La sonda spaziale New Horizons raggiungerà i confini del sistema solare per studiare Plutone e altri oggetti della fascia di Kuiper, la più esterna del nostro sistema planetario.
IN BREVE
In ogni ambito scientifico l’uomo ha sempre voluto superare i confini che fino a un istante prima sembravano invalicabili. Nell’esplorazione del nostro pianeta abbiamo raggiunto il polo Nord, il polo Sud, i più profondi abissi oceanici e le più alte vette montuose. Poi abbiamo rivolto lo sguardo verso l’alto, per raggiungere la Luna e gli altri pianeti del sistema solare. Per superare i confini, però, bisogna prima raggiungerli, e questo è ciò che ha pensato anche la NASA con il lancio della sonda spaziale New Horizons. Essa esplorerà quello che al suo lancio era il pianeta più esterno del sistema solare, Plutone, che solo circa otto mesi dopo è stato declassato a pianeta nano; poi proseguirà il suo viaggio e analizzerà alcuni oggetti della fascia di asteroidi più esterna del sistema: la fascia di Kuiper.
LA FASCIA DI KUIPER
Il sistema solare è convenzionalmente diviso in tre fasce: quella che comprende i pianeti rocciosi (Mercurio, Venere, Terra, Marte), la seconda in cui vengono annoverati i pianeti gassosi (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) e l’ultima, chiamata fascia di Kuiper, che comprende gli oggetti più esterni del sistema. La sonda spaziale New Horizons sarà la prima a studiare approfonditamente alcuni oggetti facenti parte della terza fascia.

Gli oggetti della fascia di Kuiper hanno dimensioni ridotte (il più grande, Plutone, ha un diametro circa 5,5 volte inferiore rispetto a quello della Terra) e sono composti per la maggior parte di sostanze volatili ghiacciate (ad esempio ammoniaca, metano o acqua). Finora ne sono stati scoperti circa 1000, ma si stima che ne possano esistere oltre 100000 con un diametro considerevole (più di 100 km), quindi ci sono moltissimi più oggetti di questo tipo che pianeti rocciosi o gassosi. E’ già noto che questi “nani di ghiaccio” sono considerabili come embrioni di pianeti: infatti è attorno ad oggetti molto simili che sono nati gli 8 pianeti principali del sistema solare; essi stessi non sono altro che pianeti che hanno smesso di crescere nelle primissime fasi della loro esistenza. Uno studio approfondito da distanza ravvicinata di alcuni di loro ci dirà molto riguardo la formazione planetaria.
L’oggetto più grande della fascia di Kuiper è Plutone. Esso fu scoperto nel 1930, e fino al 24 agosto 2006 era considerato il nono pianeta principale del sistema solare. Quel giorno fu declassato a pianeta nano, ma la curiosità di saperne di più sul suo conto andava oltre la sua classificazione ufficiale. Fino al sorvolo ravvicinato della sonda New Horizons non si sapeva niente di certo su Plutone, e le ipotesi derivanti dall’osservazione da Terra o da telescopi spaziali non potevano che essere approssimative a causa dell’esorbitante distanza (la distanza minima tra la Terra e Plutone è di 28,64 Unità Astronomiche, quasi 29 volte la distanza tra la Terra e il Sole).

Plutone e il suo satellite maggiore Caronte (grande la metà del pianeta nano) formano un cosiddetto pianeta binario, il cui centro di gravità è posto tra i due corpi. Pianeti e stelle con questa conformazione sono abbastanza comuni nell’universo, e la sonda spaziale New Horizons sarà la prima a studiarne uno da vicino.
Dalla fascia di Kuiper provengono la maggior parte degli oggetti che in passato hanno colpito la Terra e tutti i pianeti del sistema solare. Studiando i crateri generati da questi corpi su Plutone e sui suoi satelliti, la sonda New Horizons farà luce sulle dimensioni e sull’effettiva pericolosità delle comete provenienti da questa zona.
LA SONDA SPAZIALE NEW HORIZONS
La struttura principale della sonda New Horizons è costituita da un cilindro di alluminio che regge i pannelli ultraleggeri che formano il corpo della sonda, il generatore termoelettrico a radioisotropi che fornisce energia elettrica e l’antenna per le trasmissioni a terra, e contiene il serbatoio di propellente.
Il processore della sonda è un Mongoose-V a 12 megahertz; esso dà comandi ai sottosistemi, immagazzina (in due memorie da 8 gigabytes ognuna) e processa i dati degli strumenti scientifici e li invia a Terra.
Per il controllo termico la sonda spaziale New Horizons è coperta da un materiale isolante multistrato che permette di contenere il calore derivante dal lavoro degli strumenti, mantenendo la temperatura interna tra i 10 e i 30 gradi Celsius nonostante l’esorbitante distanza dal Sole alla quale dovrà operare.
Il sistema di propulsione della sonda è costituito da 16 piccoli razzi a idrazina per effettuare piccoli aggiustamenti di traiettoria, per il puntamento degli strumenti verso gli oggetti da studiare e per il puntamento dell’antenna verso la Terra per la trasmissione dei dati raccolti.
Gli strumenti scientifici a bordo
Sulla sonda spaziale New Horizons sono presenti 7 strumenti scientifici per studiare geologia globale, composizione e temperatura superficiale, pressione, temperatura e tasso di fuga dell’atmosfera di Plutone, dei suoi satelliti e di altri corpi della fascia di Kuiper. Essi sono:
- Alice: uno spettrometro ultravioletto per studiare la struttura e la composizione dell’atmosfera;
- Ralph: composto da una fotocamera multispettrale e uno spettrometro infrarosso per studiare geologia, morfologia, composizione e temperatura della superficie;
- REX: un piccolo circuito stampato in grado di processare i segnali, utile per lo studio di temperatura e pressione atmosferiche e della densità della ionosfera;
- LORRI: una fotocamera con obiettivo telescopico ad altissima risoluzione, per fornire immagini molto dettagliate di Plutone e degli altri oggetti studiati da New Horizons;
- SWAP: un misuratore delle interazioni tra l’atmosfera di Plutone e il vento solare;
- PEPSSI: uno spettrometro direzionale di particelle energetiche per studiare densità, composizione e natura delle particelle energetiche e del plasma in fuga dell’atmosfera di Plutone;
- SDC: un misuratore di particelle di polvere derivanti da collisioni tra asteroidi, comete e altri oggetti della fascia di Kuiper.

LA MISSIONE
La sonda spaziale New Horizons fu lanciata il 19 gennaio 2006 su un razzo Atlas V 551 da Cape Canaveral, in Florida. Fu immessa su un’orbita verso Giove ad una velocità di circa 16 chilometri al secondo, per sfruttare l’enorme massa del gigante gassoso per accelerare e raggiungere 3 anni prima rispetto a un eventuale viaggio diretto la sua destinazione principale: Plutone.
La fionda gravitazionale con Giove
Il 28 febbraio 2007, tramite un passaggio a 2,3 milioni di chilometri da Giove, la sonda New Horizons accelerò fino alla velocità di 23 chilometri al secondo e si immise sulla sua orbita finale verso Plutone. Tra gennaio e giugno di quell’anno gli scienziati sfruttarono la vicinanza di New Horizons a Giove per studiarne caratteristiche che non erano ancora state approfondite, in vista del non lontano lancio (7 agosto 2011) della sonda costruita apposta per lo studio del più grande pianeta del sistema solare: la sonda spaziale Juno. In particolare gli strumenti a bordo della sonda spaziale New Horizons studiarono le tempeste di fulmini polari, il ciclo vitale delle nuvole di ammoniaca, il sistema di anelli e il percorso delle particelle cariche nella coda del campo magnetico di Giove. Furono compiute anche delle osservazioni dei satelliti di Giove, con una particolare attenzione all’attività vulcanica di Io.

Il sorvolo ravvicinato di Plutone
La sonda spaziale New Horizons raggiunse la minima distanza da Plutone il 15 luglio 2015, ma lo studio del pianeta nano iniziò già dal gennaio di quell’anno e si protrasse fino all’inizio del 2016. In totale furono inviati a Terra circa 50 gigabytes di dati su Plutone e sui suoi satelliti, raccolti da tutti e 7 gli strumenti a bordo della sonda. Le principali conclusioni tratte dai dati raccolti da New Horizons sono:
- Plutone è composto per due terzi da un nucleo di roccia e per la restante parte da una superficie di ghiaccio (prevalentemente di acqua) e materiale organico (a base di carbonio). La sua superficie è costituita prevalentemente da monti di acqua ghiacciata alti fino a 5000 metri; l’unica grande pianura è costituita da un cratere di circa 1000 km di diametro, formatosi a causa di una collisione con un altro oggetto della fascia di Kuiper avvenuta circa 4 miliardi di anni fa, riempito da azoto congelato, e viene chiamata Sputnik Planitia. Questa pianura è posta in corrispondenza della linea immaginaria che congiunge Plutone e Caronte, e questa potrebbe essere la prova dell’esistenza di un oceano di acqua a circa 150 km di profondità, sul quale la superficie scivolerebbe per posizionarsi in maniera ottimale rispetto al sistema binario Plutone-Caronte. La temperatura superficiale media di Plutone è di circa 40 Kelvin (233 gradi Celsius sotto 0).

- L’atmosfera di Plutone è abbastanza sottile ed è composta prevalentemente da azoto. Il secondo gas più abbondante è il metano, e sono presenti altri idrocarburi in piccole percentuali. La temperatura si alza nei primi 25 km di altitudine fino a circa 115 Kelvin (-158 gradi Celsius), per poi scendere progressivamente fino al confine dell’atmosfera. Il gas che scappa maggiormente dall’atmosfera plutoniana è il metano. Il vento trasporta metano ghiacciato che sublima ai bordi della Sputnik Planitia formando delle dune simili a quelle di sabbia dei deserti terrestri. Allontanandosi da Plutone la sonda spaziale New Horizons ha scoperto banchi di nebbia che si estendono per più di 100 km in altezza e che ricoprono l’intero pianeta nano.
- Il satellite principale di Plutone, Caronte, non ha un’atmosfera ed è composto principalmente da acqua ghiacciata, con presenza superficiale di ghiaccio di ammoniaca concentrato in corrispondenza di alcuni crateri da impatto. Non è più geologicamente attivo ma in passato lo è stato: come dimostrano la presenza di grandi croste e profondi canyon nell’emisfero settentrionale e il pianeggiante emisfero meridionale formato da flussi criovulcanici.

- I satelliti minori Idra, Notte, Cerbero e Stige sono irregolari, hanno un diametro compreso tra i 10 e i 50 chilometri, hanno una superficie di ghiaccio di acqua quasi puro che riflette molta luce. Essi derivano dall’impatto che creò il sistema binario Plutone-Caronte e sono diversi dagli altri oggetti della fascia di Kuiper, i quali riflettono meno luce.
Il sorvolo ravvicinato di Ultima Thule
Dopo Plutone il team che si occupa della missione New Horizons ha cercato un oggetto nella fascia di Kuiper raggiungibile dalla sonda con poche manovre di correzione. Quest’oggetto è stato identificato in Ultima Thule, nome che deriva da un’isola leggendaria dell’atlantico settentrionale chiamata Thule (dall’etrusco “tular”, confine) dall’esploratore greco Pitea, alla quale Virgilio attribuì l’aggettivo ultima, col significato di ultima terra conoscibile. Il sorvolo ravvicinato di Ultima Thule è previsto per il primo gennaio del 2019 ad una distanza di 3500 km. Per ora sappiamo solo che Ultima Thule ha un diametro di circa 30 km ed ha una forma irregolare, simile ad un’arachide, ma tra meno di un mese sapremo tutto su questo corpo che si trova a 6,5 miliardi di chilometri (poco più di 43 UA) dal Sole.
La fine della missione
Dopo il sorvolo di Ultima Thule la sonda spaziale New Horizons impiegherà circa 20 mesi per trasmettere tutti i dati alla Terra. Nel frattempo LORRI continuerà a fotografare tutti i “nani di ghiaccio” a tiro e anche SDC, PEPSSI e SWAP continueranno ad essere operativi per monitorare polveri, particelle cariche e vento solare nella fascia di Kuiper fino a che il generatore termoelettrico a radioisotropi potrà fornire energia. Poi New Horizons continuerà il suo viaggio allontanandosi sempre di più dal Sole nella scia delle due sonde Voyager, che già stanno intraprendendo questo percorso verso lo spazio più profondo. La speranza è che una civiltà aliena possa trovare queste tre sonde e risalire a noi tramite le curiosità che esse hanno a bordo, che nel caso della sonda spaziale New Horizons comprendono una parte delle ceneri di Clyde Tombaugh (lo scienziato che scoprì Plutone), un CD con i nomi delle 434 000 persone iscritte al progetto, due bandiere degli USA, due monete e un francobollo del 1991 su cui è scritto: “Plutone: non ancora esplorato”.
Fonte
- New Horizons
John Hopkins University Applied Physics Laboratory