Euclid trova le sue stelle guida

Il telescopio spaziale Euclid ha finalmente risolto i suoi problemi di navigazione grazie a una patch software inviata da Terra; di conseguenza sono stati riprogrammati i suoi prossimi sei anni di osservazioni scientifiche al fine di evitare i problemi con la luce diffusa. Ora Euclid è atteso da un ultimo test in “modalità scienza”.

Per alcuni mesi dopo il suo lancio l’esploratore dell’Universo Oscuro si è comportato in maniera nominale, raggiungendo la sua postazione di lavoro situata al punto lagrangiano L₂ del sistema Terra-Sole, dove ha potuto mettere a fuoco lo specchio del suo telescopio per catturare le prime affascinanti immagini di prova. Purtroppo, ben presto il team della missione si è accorto che a bordo del telescopio spaziale si stava manifestando una qualche sorta di problema. Le preoccupazioni maggiori riguardavano il Fine Guidance Sensor (FGS) di Euclid, che a tratti non riusciva a trovare le sue stelle di riferimento per orientarsi. Queste stelle di riferimento fanno parte del catalogo realizzato dalla missione Gaia dell’ESA e sono fondamentali affinché lo strumento punti precisamente nella direzione voluta.

A complicare le cose ci si è messa anche la nostra stella, il Sole, in quanto, durante i suoi periodi di elevata attività, espelle protoni che colpiscono in modo intermittente i rilevatori dell’FGS ingannandolo e creando dei segnali che sono stati interpretati dal sistema come vere stelle. In misura minore, anche la luce solare diffusa e i raggi X hanno interferito con gli strumenti di osservazione di Euclid.

Euclid è una delle missioni più precise che sia mai stata lanciata; essa fornirà immagini estremamente nitide e accurate e gli spettri più profondi del nostro Universo, scrutando indietro nel tempo fino a 10 miliardi di anni fa e facendo una scansione di un terzo del cielo. Ogni 75 minuti, per tutti i sei anni di durata della missione, il telescopio dovrà puntare verso una nuova zona del cielo con estrema accuratezza e precisione.

La fase di commissioning, o di messa in servizio, è il periodo in cui una missione progettata e testata sulla Terra incontra la realtà dell’ambiente spaziale ed è quasi impossibile che durante questa fase non si manifestino dei problemi di varia natura e grandezza, o dei veri e propri imprevisti che possono anche compromettere in maniera definitiva l’esito della missione. I team del controllo di missione di ESA hanno lavorato su turni di 12 ore per dare a Euclid assistenza continuativa durante questa fase, in collaborazione con gli scienziati e il pool industriale che ha realizzato il veicolo spaziale, al fine di predisporlo per la sua missione nel suo ostico ambiente di lavoro.

Affinare i sensi di Euclid

Il Fine Guidance Sensor (FGS) di Euclid è uno sviluppo completamente nuovo in Europa, e ha la responsabilità di assicurare la precisione di puntamento del telescopio, eseguendo tutte le rotazioni richieste da una missione della durata previata di sei anni.

L’FGS è uno strumento dotato di sensori ottici che riprendono il cielo nel campo di osservazione dello strumento VISible Instrument (VIS) di Euclid. Come detto, l’FGS usa le stelle di riferimento come puntamento e invia i suoi dati all’Attitude and Orbit Control System (il sistema di controllo assetto del veicolo spaziale) per orientare e mantenere il posizionamento preciso del telescopio.

Naturalmente prima del lancio l’FGS è stato testato rigorosamente, ma al momento nessuna delle procedure di verifica che possono essere implementate nei laboratori sulla Terra riesce a replicare le reali condizioni che un veicolo spaziale potrà incontrare durante la sua missione, come le radiazioni ad alta energia provenienti dalle vaste profondità dell’Universo e dal nostro stesso Sole sotto forma di brillamenti. I raggi cosmici delle volte possono causare degli “artefatti” o dei segnali spuri sui sensori, i quali possono apparire nelle osservazioni di Euclid. Questi falsi segnali, a intermittenza superano in numero le stelle reali e quindi l’FGS non riesce a risolvere gli schemi stellari di cui ha bisogno per navigare.

La dimostrazione delle suddette difficoltà di puntamento sono evidenziate da una delle più buffe immagini riprese dal telescopio, la quale mostra un campo stellare ricco di scie luminose e vorticose e di strani anelli. Va da sé che per rilevare degli schemi stellari di difficile osservazione, le suddette problematiche non sono tollerabili, pertanto si è dovuta trovare una soluzione.

Al termine di un lavoro incredibile e ingegnoso da parte dei team di tutta Europa e dopo molte notti insonni, il Fine Guidance Sensor di Euclid è stato aggiornato. Grazie a una software patch, ovvero a una porzione di software appositamente progettata per risolvere il problema, che è stata testata prima sulla Terra con un modello elettrico di Euclid e con un simulatore, e poi per dieci giorni in orbita. Una volta trovate le stelle di riferimento, il telescopio europeo potrà riprendere la fase importante della Performance Verification; il suo ultimo test prima di potersi completamente dedicare all’Universo Oscuro. La fase di commissioning di Euclid era stata ovviamente estesa in modo tale da dare tempo alla risoluzione del problema con l’FGS e ciò ha ritardato di conseguenza la Performance Verification.

«I nostri partner industriali, Thales Alenia Space e Leonardo, hanno ripreso in mano i loro progetti revisionando il modo in cui il Fine Guidance Sensor identifica le stelle. Dopo aver profuso un grande sforzo in tempo record, ci hanno fornito un nuovo software da installare sul telescopio spaziale.» Questo è il commento di Micha Schmidt, manager delle operazioni di Euclid.
«Abbiamo testato attentamente l’aggiornamento software passo dopo passo nelle reali condizioni di volo, con degli input realistici provenienti dal Science Operation Centre che ci ha fornito degli obiettivi osservativi e alla fine ci siamo convinti a ricominciare la fase di Performance Verification.»

«La fase di Performance Verification che è stata interrotta ad agosto, ora è pienamente ripartita e tutte le osservazioni sono state eseguite correttamente. Questa fase proseguirà fino alla fine di novembre, ma confidiamo che essa ci dimostrerà l’eccellente performance di Euclid e che finalmente potremo dare il via al suo importante lavoro scientifico» ha aggiunto Giuseppe Racca, manager del progetto Euclid.

È ora di fare scienza!

Il compito di Euclid è quello di fornire delle risposte alle più fondamentali domande scientifiche sulla natura del nostro Universo: cosa sono la materia e l’energia oscura? Perché sono così elusive pur costituendo presumibilmente il 95% del nostro Universo? Quanto è valida la teoria della relatività generale su scala cosmica? Come ha preso forma l’Universo dopo il Big Bang?

Come già detto, durante le sue ricognizioni Euclid osserverà un terzo dell’intero cielo, guardando all’indietro nel tempo fino a 10 miliardi di anni fa per aiutare gli scienziati a comprendere la fisica esistente ai primordi dell’Universo e la formazione delle strutture cosmiche.

Misurando con un’accuratezza mai ottenuta prima le caratteristiche di miliardi di galassie formatesi nel corso di miliardi di anni di storia del cosmo, il telescopio spaziale europeo fornirà una veduta in 3D della distribuzione della materia oscura nell’Universo. Questa mappa della distribuzione di galassie nel tempo cosmico, spiegherà agli scienziati molte cose sull’energia oscura, la quale influenza l’evoluzione spaziale della struttura dell’Universo su larga scala.

Per fare tutto questo, Euclid è stato dotato di uno dei più precisi e stabili telescopi spaziali mai lanciati. Esso fornirà immagini nitidissime e spettri profondi del nostro Universo, cambiando il soggetto delle proprie osservazioni ogni 75 minuti, per un totale complessivo di oltre 40.000 volte nel corso dei suoi sei anni di missione.

Fonte: ESA