L’ESA torna su Venere con la missione EnVision

Lo scorso 10 giugno il Comitato per i Programmi Scientifici di ESA ha annunciato la selezione di una nuova missione destinata allo studio del pianeta Venere. Si tratta della missione EnVision, una sonda spaziale orbitante di classe media che sarà inclusa nel piano Cosmic Vision portato avanti dall’agenzia spaziale europea. Il lancio è al momento previsto per i primi anni del 2030, circa 15 anni dopo la conclusione di Venus Express, l’ultima missione dell’ESA verso Venere, conclusasi nel gennaio del 2015.

«Ci attende una nuova era nell’esplorazione del più prossimo, per quanto profondamente diverso, tra i nostri vicini del Sistema Solare» ha affermato Günther Hasinger, Direttore dei programmi scientifici di ESA. «Insieme alla missione verso Venere annunciata recentemente da NASA, nel prossimo decennio avremo un programma scientifico estremamente completo per lo studio di questo enigmatico pianeta».

Insieme al recente annuncio di NASA di ben due nuove sonde venusiane, il progetto EnVision dimostra la rinnovata attenzione verso Venere della comunità planetologica internazionale.

Una delle domande chiave nelle scienze planetarie ancora senza una risposta completa è quale sia il motivo per cui, nonostante Terra e Venere abbiano all’incirca le stesse dimensioni e composizione, quest’ultima abbia subito un’evoluzione delle condizioni climatiche così radicalmente diversa. Invece delle condizioni abitabili che abbiamo qui sulla Terra, Venere ha un’atmosfera tossica ed è avvolta da nubi di acido solforico. Vi sono altri quesiti in cerca di risposta. Quale storia ha vissuto il pianeta nostro vicino per diventare quello che è oggi? Si tratta di una possibile predizione di come potrebbe trasformarsi la Terra se andassimo incontro a un effetto serra di tipo catastrofico? Venere è ancora geologicamente attivo? Avrebbe potuto ospitare, un tempo, un oceano capace di sostenere la vita? Quali lezioni possiamo trarre con il suo studio riguardo ai pianeti rocciosi in generale, in un periodo in cui si susseguono le scoperte di nuovi esopianeti di tipo terrestre?

Gli strumenti di EnVision

Sarà la ricca dotazione di sensori di EnVision a cercare una risposta a queste domande. La sonda avrà a disposizione tre strumenti principali, VenSAR, SRS, VenSpec, e sfrutterà il suo sottosistema per le telecomunicazioni Radio Science Experiment. Ciascuno con le sue peculiari funzioni, questi tre esperimenti saranno in grado di esaminare Venere dalle profondità del sottosuolo fino alle parti più alte dell’atmosfera, restituendo un’immagine globale del secondo pianeta del Sistema Solare e dei suoi processi. A questi si aggiungerà uno strumento scientifico “indiretto”: il sottosistema per le telecomunicazioni di EnVision, infatti, oltre alla sua implicita funzione principale, potrà essere usato per studiare alcune proprietà dell’atmosfera e della ionosfera di Venere grazie alle perturbazioni create da queste ultime sul segnale radio.

• Venus Synthetic Aperture Radar (VenSAR), fornito dalla NASA, VenSAR è un radar ad apertura sintetica che opera alla frequenza di 3,2 GHz. Raccoglierà immagini di specifiche aree, preselezionate per il loro particolare interesse scientifico, a risoluzioni che varieranno da 30 a 10 metri per pixel. Queste immagini saranno la base della ricostruzione stratigrafica della superficie, utile a ricostruire le relazioni geologiche e cronologiche tra le zone osservate. La comparazione dei dati raccolti con quelli ottenuti dalla missione Magellano, le immagini di VenSAR consentiranno di identificare i cambiamenti della superficie su una scala temporale che va da un anno a un decennio. Lo strumento offre varie modalità di ripresa di immagini e misura di distanze dall’orbita polare, in particolare: 1) mappatura di aree specifiche, 2) topografia e altimetria globale, 3) ripresa di immagini stereoscopiche, 4) radiometria della superficie, 5) polarimetria della superficie. Il Principal Investigator di VenSAR è Scott Hensley del Jet Propulsion Laboratory NASA/California Institute of Technology.
• Venus Subsurface Radar Sounder (SRS) è un radar costituito da un’antenna a dipolo fisso operante tra i 9–30 MHz. A queste frequenze le onde radio hanno la capacità di penetrare nel sottosuolo, e mentre viaggiano sotto la superficie vengono riflesse in modo differente a seconda delle caratteristiche del materiale geologico che incontrano. Queste variazioni vengono captate dal radar e usate per creare immagini chiamate “radargrammi”. SRS penetrerà nel sottosuolo venusiano alla ricerca dei punti di confine tra rocce di materiale diverso in vari tipi di zone geologiche, quali crateri da impatto e relativi materiali di riempimento, crateri sepolti, tessere geologiche e loro bordi, pianure, colate laviche e loro bordi, e di formazioni di origine tettonica, al fine di fornire relazioni stratigrafiche a vari intervalli di profondità, restituendo dati utili a ricostruire il loro processo di formazione. SRS capterà anche le caratteristiche della superficie quali conformazione, composizione e proprietà dielettriche, ma operando a frequenze totalmente diverse da quelle di VenSAR. Il Principal Investigator di Subsurface Radar Sounder è Lorenzo Bruzzone dell’Università di Trento.
• Venus Spectroscopy Suite (VenSpec) è uno strumento composto da tre sotto-strumenti complementari: VenSpec-M, VenSpec-H and VenSpec-U. VenSpec-M è un sistema di raccolta immagini multispettrale che fornirà dati sulla composizione chimica delle rocce, sulla loro erosione e sull’evoluzione della crosta mappando le emissioni infrarosse del lato notturno di Venere (sia del suolo che della bassa atmosfera) nella fascia tra 0,86 e 1,18 μm. VenSpec-H (Venus Spectrometer with High resolution) effettuerà uno studio di alta precisione della parte inferiore dell’atmosfera di Venere durante i passaggi sul lato notturno, e al di sopra delle nuvole durante i passaggi sul lato diurno, caratterizzando eventuali emissioni vulcaniche e altre sorgenti di gas sulla superficie che emettono in atmosfera. I dati di VenSpec-H saranno dunque complementari a quelli raccolti da VenSAR e VenSpec-M. VenSpec-U misurerà la presenza monossido (SO) e anidride solforosa (SO₂), così come le ancora sconosciute caratteristiche dell’assorbimento di raggi ultravioletti nelle nubi dell’alta atmosfera di Venere. Sarà quindi complementare agli altri due sub-strumenti di VenSpec poiché studierà come l’alta e la bassa atmosfera venusiana interagiscono tra loro, focalizzandosi in particolare su come particolari processi di rilascio di gas in atmosfera, quali le emissioni vulcaniche, interagiscono con l’atmosfera stessa e con le dense nubi del pianeta. VenSpec-U è costituito da uno spettrometro operante alle frequenze tra i 190 e i 380 nm. Il Principal Investigator sia di VenSpec in generale che di VenSpec-M è Jörn Helbert dell’agenzia spaziale tedesca DLR. Il PI di VenSpec-H è Ann Carine Vandaele, del belga Royal Belgian Institute for Space Aeronomy (BIRA/IASB). Il PI di VenSpec-U è Emmanuel Marcq, del francese LATMOS/IPSL.

Il Radio Science Experiment, come accennato, userà in modo indiretto la radio di bordo di EnVision per comprendere meglio le caratteristiche dell’atmosfera e della ionosfera venusiane durante le frequenti occultazioni che si verificano durante i collegamenti tra sonda e Terra. Quando il satellite viene occultato da Venere, il suo segnale radio inviato verso la Terra passa tra gli strati dell’atmosfera del pianeta, causando cambiamenti nella frequenza e nell’ampiezza delle onde portanti (nelle bande X e Ka). Studiando l’angolo di rifrazione del segnale radio rispetto all’altitudine, si possono ricavare sia profili dell’atmosfera che la densità del plasma della ionosfera, essenziali per caratterizzare la struttura e la dinamica atmosferica in generale. L’uso della banda Ka fornirà per la prima volta l’opportunità di distinguere tra concentrazione di acido solforico gassoso e in sospensione nell’atmosfera del pianeta (a circa 45–55 km di altitudine). La quantificazione della componente gassosa e di quella liquida dell’acido solforico sarà decisiva per caratterizzare il ciclo dell’anidride solforosa di origine vulcanica presente in atmosfera, e fornirà informazioni importanti anche sull’attuale attività geologica di Venere.

Fonte: ESA, Consorzio EnVision, EnVision Yellow Book (pdf)