission Consortium. Questo consorzio comprende oltre 50 istituti di 17 paesi europei, con l’aggiunta anche della NASA.

«Dopo un intenso periodo di lavoro sul progetto preliminare e sul consolidamento delle tecnologie richieste per dimostrare la fattibilità della missione, siamo pronti per far avanzare ARIEL verso lo stadio dell’implementazione» ha spiegato Ludovic Puig, manager della missione dell’ESA.

Gli spettrometri del telescopio misureranno le impronte digitali chimiche di un pianeta, proprio mentre esso transita davanti alla sua stella e mentre le passa dietro, venendo da essa occultato. Gli astronomi e i planetologi utilizzeranno le attenuazioni della luminosità della stella a opera del pianeta, con una precisione di 10–100 parti per milione, relative alla stella, ovvero, data a 1 milione la luminosità massima della stella, gli scienziati saranno in grado di rilevarne riduzioni dell’ordine di 10–100 parti. ARIEL sarà in grado di rilevare le tracce degli ingredienti più noti nelle atmosfere planetarie, come il vapore acqueo, l’anidride carbonica e il metano. Essa potrà anche individuare ulteriori composti metallici esotici per poter decifrare l’ambiente chimico complessivo dei sistemi planetari extrasolari. Inoltre, per un determinato numero di pianeti, ARIEL svolgerà una minuziosa ricognizione dei relativi sistemi nuvolosi e studierà le variazioni atmosferiche giornaliere e stagionali.

«Grazie ad ARIEL porteremo la comprensione degli esopianeti a un livello superiore, studiando questi mondi distanti sia a livello individuale che, cosa davvero importante, a livello di popolazioni, con un dettaglio più grande di quanto mai ottenuto prima» ha spiegato Göran Pilbratt, uno degli scienziati della missione. «Il nostro censimento chimico di centinaia di sistemi stellari ci aiuterà a comprendere ciascun pianeta nel contesto dell’ambiente chimico e della composizione della propria stella. Come ritorno, avremo la possibilità di comprendere meglio il nostro “vicinato cosmico”» ha concluso Theresa Lueftinger, scienziata del progetto ARIEL per l’ESA.

ARIEL in poche parole

I principali obiettivi scientifici della missione sono:

• quali sono i processi fisici che modellano le atmosfere planetarie?
• di cosa sono fatti gli esopianeti?
• in quale modo si formano e si evolvono i sistemi planetari?

La selezione dei pianeti oggetto di indagine verrà fatta prima del lancio, sulla base dei suggerimenti forniti dal team scientifico dell’ESA e dalla comunità scientifica internazionale, e potranno essere aggiornati anche a missione in corso. ARIEL fornirà un catalogo omogeneo di spettri planetari, evidenziando le abbondanze delle principali molecole, i gradienti chimici e la struttura atmosferica, le variazioni chimiche giornaliere e stagionali, la presenza di sistemi nuvolosi e le misure dell’albedo.

Il veicolo spaziale è composto da due moduli distinti: il Service Module (SVM) e il Payload Module (PLM). Essi sono termicamente isolati l’uno dall’altro, con il modulo di servizio sul fondo del satellite. Il peso complessivo del satellite sarà di 1.500 kg, mentre il carico utile raggiungerà i 500 kg.

Il payload

Il payload di ARIEL consiste in una suite integrata di strumentazioni comprendenti la Telescope Assembly (TA), l’ARIEL Infrared Spectrometer (AIRS), e il Fine Guidance System (FGS)/Photometer Module, assieme al necessario hardware di supporto e ai vari sottosistemi. Tutte queste unità sono accomodate all’interno del modulo criogenico del carico utile, mentre le unità più calde del payload sono collocate nel modulo di servizio dell’orbiter. Esse sono la Control Unit dell’FGS, l’Instrument Control Unit, il refrigeratore criogenico e i suoi sistemi elettronici Cooler Drive Electronics.

Al momento è previsto che la missione ARIEL venga lanciata con il nuovo vettore dell’ESA Ariane 62, dallo spazioporto europeo di Kourou, nella Guyana Francese. Esso opererà dalla sua orbita attorno al secondo punto lagrangiano Sole-Terra, L2, posto a 1,5 milioni di chilometri direttamente dietro la Terra quando vista dal Sole, per una missione nominale di quattro anni, estendibile a sei. L’Ariane 6 offrirà un passaggio anche alla missione Comet Interceptor, sempre dell’ESA.

Il seguente filmato, pur essendo precedente al meeting del 12 novembre 2020, è molto interessante.

Fonte: ESA