Stardust
(termine
inglese
che significa "polvere di stella") e una
Sonda spaziale
costruita e lanciata dalla
NASA
il 7 febbraio
1999
; durante la missione la sonda ha raccolto dallo
spazio
alcune
molecole
e frammenti provenienti dalla
cometa Wild 2
, grazie ad uno speciale materiale a bassissima
densita
chiamato
aerogel
, e ha anche incontrato la
Cometa
Tempel 1
il 14 febbraio
2011
. La missione e terminata il 24 marzo
2011
, quando la sonda ha esaurito tutto il combustibile.
Questi campioni sono stati quindi inviati a terra per mezzo di una speciale capsula, atterrata il 15 gennaio
2006
e portata nel
Johnson Space Center
. Da qui vennero prelevati alcuni frammenti che sono successivamente stati inviati a laboratori in tutto il mondo (per l'
Italia
se ne e occupata l'
INAF
). Ovviamente, il tutto in una camera il piu possibile asettica.
Sono stati trovati incastrati nell'aerogel circa 10 frammenti di dimensioni dell'ordine dei 100
micrometri
. Si e quindi cominciato il progetto LANDS (Laboratory Analyses of Dust from Space), l'analisi
morfologica
,
chimica
,
mineralogica
e
spettroscopica
dei campioni raccolti.
Dopo il lancio del
1999
, la sonda Stardust viaggio in un'orbita posta oltre a quella terrestre, ma intersecante con essa; il razzo
Delta II
non aveva infatti abbastanza energia per raggiungere la
cometa Wild 2
direttamente. La sonda si riavvicino quindi alla Terra nel gennaio
2001
per compiere una manovra di
fionda gravitazionale
e ampliare l'orbita in modo da raggiungere la cometa.
Durante la seconda orbita, la sonda raggiunse la
cometa Wild 2
il 2 gennaio
2004
ed effettuo un
flyby
. Vennero raccolti campioni dalla coda della cometa e riprese diverse fotografie del
nucleo
ghiacciato. Inoltre la missione completo diversi altri obiettivi, tra cui
flyby
a 3300 km dell'
asteroide
5535 Annefrank
con la ripresa di varie fotografie il 2 novembre
2002
, e l'acquisizione di polvere interstellare. Nei periodi di marzo - maggio
2000
e luglio - dicembre
2002
la sonda venne angolata verso un flusso di polvere che si riteneva proveniente dall'esterno del
sistema solare
e furono raccolti dei campioni.
La capsula con i campioni di materiale torno sulla Terra circa alle 10:10
UTC
il 15 gennaio
2006
nel deserto dello
Utah
. I venti hanno spostato di qualche chilometro la traiettoria, che tuttavia si mantenne entro i parametri previsti. Durante il rientro la capsula viaggio in un percorso quasi piatto ad una velocita di 12.9 km/s, la piu alta mai raggiunta da un artefatto umano durante un rientro. La
NASA
ha affermato che a tale velocita si potrebbe viaggiare da
Salt Lake City
fino a
New York
in meno di sei minuti. Nello
Utah
occidentale e nel
Nevada
orientale fu osservato un
boom sonico
e una grande sfera di fuoco.
La sonda Stardust fu deviata per evitare che rientrasse anch'essa sulla Terra ed in seguito la
NASA
estese la missione (
Stardust NExT
) per il sorvolo ravvicinato della cometa
Tempel 1
(gia obiettivo della missione
Deep Impact
) che avvenne il 14 febbraio
2011
.
[1]
.
Il 24 marzo 2011, esauriti gli obbiettivi del sorvolo di Tempel 1, la sonda fu collocata su un'orbita che non la portera ad incontrare la Terra o
Marte
nei prossimi cento anni, secondo gli standard di sicurezza richiesti dalla NASA, e disattivata.
[2]
[3]
Il
principal investigator
della missione fu Donald Brownlee dell'
University of Washington
.
La sonda incorpora componenti che sono tutti virtualmente impiegati in missioni attualmente operanti nello spazio o qualificati per il volo. Molti componenti sono stati ereditati dalla missione
Cassini-Huygens
, mentre altri vennero sviluppati nella
Small Spacecraft Technologies Initiative
(SSTI).
Essendo una
missione di ritorno di campioni
, Stardust e soggetta alle massime restrizioni per evitare le contaminazioni e classificata al livello 5 di
protezione planetaria
. Tuttavia, il rischio di una contaminazione interplanetaria da parte di una forma di vita aliena e considerata bassa
[4]
: gli impatti di particelle ad una velocita di migliaia di chilometri all'ora - anche nell'aerogel - distruggerebbero qualunque microorganismo conosciuto.
La massa totale del veicolo, incluso il propellente a base di
idrazina
necessario per le manovre, e di 380 kg.
Ad una estremita della sonda era presente la capsula per il ritorno dei campioni contenente il supporto per l'aerogel montato su un braccio che permette di estenderlo. All'estremita opposta era presente lo
scudo
principale e l'interfaccia con il vettore di lancio. I pannelli solari sono fissati ai due lati della sonda. A differenza di molte altre missioni, dopo essere stati spiegati non si orientano verso il
Sole
, perche la sonda richiede poca energia e genera una quantita adeguata di energia durante la lunga rotta. La fase di incontro, quando e necessario orientare il collettore e lo scudo verso la cometa Wild 2 indipendentemente dalla posizione del Sole, e stata relativamente breve. Ogni pannello solare ha il proprio scudo per la polvere. La restante parte della sonda e costituita dalla parabola per le comunicazioni e dagli strumenti scientifici.
Su Stardust e presente il sistema operativo
embedded
VxWorks
, sviluppato dalla
Wind River Systems
, che viene eseguito su un
processore
a 32 bit
RAD6000
. Sono presenti 128
MB
di memoria per i programmi e per i dati.
Le particelle presenti nello spazio interstellare e provenienti dalla cometa sono catturate in un
aerogel
a densita ultra bassa. Per entrambi i tipi di particelle sono presenti piu di 1000 cm³. Il supporto del raccoglitore contiene novanta blocchi di aerogel in una griglia metallica, come per i cubetti di ghiaccio. Il raccoglitore ha le dimensioni di una racchetta da tennis.
Quando la sonda volo vicino alla cometa, la velocita di impatto delle particelle nella
coda
si aggirava attorno a 6100 m/s, piu di nove volte la velocita di un proiettile sparato da un fucile.
Per raccogliere le particelle senza danneggiarle e stato usato un materiale solido a base di
silicio
con una struttura spugnosa e porosa, costituita per il 99.9% del suo volume da vuoto. L'aerogel e 1000 volte meno denso del vetro, un'altra struttura solida basata sul silicio. Quando una particella colpisce l'aerogel, affonda nel materiale, scavando una microgalleria lunga fino a 200 volte la dimensione della particella, rallentando e fermandosi. L'aerogel e trasparente (una proprieta che gli ha valso il soprannome di "fumo solido" o "fumo blu") in modo che gli scienziati possano in seguito rilevare le particelle in base alle tracce lasciate da esse.
L'aerogel e contenuto in una capsula di ritorno, che si e separata dalla sonda e ha effettuato un atterraggio con paracadute sulla terra, mentre la sonda stessa ha acceso i motori per mettersi in orbita attorno al Sole.
L'atterraggio della capsula ha destato non poche preoccupazioni perche il progetto del paracadute era comune a quello usato per la
Sonda Genesis
, la cui capsula si schianto al suolo a causa di un guasto proprio al paracadute. Tuttavia l'atterraggio della capsula della sonda Stardust fu senza incidenti e avvenne nel deserto dello
Utah
.
Vennero scattate circa un milione di fotografie all'aerogel, in modo da riprendere ogni sua piccola porzione. Queste sono state inviate ad un progetto di
calcolo distribuito
chiamato
Stardust@home
per la ricerca delle particelle.
Analizzatore di polveri cometarie e interstellari
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]
Il CIDA (
Comet and Interstellar Dust Analyzer
) e uno
spettrometro di massa
che determina la composizione di ogni granello di polvere che impatta su un particolare piatto di
argento
.
Lo strumento separa le masse degli
ioni
confrontando i tempi di attraversamento degli stessi attraverso lo strumento. Il principio di funzionamento e il seguente: quando una particella di polvere colpisce l'obiettivo dello strumento, gli ioni vengono estratti da esso tramite una griglia elettrostatica. A seconda della carica della griglia possono essere estratti ioni positivi o negativi. Gli ioni estratti si muovono attraverso lo strumento, e sono riflessi da un riflettore e rilevati in un rilevatore. Gli ioni piu pesanti impiegano un tempo maggiore per muoversi attraverso lo strumento rispetto a quelli piu leggeri, quindi i tempi possono essere utilizzati per calcolare la loro massa.
Questo strumento volo a bordo della
Missione Giotto
e in due sonde del
Programma Vega
, ottenendo dati unici sulla composizione chimica delle particelle provenienti dal
coma
della
cometa di Halley
.
Jochen Kissel
del
Max-Planck-Institut fur extraterrestrische Physik
in
Garching bei Munchen
,
Germania
, dove venne sviluppato lo strumento, e il
coinvestigator
.
L'elettronica venne costruita da
von Hoerner & Sulger GmbH
e il software sviluppato dal
Finnish Meteorological Institute
.
[5]
La
Navigation Camera
(NAVCAM) venne usata principalmente per il puntamento del
flyby
, ma forni anche immagini ad alta risoluzione della cometa. In particolare tramite essa la sonda effettuo la sua navigazione durante l'avvicinamento all'obiettivo, mantenendo la giusta distanza in modo da poter raccogliere adeguatamente i campioni. Le immagini ad alta risoluzione riprese nell'avvicinamento, nell'allontanamento e durante la fase intermedia sono state usate per costruire una mappa tridimensionale del nucleo per capire meglio la sua origine, la morfologia, le eventuali non omogeneita mineralogiche del nucleo e lo stato di rotazione. Le immagini sono riprese attraverso diversi filtri, che forniscono informazioni sui
gas
e la loro composizione, oltre che la dinamica delle polveri.
La camera fuoriesce da un "periscopio" costituito da uno specchio piegato rivolto oltre lo scudo, che mantiene il corpo della camera al riparo dal percorso delle particelle di polvere. Un secondo specchio permette alla camera effettuare riprese indipendentemente dall'orientamento della sonda. Il progetto di uno specchio doppio aumenta l'affidabilita del sistema; infatti entrambi gli specchi possono essere usati per la ripresa di immagini e per la navigazione. In questo modo durante l'avvicinamento sono usati per la navigazione e per le immagini, mentre quando la sonda si allontana lo specchio secondario permette alla camera di ruotare indietro, bypassando lo specchio principale. Se la polvere avesse graffiato lo specchio principale, si sarebbero potute scattare immagini chiare usando lo specchio secondario intatto, comunque tale evento non si verifico e la sonda resta in grado di riprendere buone immagini con entrambi gli specchi.
All'inizio della missione le performance della camera furono minacciate dalla contaminazione da parte di sostanze volatili provenienti dalla sonda che fuoriuscirono e si ridepositarono parzialmente sulla camera, producendo immagini offuscate. Anche se questo inconveniente non avrebbe compromesso l'obiettivo scientifico primario (ovvero la raccolta di campioni con l'aerogel), avrebbe ridotto i risultati scientifici. Per risolvere il problema vennero sovraccaricati dei riscaldatori elettrici utilizzati per mantenere la camera ad una temperatura accettabile. Un problema simile avvenne sulla missione
Cassini-Huygens
.
Lo scudo e progettato per proteggere il veicolo durante il viaggio verso la cometa ed e costituito da tre sezioni, due per proteggere i pannelli solari e il restante per difendere la struttura principale della sonda. Il primo strato e costituito da pannelli in materiale composito
E stato progettato per difendere da particelle di dimensioni fino ad un centimetro di diametro.
Questo strumento e montato di fronte allo scudo e controlla il flusso e la distribuzione delle particelle. E stato sviluppato sotto la direzione di
Tony Tuzzalino
dell'
University di Chicago
e permette di rilevare particelle di dimensioni pari a pochi micrometri. Una plastica molto polarizzata genera impulsi elettrici quando viene colpita o penetrata da piccole particelle ad alta velocita.
I campioni furono trasportati dallo Utah fino alla
Ellington Air Force Base
a
Houston
e in seguito al
Johnson Space Center
. Il contenitore venne portato in una
camera pulita
che ha un "fattore di pulizia 100 volte superiori a quello presente in una
sala operatoria
di un ospedale", in modo da evitare la contaminazione dei campioni
[6]
.
Il centro spaziale Johnson e anche la dimora della maggior parte dei campioni di roccia lunare portati a terra dalle missioni del
programma Apollo
.
La
NASA
ha effettuato una stima preliminare di un milione di microscopiche particelle di polvere intrappolate nell'aerogel. Sono presenti 10 particelle di 100 micrometri e la piu grande misura 1 millimetro. I campioni sono analizzati da 150 scienziati in tutto il mondo.
Si stima che siano presenti 45 impatti di polvere interstellare nel collettore presente sull'altro lato del raccoglitore per le particelle della cometa. La ricerca di questi campioni e stata affidata ad un gruppo di volontari tramite il progetto
Stardust@home
.
Alla conferenza stampa il 13 marzo
2006
, gli scienziati della
NASA
riferirono
[7]
di aver trovato minerali che si formarono ad alte temperature, tra cui l'
olivina
,
diopside
,
forsterite
(che in forma di gemma e chiamato
peridoto
) e
anortite
. Questi risultati sono consistenti con precedenti osservazioni astronomiche di stelle giovani e la polvere di olivina e comunemente presente dove si pensa che avvenga la formazione delle comete. Inoltre sono risultati consistenti con la rilevazione spettrale dell'olivina nelle code di altre comete.
Estensione della missione: studio di Tempel 1
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Il 19 marzo
2006
, i ricercatori che controllavano la missione annunciarono che si stava considerando la possibilita di dirigere la sonda verso la cometa
Tempel 1
, che era stata impattata durante la missione
Deep Impact
nel
2005
. Questa possibilita era particolarmente interessante perche la sonda Deep Impact non riusci a catturare una buona immagine del cratere formato sulla cometa, a causa della polvere sollevata.
[1]
Il 3 luglio
2007
fu approvata questa estensione della missione con la denominazione:
New Exploration of Tempel 1
(NExT) - Nuova esplorazione della Tempel 1. Questa indagine permise, grazie ai confronto fra i dati raccolti dalle due sonde, di studiare i cambiamenti verificatisi sul nucleo cometario a seguito del passaggio ravvicinato al Sole, estendendo allo stesso tempo la mappatura del nucleo cometario. In questo modo ha contribuito a rispondere ad alcune questioni sulla "geologia" dei nuclei cometari rimaste irrisolte dai precedenti incontri quale, ad esempio, se gli scorrimenti superficiali precedentemente fotografati avvengono in modo simile ad una polvere in movimento o piuttosto ad un liquido.
Il
fly-by
della cometa Tempel 1 e avvenuto il 14 febbraio
2011
, alla distanza minima dalla cometa di 181 km.
[8]
Successivamente all'invio a Terra dei dati scientifici rilevati durante il fly-by la sonda e stata configurata per acquisire ulteriori immagini durante la fase di allontanamento fintanto che sara possibile ottenere informazioni scientificamente utili.
[9]
La sonda e stata decommissionata il 24 marzo
2011
, attraverso un ultimo esperimento. Si e proceduto a svuotarne i serbatoi per valutare l'affidabilita dei modelli utilizzati per le stime del propellente, misurando direttamente quello ancora presente a bordo.
[2]
La sonda e collocata su un'orbita che non la portera ad incontrare la Terra o
Marte
nei prossimi cento anni, secondo gli standard di sicurezza richiesti dalla NASA.
[3]
- ^
a
b
Craig Covault,
A Tale of Two Comets - NASA's Stardust Samples Amaze Researchers, as Mothership is Eyed for Recon at Deep Impact Site
, Spaceref.com, 19 marzo 2006.
- ^
a
b
(
EN
)
NASA's Venerable Comet Hunter Wraps up Mission
, su
nasa.gov
, NASA, 24 marzo 2011.
URL consultato il 25 marzo 2011
.
- ^
a
b
(
EN
)
NASA's Stardust: Good to the Last Drop
, su
jpl.nasa.gov
, JPL, NASA, 23 marzo 2011.
URL consultato il 25 marzo 2011
(archiviato dall'
url originale
il 25 marzo 2011)
.
- ^
Stardust | JPL | NASA
.
- ^
Kissel J., Krueger F. R., Silen J., Clark B. C.,
The Cometary and Interstellar Dust Analyzer at Comet 81P/Wild 2
, in
Science
, vol. 304, 2004, pp. 1774-1776,
DOI
:
10.1126/science.1098836
.
- ^
Carreau, Mark
Stardust's Cargo Comes to Houston under Veil of Secrecy
Houston Chronicle, January 17, 2006.
- ^
NASA - Stardust
.
- ^
Stardust-NExT: Stardust Spacecraft Completes Fly-by
Archiviato
il 18 febbraio 2011 in
Internet Archive
..
- ^
(
EN
)
Mission Status 2011
, su
stardustnext.jpl.nasa.gov
.
URL consultato il 10 marzo 2011
(archiviato dall'
url originale
il 21 marzo 2011)
.