Poster sulla missione BepiColombo

L’esperimento di radio scienza
della missione spaziale BepiColombo
Sara Di Ruzza - Celestial Mechanics Group
[email protected]
Dipartimento di Matematica, Università di Pisa
La missione BepiColombo
BepiColombo è una missione spaziale interplanetaria che arriverà a Mercurio. La missione è frutto di una collaborazione tra l’ESA (l’Agenzia Spaziale
Europea) e la JAXA (l’Agenzia Spaziale Giapponese); essa è composta da due satelliti distinti: i due satelliti verranno lanciati insieme (probabilmente
nel 2016) e solo dopo essere arrivati a Mercurio, nel 2023, si separeranno; entrambi orbiteranno intorno a Mercurio, ma su orbite molto differenti in
modo da poter studiare diversi aspetti del pianeta.
Le orbite di BepiColombo
Una rappresentazione delle due sonde MPO e
MMO in orbita intorno a Mercurio.
L’ESA è responsabile del satellite chiamato MPO (Mercury Planetary Orbiter) il quale ha diversi obiettivi,
tra cui lo studio della superficie e della struttura interna di Mercurio, del suo campo di gravità, della sua
rotazione; inoltre attraverso questa sonda spaziale sarà possibile effettuare test sulla relatività generale.
La JAXA si occupa del satellite MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), il cui obiettivo è quello di studiare
la magnetosfera di Mercurio.
Nella figura a lato si possono osservare le orbite delle due sonde. Quella più interna è l’MPO, quella più
esterna è l’MMO. Sono due orbite complanari e polari, cioè il piano delle due orbite passa per i poli di
Mercurio. Inoltre, sono due orbite eccentriche, cioè sono delle ellissi abbastanza schiacciate; il pericentro
(il punto più vicino a Mercurio) dell’MPO è a circa 400 km di altezza e l’apocentro (il punto più lontano a
Mercurio) è a circa 1500 km; il pericentro dell’MMO è anch’esso a 400 km di altezza, mentre l’apocentro è
a circa 11.800 km. L’MPO impiega circa 2 ore per compiere un giro intorno a Mercurio, mentre l’MMO ne
impiega circa 9.
L’esperimento MORE
Attraverso la sonda MPO verrà effettuato un importante esperimento di radio scienza chiamato MORE, Mercury Orbiter Radioscience Experiment. Questo esperimento è costituito da tre parti, una
riguardante la gravità, una la rotazione e una la relatività. Questi tre studi sembrano apparentemente
distinti ma in realtà i risultati sono fortemente dipendenti gli uni dagli altri. MORE permetterà di
determinare con grande accuratezza il campo gravitazionale di Mercurio, la sua struttura interna e
la dimensione del nucleo; permetterà anche di avere nuove informazioni sulla sua rotazione, cioè
sull’obliquità dell’asse di rotazione e sulla sua rotazione intorno al sole, informazioni già note ma
ancora non accurate. Inoltre, quando la sonda passerà dietro al sole (cioè quando il sole sarà in mezzo tra la sonda e la Terra) sarà possibile effettuare delle misurazioni per confermare la teoria della
relatività generale.
Una rappresentazione artistica di BepiColombo
e Mercurio.
La risonanza spin-orbita
La rotazione di Mercurio intorno al sole è caratterizzata da una particolare risonanza. Spieghiamo
nel dettaglio cosa vuol dire. Consideriamo il moto di rivoluzione di Mercurio intorno al sole e il
moto di rotazione intorno al proprio asse. Il sole e Mercurio sono in risonanza spin-orbita 3:2, ovvero il rapporto tra i due periodi è 3/2. Questo vuol dire che in buona approssimazione il tempo in
cui Mercurio compie due rivoluzioni intorno al sole, è uguale al tempo in cui Mercurio compie tre
rotazioni intorno al proprio asse. Questa scoperta, del 1966, risale ad un importante matematico e
meccanico celeste italiano, Giuseppe Colombo detto Bepi, da cui ovviamente la missione prende
il nome. Questa risonanza ha delle piccole oscillazioni chiamate librazioni. Attraverso l’esperimento MORE verranno effettuate misurazioni molto accurate per capire la natura e l’ampiezza di
queste oscillazioni.
La risonanza 3:2 tra Mercurio e il sole.
L’Università di Pisa e l’esperimento MORE
L’Università di Pisa ha un contratto con l’ASI (l’Agenzia Spaziale Italiana) per lavorare all’esperimento MORE. Il gruppo di Meccanica Celeste
del Dipartimento di Matematica ha il compito di scrivere un codice di determinazione orbitale che analizzerà i dati che arriveranno dalla sonda in
orbita intorno a Mercurio. Un’antenna a Terra seguirà costantemente (almeno quando è possibile) la sonda in orbita inviando dei segnali al satellite e
ricevendo una risposta da un’antenna posta sul satellite stesso. Questi segnali ci danno informazioni (accuratissime) sulla distanza e sulla velocità del
satellite; questi dati, inseriti nel codice di determinazione orbitale, permetteranno di determinare i parametri che descrivono i modelli di cui abbiamo
parlato sopra, così da dare risposte a tanti quesiti ancora aperti.
Contatti
• Il sito web della missione BepiColombo - bepicolombo.esa.int/
• Il sito web del Celestial Mechanics Group - http://adams.dm.unipi.it/