MISSIONI SPAZIALI: Sole



I PioneerYohkohSpartan 201-5Ulteriori missioni
SkylabUlyssesGenesisMissioni future
Solar Maximum MissionSOHOSolar B


I Pioneer
I Pioneer 6-9 Dall'11 marzo all'8 novembre 1968 sono stati inviati verso il Sole 5 Pioneer, dal 5 al 9 compresi, col compito di monitorare il vento solare, il campo magnetico solare e i raggi cosmici solari. Tutti furono inseriti in un'orbita circolare attorno al Sole, a una distanza variabile tra 0.8 e 1.1 anni luce.
Il Pioneer 5 fallì l'ingresso in orbita a causa di un errore in fase di lancio, per cui venne dichiarato perso.
Originariamente i Pioneer erano stati progettati per lavorare per circa 6 mesi, ma hanno superato le più, rosee aspettative:

SkyLab
La stazione spaziale americana fu lanciata il 14 maggio del 1973 col vettore Saturn 5 (il vettore che portò gli astronauti sulla Luna) da Cape Canaveral. La stazione venne ricavata dal terzo stadio del razzo, adattandolo ad ospitare un equipaggio di tre astronauti per alcune settimane. Conteneva l'Apollo Telescope Mount, un modulo lunare convertito per osservazioni astronomiche che doveva studiare il Sole e fotografare eventuali pianetini e/o altri corpi interni all'orbita di Mercurio.
Lo Skylab
Furono eseguiti 270 esperimenti e raccolte 182 mila foto, grazie alle quali le conoscenze della nostra stella furono raddoppiate.
La vita della stazione finì nel luglio del 1979, quando rientrò incontrollata nell'atmosfera, disintegrandosi e spargendo i suoi detriti in mare e sull'Australia.

Solar Maximum Mission (USA Solar Probe)
il Solar maximum La Solar Maximum venne costruita dalla NASA per fare osservazioni sull'attività solare atmosferica, in particolare sui flares solari (i brillamenti), durante un periodo di massima attività solare. Venne lanciata il 14 febbraio 1980, durante un periodo di massima attività solare, e si posizionò in un'orbita circolare attorno alla Terra, ad una distanza variabile tra i 512 km e i 508 km dalla superficie. A causa di un problema tecnico, iniziò a raccogliere dati solo nel 1984, quando il 9 aprile venne riparata da una missione Shuttle, che sostituì anche il corono-polarimetro danneggiato.
Continuò a raccogliere dati fino al 24 novembre 1989; successivamente, il 2 dicembre 1989, la sonda è bruciata rientrando nell'atmosfera terrestre.
Durante la sua missione ha osservato più di 12000 flares e oltre 1200 emissioni coronali, ha misurato l'ammontare totale della radiazione solare emessa, l'energia "immagazzinata" e poi rilasciata durante i brillamenti.

Yohkoh (Solar A- Japan/USA/England Solar Probe)
La Yohkoh era una missione congiunta giapponese-americana-inglese; partita il 30 agosto 1991 si è posizionata in orbita terrestre e ha studiato la radiazione ad alta energia proveniente dai flares solari (neutroni energetici e raggi X molli e duri) così come le condizioni pre-flare della corona.
Per effettuare tali studi a bordo della sonda erano presenti 4 strumenti: l'SXT (Soft X-ray Telescope), l'HXT (Hard X-ray Telescope), BCS (Bragg Crystal Spectrometer) e il WBS (Wide Band Spectrometer).
Disegno che rappresenta la sonda
Il 14 dicembre 2001 la missione è stata dichiarata conclusa, infatti durante l'eclissi di Sole la sonda ha perso il puntamento verso l'astro, si sono scaricate le batterie e a causa dei malfunzionamenti che si sono prodotti i tecnici non sono più riusciti a puntarlo sul Sole.

Ulysses (USA & Europe Solar Flyby)
la partenza del Discovery Formalmente chiamato "International Solar-Polar Mission (ISPM)", è una missione congiunta ESA-NASA; venne lanciato dallo Space Shuttle Discovery il 6 ottobre 1990 con due stadi vettori supplementari e raggiunse Giove l'8 febbraio 1992, dove una manovra di gravity assist lo ha posto in un'orbita solare polare, dalla quale per la prima volta, ha esplorato l'eliosfera ad alte latitudini, lontano dal piano dell'eclittica.
La sonda è alimentata da un generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG), che "converte" il calore liberato dal decadimento del radioisotopo plutonio 238 in energia elettrica, grazie all'effetto Seebeck.
Ulysses fuori dallo Shuttle con ancora i due stadi vettori
Al progetto partecipa anche l'Italia, a cui è stato affidato lo studio dei raggi γ.
Gli obiettivi scientifici della missione sono: lo studio dei poli del Sole, e dello spazio interstellare al di sopra e al di sotto di essi, lo studio delle proprietà della corona solare ad alte latitudini, del vento solare, del campo magnetico eliosferico in funzione della latitudine, dei raggi cosmici galattici e delle onde di plasma.
I dati vengono acquisiti dalla sonda 24 ore su 24.
Il 29 settembre 1995, col suo primo passaggio al polo Nord magnetico e dopo aver sorvolato il 5 novembre 1994 il polo Sud, la missione si poteva dichiarare conclusa, in quanto si pensava che la sonda avrebbe potuto funzionare solo 2 anni; invece è stata prolungata.
Grazie al campo gravitazionale del Sole la sonda ha raggiunto nuovamente Giove, di cui ha studiato la magnetosfera, e sfruttando nuovamente l'effetto fionda è tornato a sorvolare il polo magnetico Sud solare (16 gennaio 2001), iniziando formalmente la seconda missione che si è conclusa il 10 dicembre 2001 col secondo passaggio sul polo magnetico Nord solare.
traiettoria della missione Ulysses
La sonda Ulysses A causa degli inaspettati risultati ottenuti, soprattutto relativamente al polo magnetico sud, è stata programmata una terza missione, con le stesse modalità delle due precedenti: sorvolerà il 3 aprile 2007 per la terza volta il polo Sud magnetico e il 15 marzo 2008 effettuerà il terzo passaggio sul polo Nord magnetico, concludendo la missione.
Tutti i sorvoli effettuati dalla sonda sul Sole servono per studiare il ciclo undecennale dell'attività solare e il ciclo magnetico solare, che è di "lunghezza" doppia; infatti il primo passaggio effettuato sui due poli è avvenuto durante la fase di minimo undecennalenale, mentre il secondo vicino al massimo dei due cicli; il terzo passaggio sui poli solari sarà molto importante, in quanto avverrà in fase di minimo undecennale, come nel primo passaggio.
Sarà importante il confronto fra i dati ottenuti dal primo e dal terzo passaggio, perchè col recente massimo solare ci si aspetta che la polarità magnetica si sia invertita.
Durante la seconda missione, l'1 maggio 1996, la sonda ha inaspettatamente attraversato lo sciame di ioni della cometa Hyakutake, determinandone la dimensione della coda: 3.8 UA.
Tra la fine del 2003 e l'inizio del 2004 la Ulysses è arrivata all'afelio e da qui ha eseguito ulteriori osservazioni di Giove.
Da tutti i dati ottenuti da Ulysses su Giove sono stati scoperti che i suoi movimenti di espansione e di contrazione(fino ad 8 milioni di km di differenza) sono influenzati dall'energia, dall'intensità del vento solare, ma anche dalle masse di gas ionizzato emesse dal satellite Io; inoltre le fascie di tipo Van Allen che circondano Giove presentano una interruzione tra 34o e 47o di latitudine Nord.
A Ulysses spetta un primato: è l'oggetto più veloce costruito dall'uomo, avendo toccato 453000 Km/h: in un'ora e 40 minuti potrebbe andare e tornare dalla Luna!

SOHO (Solar and Heliosferic Observatory -Europe Solar Probe)
La sonda Soho è stata lanciata il 12 dicembre 1995 con un razzo Atlas 2 da Cape Canaveral. È stata progettata per studiare la struttura interna del Sole, la sua atmosfera, per osservare i processi fisici che formano e riscaldano la corona solare, l'origine del vento solare e il gas altamente ionizzato che si diffonde nel sistema solare. La sonda fa parte del "International Solar-Terrestrial Physics Program (ISTP)".
È costituita da due moduli: il modulo di servizio, Service Module, che fornisce la potenza per le manovre e gestisce il controllo termico della sonda, il Payload Module che contiene tutti gli strumenti scientifici.
poster di SOHO e filmato
il satellite SOHO La sonda, realizzata dalla NASA e dall'ESA, ci sta permettendo di capire la struttura interna della fotosfera e le interazioni fra il Sole e l'ambiente terrestre, grazie anche alla sua strategica posizione nel punto lagrangiano L1, a 1.5 milioni di km da noi, ciò le consente un'osservazione continua del Sole, al contrario delle sonde precedenti, le cui osservazioni venivano periodicamente interrotte quando si trovavano nel cono d'ombra della Terra.
Inizialmente la sonda avrebbe dovuto smettere di raccogliere dati dopo due anni, ma come sperato, la sonda sta ancora raccogliendo informazioni e dovrebbe continuare a farlo fino alla fine del 2007 quando terminerà il combustibile a bordo.
SOHO è dotato complessivamente di 12 strumenti che, pur funzionando indipendentemente l'uno dall'altro, spesso effettuano osservazioni congiunte.
I cinque strumenti principali per osservare l'atmosfera e la corona solare sono:
  • EIT: Telescopio per immagini nell'estremo ultravioletto, esplora quotidianamente tutto il disco solare a quattro differenti lunghezze d'onda per osservare gli strati atmosferici a diverse temperature, da 80.000 a 2.000.000 K.
  • CDS: Spettrometro diagnostico coronale e SUMER: Misuratore delle emissioni ultraviolette solari, entrambi esplorano piccole aree del Sole determinando l'intensità in un ampio intervallo di lunghezze d'onda. CDS è stata utilizzata principalmente per dedurre temperatura e densità dei gas, SUMER per misurare le velocità di flusso dei gas, e per scoprire emissioni ultraviolette fino ad ora sconosciute.
  • UVCS: Spettrometro e coronografo ultravioletto, copre il disco solare per osservare e analizzare emissioni ultraviolette dalla corona, da 350.000 a 14.000.000 km sopra la superficie visibile e misura l'energia degli atomi che lasciano il Sole nel vento solare.
  • LASCO: Coronografo grandangolare e spettrometrico, osserva la luce visibile e la corona attraverso tre telescopi in grado di coprire tutto il disco solare nel range da 140.000 a 20.000.000 Km al di sopra della fotosfera. Le enormi espulsioni forniscono le immagini più spettacolari.
immagini di eruzioni di plasma nel Sole fotografate da SOHO
Un altro strumento, MDI, osserva la superficie visibile del Sole e aiuta gli scienziati ad interpretare gli eventi atmosferici.

Spartan 201-5 (Ultraviolet Coronal Spectrometer - UVCS)
lo Spartan appena uscito dallo Shuttle È un piccolo satellite che permette osservazioni dell'alta atmosfera e della corona solare sia nell'ultravioletto che nel visibile, studiando anche la loro interazione col vento solare. Lo Spartan è già stato lanciato 4 volte: nell'aprile 1993 lo Spartan 201-1, nel settembre 1994 lo Spartan 201-2, il 7 settembre 1995 lo Spartan 201-3 e il 21 novembre 1997 lo Spartan 201-4. Ogni volta lo Shuttle (Discovery, Endeavour, Columbia) all'interno del quale viaggiava lo ha liberato nello spazio e dopo le osservazioni effettuate lo ha riportato a Terra; la prima e la terza missione hanno coinciso col passaggio di Ulysses su uno dei poli solari.
Nella quinta missione, partita il 29 ottobre 1998, lo Spartan, dopo essere stato sganciato dallo Shuttle Discovery; ha effettuato le prime osservazioni il 1 novembre 1998. Parte delle immagini in luce bianca, raccolte durante i tre giorni di missione, sono state inviate direttamente a terra, ma la maggior parte di queste e tutte quelle prese nell'ultravioletto, sono state riportate a terra dallo Shuttle, dopo aver riagganciato lo Spartan .
Oltre a raccogliere immagini lo Spartan è in grado di misurare nell'ultravioletto anche l'emissione dell'idrogeno neutro e dei relativi ioni presenti nella corona, per determinare la velocità del plasma coronarico all'interno delle regioni sorgenti del vento solare.
lo Spartan sganciato dal braccio dello Shuttle
Uno dei tanti risultati scientifici già ottenuti con i dati raccolti dallo Spartan è l'analisi delle righe dell'idrogeno neutro ed in particolare della Lyman a osservata durante le prime tre missioni, la quale ha mostrato che ci sono grosse differenze da regione a regione e ad altezze diverse all'interno della corona solare.

Genesis
La Genesis Era un progetto del Jet Propulsion Laboratory facente parte delle missioni Discovery; è stata lanciata l'8 agosto 2001 su un razzo Delta II dal Kennedy Space Center in Florida e per due anni, orbitando attorno al punto lagrangiano L1, ha misurato le abbondanze degli elementi e degli isotopi solari, ma soprattutto ha raccolto campioni di particelle presenti nel vento solare. Tali particelle sono state poi riportate a Terra e il loro studio dovrebbero arricchire le nostre conoscenze relativamente alla nascita del Sistema Solare e all'evoluzione dei pianeti e dei Corpi Minori.
Le particelle di vento solare sono state stivate in un "fumo" chimico che si trova su dei "wafers" esagonali sottilissimi, delle dimensioni di un palmo, di silicone, oro, zaffiro e diamante purissimi (ogni materiale attira tipi diversi di particelle solari); tali wafer sono assemblati in 5 collettori di circolari, ognuno con una superficie di raccolta di circa 3500 cm2, tutti contenuti in una capsula protettiva, la SRC (Sample Return Capsule).
La raccolta delle particelle avveniva grazie ad un concentratore, cioè uno specchio elettrostatico di 28 cm2, che ha permesso di "concentrare" le particelle nel fuoco, posto all'interno del "fumo" chimico di ogni collettore.
Uno dei collettori, con gli esagoni di oro, diamante, zaffiro e silicio.
Immagine e filmato di come avrebbe dovuto svolgersi il rientro della sonda Dopo 30 giorni dalla partenza l'SRC è stata aperta e la raccolta delle particella è iniziata il 3 dicembre 2001 con l'uso di 2 dei 5 collettori presenti. Gli altri 3 collettori sono stati aperti solo in momenti particolari dell'attività solare: emissione gassosa dalla corona solare, presenza di un alto numero di macchie solari.
All'inizio dell'aprile 2004 la SRC è stata chiusa ed è iniziata la fase di rientro della sonda. Dopo 5 mesi di viaggio l'SRC è stato espulso dalla sonda per entrare, poche ore dopo, nella nostra atmosfera con i preziozi campioni (tra 10 e 20 microgrammi), mentre la sonda è stata diretta verso il Sole.
Una volta entrata nell'atmosfera sopra al deserto dello stato americano dell'Utah, l'SRC avrebbe dovuto aprire un grande paracadute, che avrebbe permesso a uno dei due elicotteri presenti sul posto di "catturarlo" (grazie ai piloti dell'U.S. Air Force esperti in recuperi in volo). A circa 30.5 km dal suolo l'elicottero avrebbe dovuto lasciare la capsula che avrebbe aperto un altro paracadute, che avrebbe permesso all'SRC di atterrare dolcemente sulla sabbia del deserto.
Purtroppo l'8 settembre 2004 il grande paracadute non si è aperto correttamente (sembra che le corde si siano attorcigliate), quindi l'elicottero non è riuscito ad aggangiare l'SRC, che è precipitata al suolo ad una velocità di 311 km/h. La capsula si è "infossata"per circa il 50% nella sabbia del deserto. Fin dal primo momento si è visto che i danni erano limitati, per cui si è provveduto a trasportare la capsula in una stanza sottovuoto, appositamente costruita al Johnson Space Center di Huston; dopo un mese si è saputo che gli scienziati sono riusciti a recuperare intatti alcuni wafer. Immagini e filmato di come e` avvenuto il rientro della sonda

Solar B
È una missione congiunta Giappone-USA-Inghilterra, è il successore del Solar A; è stata lanciata il 22 settembre 2006 e si è collocata attorno alla Terra, in posizione sincrona col Sole, per poter studiare quest'ultimo 24 ore su 24, per una durata di 9 mesi terrestri; inoltre la sonda non ha alcuna forma di propulsione e per spostarsi usa il vento solare. L'ISAS giapponese ha fornito il vettore di lancio, l'MV, e la maggor parte delle componenti degli strumenti scientifici, il resto è stato fornito dalla NASA.
Disegno che riproduce la sonda Grazie ai suoi telescopi ottico (SOT= Solar Optical Telescope) e X (XRT= X-Ray Telescope) ad alta risoluzione la sonda studierà l'interazione tra il campo magnetico solare e la corona solare, per cercare di spiegare i meccanismi che portano alla variabilità del campo magnetico (compreso la sua distruzione e creazione ciclica), della luminosità e delle emissioni solari (vento solare, radiazione anche UV e X, eruzioni di materia). Tali variazioni sono importanti, in quanto responsabili delle variazioni climatiche terrestri: il riscaldamento globale e le "piccole ere glaciali" (ad esempio la piccola era glaciale del XVII secolo è stata causata probabilmente da una anomalo calo nella luminosità solare collegato all'assenza di macchie).
Lo spettrometro, l'EIS (Imaging Spectrometer), è sotto la responsabilità inglese e si occuperà dello studio della zona fra la fotosfera e la corona solare.
Tale sonda dovrebbe anche contribuire a scoprire le origini del Sole e come vengono create le forze che guidano le particelle del vento solare nello spazio.

Ulteriori missioni
Citiamo inoltre le missioni Explorer 49 (USA Solar Probe), lanciata il 10 giugno 1973, che studiò la fisica solare da un'orbita lunare; Helios 1 e 2 (USA & West German Solar Probe), lanciati il 10 dicembre 1974 e il 16 gennaio 1976, che hanno orbitato attorno al Sole ad una distanza di 47 milioni di km il primo e 43 milioni di km il secondo.
L'Helios 1 ha smesso di trasmettere informazioni nel 1975.

Future missioni

Solar Probe
E' una missione NASA e dovrebbe partire nell'agosto 2012 con un vettore Atlas 551 e grazie ad una traiettoria di "Jupiter gravity assist" posizionarsi in un'orbita polare solare, ad una distanza fissa di circa 4 raggi solari. Su questa orbita dovrebbe riuscire a sorvolare per due volte i poli magnetici solari in tempi diversi del ciclo solare. I suoi obiettivi scientifici sono molteplici: determinare i processi di accelerazione relativi al vento solare "lento" e "veloce", durante le fasi di attività solare minima e massima, determinare i processi che lo accellerano fino ad una velocità supersonica, trovare la sorgente di energia che scalda la corona e seguirne il flusso. il Solar Probe
la missione del Solar Probe Dovrà inoltre identificare le zone e i meccanismi di produzione di particelle energetiche, determinare il ruolo delle turbolenze del plasma nella produzione del vento solare e delle particelle energetiche, che tanto influenzano i nostri sistemi di comunicazione. Studierà anche la struttura del campo magnetico polare e le sue relazioni con la corona e, grazie ai dati raccolti, dovrebbe permettere di costruire una mappa tridimensionale della densità da polo a polo. Dovrebbe prendere anche delle immagini ad alta risoluzione dell'atmosfera solare e della superficie delle zone polari.

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Le immagini e parte delle informazioni presenti in questo file sono reperibili nei seguenti siti Internet:

nssdc.gsfc.nasa.gov
spaceprojects.arc.nasa.gov
sohowww.nascom.nasa.gov
ulysses-ops.jpl.esa.int
ulysses.jpl.nasa.gov
cfa/www.harvard.edu/cfa/spartan
discovery.jpl.nasa.gov
science.nasa.gov
sci.esa.int/Soho.html
genesismission.jpl.nasa.gov
www.jpl.nasa.gov/genesis
www.jpl.nasa.gov/ice_fire
solarprobe.gsfc.nasa.gov

Siti in cui è possibile avere una cronologia delle missioni spaziali in tutto il sistema solare:

www.solarviews.com/eng/craft1.htm
www.planetscapes.com/solar/eng/craft2.htm
nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/chrono3.html

Aggiornato al 20/10/06



© Loretta Solmi, 2011