Missione spaziale JUICE: possibilità di vita nel sistema gioviano

La missione spaziale JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) studierà approfonditamente Giove (già oggetto di studio della sonda spaziale JUNO) e le sue lune Ganimede, Callisto e Europa. In particolare la sonda si soffermerà su Ganimede per verificare che su di esso ci siano le condizioni per ospitare la vita. Lo studio di Europa e Callisto permetterà di conoscere più a fondo le caratteristiche peculiari di ogni luna galilieiana.

Giove è un archetipo per i giganti gassosi del sistema solare ed anche per i numerosi pianeti giganti che orbitano attorno ad altre stelle. Inoltre i satelliti galileiani (su tre dei quali si pensa che possano esserci oceani sotterranei) sono fondamentali per comprendere le condizioni di abitabilità dei pianeti di ghiaccio. Comprendere il sistema di Giove e la sua storia, dall’origine alla possibile presenza di ambienti abitabili, ci darà informazioni cruciali su come i pianeti gassosi e i loro satelliti nascono e si evolvono. Inoltre potremo far luce sulla possibilità che sistemi esoplanetari simili a quello di Giove possano ospitare la vita.

Le lune di Giove: oceani sotterranei e mondi abitabili

L’obiettivo della missione spaziale JUICE è determinare le condizioni che potrebbero aver portato alla nascita di ambienti abitabili tra i satelliti di ghiaccio di Giove, con un attenzione particolare sui tre che ospitano oceani sotterranei: Ganimede, Europa e Callisto. Ganimede è stato identificato come il satellite su cui focalizzarsi, in quanto è un laboratorio naturale per analizzare la natura, l’evoluzione e l’abitabilità dei mondi di ghiaccio in generale, ma anche per il suo ruolo nel sistema dei satelliti galileiani e le sue peculiari interazioni magnetiche e plasmatiche con l’ambiente gioviano.

I principali obiettivi scientifici dello studio di Ganimede nell’ambito della missione spaziale JUICE sono:

• la caratterizzazione degli strati oceanici sotterranei e l’identificazione di presunti bacini di acqua situati immediatamente sotto la superficie del satellite;
• la creazione di una mappa topografica e geologica della superficie e lo studio della sua composizione;
• studiare le proprietà fisiche delle croste di ghiaccio;
• caratterizzare la distribuzione della massa, le dinamiche e l’evoluzione dell’interno del satellite;
• lo studio dell’esosfera;
• studiarne il campo magnetico e le sue interazioni con la magnetosfera di Giove.

Gli stessi obiettivi verranno perseguiti con dettaglio minore nello studio di Callisto. Mentre per quanto riguarda Europa la missione JUICE si concentrerà sulla ricerca di elementi essenziali per la vita, comprese molecole organiche, sulle caratteristiche della superficie: la sua composizione e lo spessore delle croste di ghiaccio.

Il sistema di Giove: un archetipo per i giganti gassosi

La missione spaziale JUICE si concentrerà sull’identificazione dei diversi processi che potrebbero essere necessari per conferire a Ganimede, Europa e Callisto un ambiente che rimanga stabile al passare di ere geologiche. Lo studio dell’atmosfera di Giove sarà incentrato sulla sua struttura, dinamica e composizione. La circolazione d’aria, la meteorologia, la chimica e la struttura di Giove verranno studiate da oltre le nuvole della termosfera. Queste osservazioni saranno effettuate per un tempo sufficientemente lungo e con una copertura latitudinale abbastanza ampia per studiare l’evoluzione dei fenomeni meteorologici e il meccanismo di trasporto di energia, momento e materia tra i vari strati atmosferici.

Per quanto riguarda la magnetosfera di Giove la missione spaziale JUICE si concentrerà sulle proprietà tridimensionali del magnetodisk gioviano e sulle interazioni tra magnetosfera, ionosfera e termosfera. Inoltre verranno studiate le aurore, le emissioni radio e le loro risposte al vento solare. Nel sistema dei satelliti di Giove, JUICE studierà anche le interazioni magnetiche e gravitazionali e i loro effetti sulle orbite dei satelliti galileiani.

La sonda JUICE

Le maggiori criticità nel design della sonda per la missione spaziale JUICE sono la grande distanza dal Sole, l’uso di pannelli solari per la generazione di energia e l’ingente presenza di radiazioni nell’ambiente di Giove. Per effettuare le manovre di inserzione nelle orbite di Giove e Ganimede e il grande numero di sorvoli ravvicinati (sono previste più di 25 fionde gravitazionali e flyby) la sonda deve trasportare circa 3 tonnellate di propellente chimico. A causa della grande distanza dalla Terra le comunicazioni tra pianeta e sonda avverranno con circa un’ora e tre quarti di ritardo; quindi tutte le operazioni e le manovre dovranno essere pianificate in anticipo ed effettuate in automatico. Per la trasmissione di dati la sonda sarà provvista di un’antenna ad alto guadagno di 3 metri di diametro in grado di trasmettere 1,4 gigabytes di dati al giorno.

La distribuzione del carico  dovrà prendere in considerazione la necessità di uno scudo contro le radiazioni e di sistemi di sicurezza per i singoli strumenti. La grande distanza dal Sole, con una potenza fornita minima prevista di 46 watt al metro quadro, ha causato la necessità di usare grandi pannelli solari con area compresa tra i 60 e i 75 metri quadri; le celle solari saranno ottimizzate per la generazione di energia in condizioni di bassa temperatura e bassa intensità della radiazione solare.

Strumenti scientifici della missione spaziale JUICE

Il carico scientifico della sonda JUICE consiste in 10 strumenti e un esperimento che sfrutta i suoi sistemi di telecomunicazione per usare strumenti a terra. Questi strumenti permetteranno il raggiungimento degli obiettivi della missione spaziale JUICE: dalla misurazione dell’atmosfera e dell’ambiente plasmatico di Giove all’osservazione della superficie e dell’interno delle tre lune di ghiaccio Ganimede, Europa e Callisto. Gli strumenti per il telerivelamento includono una fotocamera (JANUS) e spettrometri che permettono di visualizzare lunghezze d’onda dall’ultravioletto alla banda millimetrica (MAJIS, UVS, SWI). Per lo studio della geofisica ci sono un altimetro laser (GALA) e un radar (RIME) per esplorare la superficie e l’interno delle lune. Un esperimento a onde radio (3GM) sonderà l’atmosfera di Giove e dei suoi satelliti per studiarne i campi magnetici. Gli altri strumenti a bordo sono un rilevatore di particelle (PEP), un magnetometro (J-MAG) e un rilevatore di onde radio e plasma (RPWI). L’esperimento PRIDE sfrutterà strumenti a terra per determinare con precisione posizione e velocità della sonda.

Fasi della missione spaziale JUICE

La missione spaziale JUICE inizierà a giugno 2022 con il lancio della sonda a bordo di un Ariane 5. Raggiungerà Giove in circa 7 anni e mezzo, dopo due fionde gravitazionali con Venere e Terra. Dopo l’inserzione nell’orbita di Giove a gennaio 2030 la sonda JUICE rimarrà nel sistema gioviano per due anni e mezzo concentrandosi sull’osservazione continua dell’atmosfera e della magnetosfera gioviane. Durante la permanenza nel sistema delle fionde gravitazionali con Callisto e Ganimede correggeranno la traiettoria.

Due sorvoli ravvicinati di Europa permetteranno di studiarne i materiali non ghiacciati e l’interno. La fionda gravitazionale con Callisto incrementerà l’inclinazione orbitale di 30°, permettendo a JUICE di osservare le regioni polari di Giove. I frequenti flyby di Callisto ne permetteranno osservazioni e misurazioni. La missione spaziale JUICE finirà con 8 mesi di orbitazione attorno a Ganimede, durante i quali studierà la luna molto dettagliatamente. Dopo questi 8 mesi la sonda JUICE impatterà sulla superficie di Ganimede.