Sonda spaziale Juno: la missione che svelerà tutti i segreti di Giove

In molti si chiedono come è possibile che gli scienziati abbiano a disposizione dati precisi riguardo i pianeti più lontani dalla Terra, senza aver studiato i pianeti in questione da vicino. Effettivamente, i dati che abbiamo sui pianeti situati oltre la fascia di asteroidi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) derivano da osservazioni effettuate da Terra o da telescopi spaziali e da fugaci visite di sonde (come le due Voyager). L’unica eccezione è rappresentata da Saturno, i cui segreti ci sono stati svelati a fondo dalla missione Cassini-Huygens. I dati riguardanti gli altri pianeti sono frutto di teorie che vengono sviluppate sulla base di ciò che abbiamo a disposizione, in attesa che una missione spaziale ci fornisca dati concreti e quindi confuti o confermi le suddette teorie.

Anche Giove è stato oggetto di studio di una sonda che ha orbitato attorno al gigante gassoso per quasi 8 anni: Galileo. Purtroppo, a causa del fallito dispiegamento della sua principale antenna, Galileo non ha potuto fornirci tutte le informazioni che speravamo di raccogliere su Giove, del quale è riuscita a studiare a fondo solo l’atmosfera e superficialmente la magnetosfera; comunque il contributo di Galileo è stato fondamentale per quanto concerne le nostre conoscenze sui satelliti del gigante gassoso. Ma già esiste un erede di Galileo: molti dei misteri insoluti riguardanti Giove verranno risolti dalla sonda spaziale Juno. Essa è in orbita attorno al più grande pianeta del sistema solare dal 5 luglio del 2016 e, al termine della sua missione previsto per luglio 2021, ci fornirà dati fondamentali riguardo la struttura, la dinamica, il nucleo, il campo gravitazionale, la composizione atmosferica e la magnetosfera di Giove.

L’OGGETTO DI STUDIO DELLA SONDA SPAZIALE JUNO: GIOVE

Una domanda sorge spontanea: perché investire energie e denaro proprio nello studio di Giove? Giove è il pianeta più grande del sistema solare e nello spazio, si sa, le dimensioni contano. Grazie alla sonda Galileo sappiamo che Giove fu il primo pianeta del sistema solare a formarsi, dato che la sua atmosfera è composta principalmente da idrogeno ed elio, che sono anche i principali costituenti del Sole. La sua ingombrante presenza ha quindi influenzato la formazione e le orbite di tutti gli altri pianeti e della fascia di asteroidi che divide i pianeti rocciosi (Mercurio, Venere, Terra, Marte) dai pianeti gassosi (Giove, Saturno, Urano, Nettuno). Inoltre, sempre grazie alla sua esorbitante massa, ha attratto a sé innumerevoli comete che altrimenti avrebbero potuto colpire i suoi fratelli minori (tra cui la Terra) con effetti ben più catastrofici.

Lo studio della composizione del nucleo del gigante gassoso è fondamentale per comprendere come si sono distribuiti alle origini del sistema solare gli elementi pesanti (come carbonio o azoto), fondamentali per l’esistenza dei pianeti rocciosi e della vita. I campi gravitazionale e magnetico e l’atmosfera di Giove possono dirci molto sulle origini del pianeta e quindi anche del sistema solare; di conseguenza verremmo a conoscenza di informazioni fondamentali riguardo la nascita dei sistemi planetari in generale, facilitando lo studio di tutto ciò che va oltre il nostro sistema solare.

LA SONDA SPAZIALE JUNO

Il nome della sonda deriva da Giunone, la moglie di Giove. La speranza è che, come Giunone riuscì a penetrare lo strato di nuvole con cui Giove si nascondeva perché la moglie non scoprisse i suoi tradimenti, così la sonda spaziale Juno riuscirà a svelare tutti i segreti che Giove cela dietro lo spesso strato di nuvole multicolori che ricoprono tutto il pianeta.

La sonda è costituita da una struttura principale costruita negli USA dalla Lockheed Martin, che comprende un nucleo esagonale e i tre pannelli solari ad esso collegati. Juno sarà la prima sonda ad operare ad una così grande distanza dalla Terra alimentata ad energia solare e non da generatori termoelettrici a radioisotropi; ciò è possibile grazie all’aumento dell’efficienza dei pannelli solari e quindi alla riduzione delle loro dimensioni.

Gli strumenti scientifici a bordo

La struttura principale contiene i vari strumenti scientifici per la missione:

• il radiometro a microonde MWR, costruito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, che misurerà l’emissione termica di Giove sondandone gli strati profondi dell’atmosfera;
• il mapper a infrarossi delle aurore di Giove JIRAM, costruito in Italia dall’Istituto Nazionale di Astrofisica INAF e dalla Selex-Galileo avionica, che sonderà gli strati superiori dell’atmosfera gioviana;
• il magnetometro fluxgate FGM, costruito dal Goddard Space Flight Center della NASA, che studierà la magnetosfera di Giove;
• la bussola stellare avanzata ASC, anch’essa costruita dal Goddard Space Flight Center della NASA, che permetterà a Juno di orientarsi in basa a osservazioni stellari;
• l’esperimento sulla distribuzione delle aurore gioviane JADE, costruito dal Southwest Research Institute, che studierà la struttura del plasma attorno alle aurore di Giove;
• il detector di particelle energetiche gioviane JEDI dell’Applied Physics Laboratory, che misurerà l’energia e la distribuzione degli ioni nella magnetosfera polare di Giove;
• il sensore di onde radio e plasma WAVES dell’Università dell’Iowa, che definirà le emissioni radio di Giove e l’accelerazione delle particelle nelle aurore;
• lo spettrografo ultravioletto UVS del Southwest Research Institute, che registrerà posizione, lunghezza d’onda e tempo di arrivo dei fotoni ultravioletti;
• l’esperimento gravitazionale GSE, costruito dalla franco-italiana Thales Alenia Space-I, che studierà la struttura interna di Giove;
• la JunoCam JCM, che fornirà immagini scattate durante varie fasi della missione.

LA MISSIONE

Il lancio della sonda Juno avvenne il 7 agosto 2011. Durante il viaggio verso Giove sono state necessarie della manovre di spazio profondo per modificare leggermente l’orbita in vista della fionda gravitazionale con la Terra, avvenuta il 12 ottobre 2013, che ha immesso Juno nella sua orbita definitiva verso Giove. Il gigante gassoso è stato raggiunto il 5 luglio 2016.

Il lancio

La sonda Juno fu lanciata da Cape Canaveral, in Florida, a bordo di un vettore Atlas V 551, un razzo a due stadi con 5 boosters a propellente solido. La sonda è stata portata su un’orbita di parcheggio a 120 km dalla superficie terrestre. Una riaccensione del secondo stadio Centaur ha immesso Juno in un’orbita di fuga dalla Terra. Poco dopo la sonda si è staccata da Centaur e sono stati dispiegati i pannelli solari. Inoltre alla sonda è stata impressa una rotazione di 3 giri al minuto, per facilitarne il controllo e il puntamento e permettere a tutti gli strumenti di vedere al meglio la superficie di Giove.

La fionda gravitazionale con la Terra

Perché la sonda spaziale Juno è tornata vicino alla Terra dopo oltre due anni dal lancio se doveva raggiungere Giove? Qualcosa è andato storto? No: attraverso una manovra di fionda gravitazionale si sfrutta l’enorme forza di gravità che un pianeta esercita grazie alla propria massa per fornire energia ad un corpo molto più piccolo, in questo caso Juno, senza dover ricorrere all’utilizzo dei propulsori della sonda. Così si risparmia l’immensa spesa che l’aumento di massa dovuta al propellente necessario a un trasferimento diretto verso Giove avrebbe comportato. Il passaggio a 560 km dalla superficie terrestre di Juno le ha dato l’energia necessaria per immettersi in un orbita che in meno di tre anni le avrebbe fatto raggiungere la sua destinazione.

L’arrivo

Per iniziare ad orbitare attorno a Giove, Juno ha dovuto decelerare la propria corsa attraverso un’accensione programmata dei propri propulsori. Per fortuna questa delicata manovra non controllabile da Terra è andata a buon fine, e la sonda ha iniziato ad orbitare attorno al gigante gassoso.

In orbita attorno a Giove

La sonda spaziale Juno è stata immessa in un’orbita polare (che cioè gira attorno al pianeta passando sui due poli) per vari motivi: assicurare una costante esposizione al Sole per la produzione di energia elettrica, permettere la copertura totale del pianeta dopo un determinato numero di orbite, evitare le radiazioni emesse dal pianeta che danneggerebbero gli strumenti scientifici, poiché esse sono concentrate all’equatore (comunque a causa delle radiazioni alcuni strumenti avranno una vita operativa minore di quella della sonda spaziale Juno).

La fine della missione

Originariamente si era previsto che la missione durasse fino a luglio 2018, poiché dopo 37 orbite polari della durata di 53 giorni per le prime due e 14 ore per le successive, in 20 mesi la sonda avrebbe scandagliato l’intero pianeta. A causa di alcuni guasti ai propulsori però si è dovuta estendere a 53 giorni la durata di tutte le orbite di Juno, e quindi la missione è stata prolungata fino al luglio del 2021 per poter raggiungere gli obiettivi scientifici prefissati. Nel 2022 la sonda spaziale Juno rallenterà ed entrerà nell’atmosfera di Giove, concedendogli la propria vendetta su un moscerino che gli ha ronzato attorno per quasi 6 anni rubandogli i segreti che da oltre 4 miliardi e mezzo di anni custodiva gelosamente oltre una spessa coltre di nubi.