L’impatto di Philae svela caratteristiche inaspettate della cometa 67P / Churyumov – Gerasimenko

Gli esseri umani hanno potuto esplorare direttamente un unico corpo celeste, la Luna. Lander e sonde automatiche ci hanno consentito di esplorare indirettamente altre superfici planetarie, Marte, Venere, Titano e una manciata di asteroidi e comete. L’esplorazione è tuttavia incompleta, soprattutto per quanto riguarda le comete e tutti quegli oggetti che posti nel Sistema Solare esterno che in qualche sporadico caso si avvicinano alla nostra stella e i cui progenitori hanno contribuito a fornire la Terra dei suoi composti organici e dei gas.
Su Nature è comparso uno studio elaborato da O’Rourke ed altri. dove gli autori presentano una ricostruzione dettagliata di quanto accaduto il 12 novembre 2014 dopo che la sonda Rosetta ha sganciato il lander Philae sulla superficie della cometa 67P / Churyumov – Gerasimenko. Philae fallendo l’atterraggio. Questa disavventura ha fornito un’opportunità unica per studiare i massi ghiacciati della cometa.
La maggior parte dei pianeti e delle lune più grandi hanno un campo gravitazionale abbastanza intenso che ci consente di fare progressi nella comprensione della loro geologia. I corpi minori come gli asteroidi, le comete e le lune più piccole fanno parte di una classe di oggetti a parte.
Questi oggetti, come ad esempio gli asteroidi di poche centinaia di metri di diametro sembrano essere semplici cumuli di macerie tenuti insieme da una debole gravità. I movimenti del suolo di poche decine di centimetri al secondo, causati da impatti o dallo scavo di un lander, ad esempio, proietteranno rocce superficiali in orbite di fuga. La nostra mancanza di conoscenza predittiva su questa geologia aliena rende i corpi minori molto pericolosi per i lander.
Le missioni progettate per riportare sul nostro pianeta dei campioni di materiale prelevato da un corpo extraterrestre sono state effettuate con successo su piccoli asteroidi. Queste missioni hanno fatto uso di lunghi bracci in brevi procedure “touch-and-go” per ridurre al minimo le interazioni incerte e potenzialmente pericolose tra il veicolo spaziale e la superficie. Questo approccio è stato utilizzato dalle missioni Hayabusa della Japan Aerospace Exploration Agency da 3 a due piccoli asteroidi nel 2005 e nel 2019, e più recentemente dalla missione OSIRIS-REx della NASA , che è stata lanciata per campionare l’asteroide Bennu il 20 ottobre 2020
Le comete sono obiettivi più complessi. Sono corpi ricchi di polvere cementati insieme da composti volatili congelati (principalmente acqua e anidride carbonica). La maggior parte dei corpi cometari risiede ben oltre Nettuno, dove si trovano al gelo da prima che i pianeti finissero di formarsi. Ogni tanto una cometa viene catapultata nel Sistema Solare interno e può essere studiata ed esplorata allo stesso modo degli asteroidi.
Quando le comete si avvicinano al Sole i loro ghiacci sublimano formando depositi noti come ritardi e producendo residui irradianti. Hanno una topografia tra le più irregolari del Sistema Solare e sono soggetti a imprevedibili esplosioni di materiale. L’acquisizione di campioni dalla superficie di una cometa rimane una priorità assoluta per gli scienziati alla ricerca di firme dell’origine dell’acqua planetaria e di sostanze chimiche prebiotiche come amminoacidi e fosforo. Tali campioni aiuterebbero anche a limitare i modelli fisici e la cronologia della formazione del pianeta e la sua relazione con le stelle.
Fino ad oggi le missioni che hanno riportato campioni a terra hanno visitato asteroidi vicini alla Terra che possono essere raggiunti con un dispendio minimo di energia. Raggiungere una cometa è molto più complicato. La missione Rosetta ha richiesto ben 4 fionde gravitazionali per essere accelerata fino a raggiungere la cometa 67P. Una missione progettata per riportare i campioni a terra dovrebbe compiere anche il viaggio di ritorno, e una missione del genere non è stata mai tentata. Il campionamento è ulteriormente complicato dal fatto che il materiale cometario incontaminato preservato dal sistema solare primitivo è sepolto sotto una scorza di accumulo di materiale alterato e ricristallizzato, prodotto quando la cometa viene scaldata dal Sole.
L’obiettivo del lander Philae era quello di atterrare, analizzare la superficie, condurre esperimenti di varia natura e inviare i dati al controllo missione a terra. Purtroppo durante l’atterraggio il sistema ad arpione e il propulsore che avrebbero dovuto ancorare saldamente la sonda alla superficie non hanno funzionato. La sonda ha toccato la superficie per poi rimbalzare lasciando un cratere. Dopo aver compiuto un lungo arco Philae ha colpito un crinale ed è atterrata brevemente per finire in una grotta. Due giorni dopo ha esaurito l’energia.
Philae, nonostante l’incidente ha conseguito notevoli obiettivi scientifici, inclusa la prima trasmissione radar attraverso un nucleo cometario . Ha anche tentato un esperimento di perforazione, che, se le letture sono corrette, indica che la superficie è dura come una debole arenaria. La cometa 67P sembra poter sopportare strutture di grandi dimensioni, come una scogliera di 900 metri, anche se sopporta meno “peso” di una cresta di circa 2 cm sulla Terra, dove la gravità è circa 50.000 volte maggiore. La forma della cometa è quella di due sferoidi attaccati, simile a una papera di gomma, suggerisce che si sia formata dalla collisione di due cumuli di materiale.
Le regioni piatte del nucleo di una cometa sono le più sicure per le operazioni di atterraggio di veicoli spaziali, ma possono essere coperte da lag fino a una profondità di molti metri. Questo potrebbe spiegare la forza di compressione simile a quella lunare nel sito di touchdown iniziale. Le ammaccature nei materiali della cometa dopo l’impatto della sonda hanno consentito di eseguire esperimenti che nessun ingegnere di missione razionale avrebbe proposto. Se questi siti di impatto potessero essere identificati nelle immagini scattate dall’orbiter di Rosetta, il materiale impattato potrebbe essere analizzato per determinare la sua risposta fisica a un veicolo spaziale di 100 chilogrammi che si schianta contro di esso, come O’Rourke et al. hanno relazionato.
La posizione del primo sito di atterraggio di Philae (TD1) è stata identificata nelle immagini di Rosetta all’inizio della missione, ma la posizione del lander non è stata scoperta fino al termine della missione, due anni dopo. Ciò ha portato a tentativi di ricostruire il viaggio di due ore di Philae e alla ricerca di segni sulla superficie. O’Rourke e i suoi collaboratori ora segnalano la posizione del secondo sito di atterraggio (TD2) e ricostruiscono cosa è successo. Confrontando le immagini di entrambi i veicoli spaziali e i dati degli accelerometri e del magnetometro di Philae, hanno scoperto che la sonda ha lasciato un’impronta distinta vicino a una caratteristica che gli autori chiamano “cresta sulla sommità del cranio” per la sua forma particolare, dove il lander ha colpito alcuni enormi massi ghiacciati.
Secondo O’Rourke e i suoi collaboratori, “l’occhio” del cranio è stato fatto quando Philae ha causato un’ammaccatura profonda circa 25 cm nel masso di ghiaccio, prima di rimbalzare. Gli autori stimano che la resistenza alla compressione del ghiaccio sia inferiore a 12 Pa, sulla base dell’impatto ricostruito e delle velocità di rimbalzo. Questo valore è simile a quello della neve fresca ed è coerente con gli esperimenti radar di Rosetta-Philae, che suggeriscono che l’interno della cometa è estremamente poroso.
L’analisi fornisce in definitiva una misura importante di come alcuni materiali delle comete rispondono all’impatto di un veicolo spaziale: sono evidentemente morbidi e friabili. Inoltre, “l’occhio” è molto più luminoso del materiale che lo circonda, suggerendo che Philae abbia attraversato uno strato sottile e scuro per esporre il materiale del nucleo incontaminato.
Queste analisi aiuteranno a realizzare le future missioni che lanceremo su corpi cometari ma ci dicono anche che i luoghi migliori per effettuare un atterraggio sono anche quelli più pericolosi.
Fonte: https://www.nature.com/articles/d41586-020-02941-x?fbclid=IwAR2LNjb8fmLqM_LYlcBdRB0udbThCXgbFh7QOTe65Pna_v0OIY5N7PGI-KI