{"id":7059,"date":"2018-10-25T16:06:22","date_gmt":"2018-10-25T14:06:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.media.inaf.it\/2018\/10\/18\/bepicolombo-more-luciano-iess\/"},"modified":"2018-10-26T18:49:26","modified_gmt":"2018-10-26T16:49:26","slug":"verso-mercurio-cercando-crepe-nella-relativita-media-inaf","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=7059","title":{"rendered":"Verso Mercurio cercando crepe nella Relativit\u00e0 | MEDIA INAF"},"content":{"rendered":"

Si chiama More, acronimo per Mercury Orbiter Radioscience Experiment, e riflettendo come uno specchio complessi segnali radio ad altissima frequenza, inviati da due enormi antenne terrestri, permetter\u00e0 alla missione Esa BepiColombo di tracciare una sorta di tomografia dell\u2019interno di Mercurio. E di mettere alla prova la Relativit\u00e0 generale di Einstein<\/strong><\/em><\/p>\n

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Luciano Iess, principal investigator dell\u2019esperimento More a bordo della missione Esa BepiColombo<\/p>\n<\/div>\n

\u00c8 un veterano di BepiColombo, Luciano Iess<\/strong>, professore al Dipartimento di ingegneria meccanica e\u00a0aerospaziale della Sapienza e responsabile di More<\/a> (Mercury Orbiter Radioscience Experiment), lo strumento per esperimenti di radioscienza a bordo della sonda dell\u2019Agenzia spaziale europea (Esa). Nato a Padova, laurea a Pavia e da allora a Roma, alla Sapienza, Iess ha cominciato a lavorare su BepiColombo sin dal 1997 \u2013 quando ancora la missione nemmeno si chiamava cos\u00ec \u2013 come membro dello Science Advisory Group<\/em> dell\u2019Esa. \u00abSono ventun anni\u2026\u00bb, riflette al telefono con Media Inaf<\/em> mentre \u00e8 in procinto di partire per Kourou, quando ormai mancano una manciata di ore alla prima finestra di lancio. \u00abCerto, avrei voluto vederlo partire prima, nel 2013, per\u00f2 insomma, via\u2026 \u00c8 stata un\u2019attesa molto lunga\u00bb.<\/p>\n

Un\u2019attesa molto lunga che dovrebbe terminare, se tutto va come da programma, nella notte fra venerd\u00ec e sabato 20 ottobre, alle 3:45 ora italiana. Portando finalmente anche il suo strumento, More, uno dei quattro a guida italiana a bordo della sonda, a intraprendere un viaggio di sette anni verso il pianeta pi\u00f9 interno del Sistema solare: Mercurio.<\/p>\n

Per fare che cosa? <\/strong><\/p>\n

\u00abMore \u00e8 uno strumento che permette di determinare come la sonda spaziale BepiColombo \u201ccade\u201d nel campo di gravit\u00e0 di Mercurio, o del Sole. E questo consente di compiere test sulla Relativit\u00e0 generale\u00bb.<\/p>\n

Come ci riesce?<\/strong><\/p>\n

\u00abOccorre una premessa: non c\u2019\u00e8 nessuno strumento a bordo di un satellite in grado di misurare la gravit\u00e0 di un corpo. \u00c8 una conseguenza del principio di equivalenza: tutti i corpi in un campo di gravit\u00e0 \u2013 piume, martelli, sonde spaziali, pianeti \u2013\u00a0cadono con la stessa accelerazione. Quindi, se io voglio misurare la gravit\u00e0 con uno strumento \u2013 per esempio con un accelerometro, come potrei fare qui sulla superficie terrestre \u2013 questo a bordo di un satellite non funziona, perch\u00e9 misurerei un perfetto zero. Questo perch\u00e9 la massa di prova di questo accelerometro cade \u2013 nel campo di gravit\u00e0 di Mercurio, del Sole, di tutto quello che c\u2019\u00e8 \u2013 con la stessa accelerazione con cui cade la sonda spaziale. Un accelerometro, o un gravimetro, che qui sulla Terra misurano l\u2019accelerazione di gravit\u00e0, nello spazio misurano un bello zero. E non c\u2019\u00e8 nessuno strumento a bordo di un satellite che pu\u00f2 misurare la gravit\u00e0 di un corpo\u00bb.<\/p>\n

Ora \u00e8 chiaro come non<\/em> ci si si riesca. Ma c\u2019\u00e8 una via d\u2019uscita?<\/strong><\/p>\n

\u00abS\u00ec: attraverso misure differenziali. Devo vedere come BepiColombo cade nel campo di gravit\u00e0 di Mercurio stabilendo un punto di osservazione che deve essere il pi\u00f9 lontano possibile, per esempio la Terra. Quindi io da Terra misuro velocit\u00e0 e distanza di BepiColombo e in questo modo determino la gravit\u00e0 di Mercurio\u00bb.<\/p>\n

Una sorta di ecografo?<\/strong><\/p>\n

\u00abNon proprio\u2026 \u00e8 semplicemente un sistema che ci permette di misurare, via radio, velocit\u00e0 e distanze con grandissima precisione. Quindi noi da un\u2019antenna di terra mandiamo un segnale radio verso la sonda spaziale. C\u2019\u00e8 uno strumento, il \u201cKaT\u201d (Ka-band<\/a><\/strong> transponder) di More, che lo ritrasmette coerentemente verso la Terra. E noi a terra misuriamo l\u2019effetto doppler \u2013 quindi lo spostamento di frequenza, che ci d\u00e0 la velocit\u00e0 relativa \u2013 e anche il tempo di volo di una modulazione \u2013 se vogliamo di un fotone, di una modulazione radio \u2013 che ci d\u00e0, invece, la distanza. Da questi dati, grazie ai codici di determinazione orbitale, riusciamo a ricostruire una posizione tridimensionale e una velocit\u00e0 tridimensionale\u00bb.<\/p>\n

Quali antenne utilizzate, qui sulla Terra, per questo lavoro? <\/strong><\/p>\n

\u00a0<\/strong>\u00abLe antenne sono due: una \u00e8 l\u2019antenna dell\u2019Esa a Malarg\u00fce<\/a>,<\/strong> in Argentina, un\u2019antenna da 35 metri, e l\u2019altra \u00e8 l\u2019antenna Dss 25 della Nasa<\/a>,<\/strong> del Deep Space Network, che si trova a Goldstone, in California. Sono le uniche due antenne al mondo che oggi possono essere impiegate per le misure di More\u00bb.<\/p>\n

A che frequenza trasmettono?<\/strong><\/p>\n

\u00abPer la parte scientifica, le frequenze in gioco sono a 32-34 GHz, quindi sono frequenze molto elevate, quella che si chiama \u201cbanda Ka<\/a><\/strong>\u201d. Invece per la navigazione standard e le telecomunicazioni standard si usa la banda X<\/a><\/strong> oppure in downlink<\/em> la banda Ka. Per\u00f2 il link di precisione, quello stabilito da More, \u00e8 Ka-Ka\u00bb.<\/p>\n

Con quale precisione riuscite a determinare velocit\u00e0 e distanza della sonda?<\/strong><\/p>\n

\u00abContiamo di raggiungere precisioni, nella misura di velocit\u00e0, a livello di qualche micron al secondo. Per quanto riguarda invece la misura della distanza relativa, dovremmo arrivare a 20 cm con le misure in\u00a0single shot,<\/em> mentre se ne acquisiamo parecchie in un giorno dovremmo scendere addirittura a un paio di centimetri\u00bb.<\/p>\n

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Un collegamento radio ad alta velocit\u00e0 fra BepiColombo e la Terra consentir\u00e0, tramite More, di calcolare con precisione la velocit\u00e0 e la posizione della sonda. Crediti: Esa<\/p>\n<\/div>\n

A proposito, l\u2019acquisizione dei dati ogni quanto avviene? <\/strong><\/p>\n

\u00abI dati di velocit\u00e0 pi\u00f9 o meno ogni secondo, per quanto riguarda invece il ranging<\/em> diciamo una misura di distanza ogni dieci minuti\u00bb.<\/p>\n

In altre missioni planetarie \u00e8 mai stato usato un sistema simile o \u00e8 la prima volta?<\/strong><\/p>\n

\u00ab\u00c8 stato impiegato un sistema simile, abbastanza simile, per Cassini<\/a>, nella fase di crociera, attorno al 2001-2002, per\u00f2 in quel caso non era possibile la misura di distanza \u2013 era possibile solo la misura di velocit\u00e0. Val la pena ricordare che Cassini detiene tuttora il record mondiale di precisione nelle misure di velocit\u00e0, parliamo di meno di un milionesimo di millimetro al secondo. Per\u00f2, appunto, disponendo anche del ranging<\/em> il nostro \u00e8 un sistema nuovo. Tra l\u2019altro questo strumento \u2013\u00a0il KaT, che \u00e8 la chiave per lo \u201cspecchio radio\u201d, diciamo cos\u00ec, che sta a bordo, e che in realt\u00e0 \u00e8 un trasponder che riceve e ritrasmette il segnale \u2013 \u00e8 stato costruito qui in Italia da Thales Alenia Space\u00bb.<\/p>\n

Perch\u00e9 \u00e8 cos\u00ec importante ricostruire il campo di gravit\u00e0 di Mercurio?<\/strong><\/p>\n

\u00abLa gran parte degli strumenti vedono quello che succede nelle superfici o nelle atmosfere planetarie. Se noi vogliamo invece andare sotto<\/em> la superficie, vedere attraverso<\/em> la superficie, abbiamo bisogno di forze a lungo raggio. La radiazione elettromagnetica, per esempio, non va bene: si blocca sulla superficie del pianeta, la prima cosa opaca diventa un ostacolo insormontabile. Per vedere che cosa c\u2019\u00e8 dentro<\/em> abbiamo dunque bisogno di forze a lungo raggio, forze che passano attraverso la materia. Una di queste forze \u00e8 certamente la gravit\u00e0. La gravit\u00e0 del pianeta ci dice come sono distribuite le masse internamente \u2013 seppur con una certa ambiguit\u00e0, perch\u00e9 purtroppo la gravit\u00e0 \u00e8 intrinsecamente ambigua. Quindi dalla gravit\u00e0 del corpo non \u00e8 possibile in maniera univoca risalire alla distribuzione delle masse, per\u00f2 con l\u2019aiuto di modelli geofisici questo diventa possibile. L\u2019altra forza importante, che viene dal profondo di un pianeta, \u00e8 quella dei campi magnetici. Queste sono le due sorgenti principali per ottenere informazioni sugli interni planetari. E gli interni planetari contengono la chiave dei processi di formazione di un pianeta: ci dicono se ha un nucleo, se c\u2019\u00e8 un nucleo interno ed esterno, qual \u00e8 la sua densit\u00e0 e cos\u00ec via\u00bb.<\/p>\n

Un po\u2019 come, se Mercurio fosse un corpo umano, riuscissimo a capire che in una certa regione c\u2019\u00e8 una cavit\u00e0 \u2013 e dunque potrebbe essere lo stomaco, mentre poco al di sotto c\u2019\u00e8 una regione densa che potrebbe essere il fegato\u2026<\/strong><\/p>\n

\u00abEsatto, diciamo che si potr\u00e0 vedere se c\u2019\u00e8 un nucleo interno, si potr\u00e0 misurare con maggiore precisione la densit\u00e0, lo spessore della crosta \u2013 questo anche con l\u2019aiuto del laser altimetro, che \u00e8 il nostro strumento gemello, quello con cui lavoreremo maggiormente. Sostanzialmente More \u00e8 uno strumento che, assieme ad altri, ci permetter\u00e0 di effettuare una sorta di tomografia precisa di Mercurio. Ma questa non \u00e8 l\u2019unica cosa che far\u00e0: uno degli obiettivi pi\u00f9 importanti di More riguarda la parte relativistica della gravit\u00e0: consentir\u00e0 di compiere test della teoria di Einstein\u00bb.<\/p>\n

In che modo?<\/strong><\/p>\n

\u00abOsservando come i fotoni dei segnali radio si propagano in prossimit\u00e0 del Sole, che \u00e8 la massa pi\u00f9 grande del Sistema solare, e come Mercurio si muove attorno al Sole. Per esempio misureremo con grande precisione la precessione del perielio di Mercurio, che \u00e8 stato il primo successo sperimentale, se vogliamo, della Relativit\u00e0 generale. Faremo anche un test del principio di equivalenza forte, misureremo appunto la velocit\u00e0 di propagazione dei fotoni in prossimit\u00e0 del Sole, il cosiddetto time delay<\/em>\u2026 Quindi c\u2019\u00e8 tutta una parte relativistica che si far\u00e0 anche nel periodo di crociera, prima che la sonda arrivi a destinazione\u00bb.<\/p>\n

Questo \u00e8 possibile perch\u00e9 anche le onde radio che vi scambiate tra More e le antenne a Terra vengono in qualche modo deflesse dai campi gravitazionali che attraversano?<\/strong><\/p>\n

\u00abS\u00ec, deflesse, ritardate e spostate in frequenza dalla gravit\u00e0 solare. In pi\u00f9, grazie al nostro sistema di ranging<\/em> molto accurato, saremo in grado di seguire il moto di Mercurio attorno al Sole e di misurare con grande precisione tutti gli effetti relativistici connessi. In sostanza More ci permetter\u00e0 di vedere di quanto \u00e8 violato il teorema di Pitagora in prossimit\u00e0 del Sole\u00bb.<\/p>\n

Quanto sia perturbata la piattezza dello spazio\u2026<\/strong><\/p>\n

\u00abS\u00ec, a me piace vederla proprio in questi termini. In uno spazio piatto vale il teorema di Pitagora, e la somma degli angoli interni di un triangolo d\u00e0 180 gradi, ma oggi noi sappiamo che lo spazio non \u00e8 piatto: ci sono delle violazioni a livello di 10-8<\/sup>, una parte su 100 milioni, vicino al Sole e di una parte su 10 miliardi vicino alla Terra. E noi vogliamo misurarle, perch\u00e9 \u00e8 chiaro che la Relativit\u00e0 \u2013 con ogni probabilit\u00e0, \u00e8 quasi certo, ormai lo credono quasi tutti \u2013 non \u00e8 la teoria finale della gravit\u00e0. Questo per la sua incompatibilit\u00e0 con la meccanica quantistica: \u00e8 proprio incompatibile. Ma non sappiamo a quale cifra decimale verr\u00e0 violata. Ora ci sono due missioni, BepiColombo e anche Gaia, la missione astrometrica dell\u2019Esa, che misureranno, per esempio, la deflessione, oppure il ritardo dei segnali radio. E se arrivassimo a ottenere due misure indipendenti<\/em>, effettuate con due metodi completamente diversi<\/em>, che indicano lo stesso livello di violazione, la cosa verrebbe presa in maniera estremamente pi\u00f9 seria\u00bb.<\/p>\n

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Le interviste dello speciale di Media Inaf<\/em> dedicato agli strumenti di BepiColombo:<\/strong><\/p>\n

Guarda su\u00a0MediaInaf Tv<\/em>\u00a0l\u2019intervista a Carmelo Magnifico su Isa e More:<\/strong><\/p>\n