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Parker Solar Probe: qual è la missione della sonda Nasa diretta verso il Sole?

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È un inferno fatto di luce e calore, plasma e particelle esotiche, che si estende per milioni di chilometri intorno alla superficie del Sole. Ma non solo, perché la corona solare – la parte più esterna dell’atmosfera della nostra stella – è anche uno dei luoghi più remoti, suggestivi e misteriosi del Sistema solare. E presto sarà alla portata degli strumenti dei nostri scienziati. Il 6 agosto infatti si apre la finestra di lancio per la Parker Solar Probe [2], la sonda della Nasa che andrà ad esplorare per la prima volta, e in prima persona, i misteri della corona solare. Una missione piena di incognite, ma anche carica di aspettative, che porterà la piccola sonda a immergersi in un mare di plasma e gas ionizzati, dove le temperature superano il milione di gradi, e gli imprevisti sono all’ordine del giorno. Eppure gli scienziati della Nasa assicurano che la sonda è progettata per superare indenne i pericoli, sopravvivere almeno 6 anni nello Spazio aperto ed effettuare il suo primo incontro ravvicinato con il Sole nel dicembre del 2024. Come ci riuscirà, e quali misurazioni e indagini porterà a termine? Facciamo un piccolo ripasso.

Calore vs temperatura

La prima domanda che viene in mente pensando al viaggio della Parker Solar probe è probabilmente questa: come farà a sopportare una temperatura di oltre un milione di gradi? Come spiega la Nasa [3], il trucco c’è, perché non sempre temperatura e calore coincidono. Citando l’esempio che fa la stessa agenzia spaziale americana, pensate a un forno e a una pentola d’acqua bollente: se infiliamo una mano in un forno a 200 gradi non ci succede nulla, a meno di toccare i bordi o la resistenza, mentre se provassimo a immergerla nella pentola bollente rimarremmo evidentemente scottati. Ed è esattamente quello che capiterà alla sonda americana: il calore che si deve sopportare dipende dalla densità del materiale con cui entriamo in contatto. La temperatura, infatti, esprime la velocità con cui si muovono le particelle di una sostanza, mentre il calore (che è la variabile importante per capire se si rimarrà bruciati) è una misura dell’energia che queste particelle possono trasmettere.

In un materiale denso esistono moltissime particelle che possono trasmetterci la loro energia, e quindi aumentare anche la nostra fino a bruciarci, ma in uno rarefatto come può essere l’aria che riempie il forno, le particelle sono molto meno dense, l’energia che trasmettono alla nostra pelle è molto limitata, e il risultato è che anche a 200 gradi non subiamo alcun danno. Fortuna vuole che anche la corona solare sia estremamente rarefatta, e il milione di gradi nominali che affronterà la sonda si riducono a poco più di un migliaio sul suo involucro esterno. Molto più gestibile come situazione – assicurano dalla Nasa – ma comunque abbastanza da richiedere l’impiego di speciali tecnologie di isolamento e di raffreddamento.

Lo scudo termico

Le previsioni della Nasa parlano più o meno di 1400 gradi sulla superficie della sonda: un calore di tutto rispetto, se pensiamo che la lava che esce da un vulcano raggiunge in media i 1200 gradi centigradi. Per affrontare la sfida, la Parker Solar Probe sarà protetta da uno scudo termico con un diametro di due metri e mezzo, e uno spessore di 11 centimetri e mezzo. Poca cosa, si dirà, eppure dall’altro lato di questo sottile schermo la temperatura della sonda non supererà i 30 gradi centigradi. Come è possibile? Tutta questione di scegliere i materiali giusti. Lo scudo infatti è costruito con un design innovativo, e consiste in uno strato di schiuma di carbonio contenuto all’interno di due sottili lastre di carbonio. In laboratorio è stata testata a oltre 1600 gradi centigradi, e la Nasa è piuttosto certa che riuscirà a mantenere al sicuro tutti gli strumenti che si trovano a bordo della sonda. E visto che le comunicazioni da Terra non saranno facilissime, il veicolo è stato dotato anche di una serie di sensori che gli permettono di aggiustare autonomamente la sua rotta, mantenendo la direzione richiesta ed aggiustandola immediatamente nel caso in cui qualche parte non protetta dallo scudo termico si trovasse esposta alla luce diretta del Sole. Anche i pannelli solari che producono l’energia che alimenta la sonda sono automatizzati, e progettati per ripiegarsi dietro alla protezione dello scudo quando il mezzo inizierà ad essere troppo vicino alla nostra stella.

La missione

Insomma, la sonda della Nasa è più che preparata per affrontare la sfida. Ma a che scopo si immergerà nella corona solare? In effetti, nonostante la relativa vicinanza, esistono almeno due misteri che dobbiamo ancora chiarire sulla natura della nostra stella. Il primo riguarda proprio la corona, o meglio la sua temperatura. Come in tutte le stelle, il nucleo del Sole è il suo punto più caldo, e allontanandosi fino a raggiungerne la superficie ci si trova a una temperatura non molto superiore ai 5.500 gradi centigradi. Come è possibile, allora, che la corona, ancora più distante dal nucleo, abbia una temperatura stimata di oltre un milione di gradi centigradi? La domanda rimane senza risposta da almeno 150 anni, ma si ritiene che l’effetto sia legato al campo magnetico prodotto sulla superficie del Sole dai movimenti di enormi bolle di plasma. Esistono però due ipotesi contrastanti sul meccanismo con cui questi campi magnetici potrebbero riscaldare la corona: una propone che il fenomeno sia legato all’azione di specifiche onde elettromagnetiche note come onde di Alfvén [4]; l’altra che sia colpa di piccole (si fa per dire ovviamente) esplosioni chiamate nanoflare. Dalla Terra è difficile stabilire quale delle due ipotesi sia corretta, ma con una sonda in loco la Nasa è sicura di poter risolvere l’enigma.

Il secondo mistero riguarda invece il vento solare, il flusso di particelle (principalmente protoni ed elettroni) che sfuggono costantemente dalla corona solare, come una corrente carica di vento che si espande in tutto il Sistema solare. Come si formi questo flusso di particelle è più o meno chiaro, ma per gli astrofisici c’è ancora qualcosa che non quadra. In un punto preciso della corona, infatti, il vento solare subisce un’improvvisa accelerazione, che spinge le particelle fino a raggiungere velocità supersoniche. Come, dove, e soprattutto perché questo avvenga è tutto da chiarire, e anche in questo caso, niente di meglio di una sonda diretta proprio nella corona del Sole per sperare di riuscirci.

La strumentazione

Per rispondere a queste e molte altre domande, la Parker Solar Probe porta con sé un ampio set di strumenti. Il primo è il sistema di sensori Field: un progetto realizzato dalla University of California per misurare costantemente i campi magnetici e i campi elettrici attivi nei pressi della sonda. Una volta raggiunta la corona, questi strumenti permetteranno agli scienziati della Nasa di studiare più a fondo gli effetti dei campi elettromagnetici presenti al suo interno.

Il secondo sistema di strumenti è chiamato invece Sweap, o Solar Wind Electrons Alphas and Protons Investigation, ed è pensato per analizzare le particelle più abbondanti nei venti solari: protoni, elettroni e ioni di elio. Misurandone velocità, densità e temperatura, la Nasa spera di conoscere più a fondo i misteri dei venti solari e del plasma presente nella corona.

L’ultimo set di strumenti si chiama invece Isois – o Integrated Science Investigation of the Sun, con una O nel mezzo che rappresenta il simbolo del Sole – e studierà le particelle emesse dalla stella lungo uno spettro energetico più ampio rispetto agli strumenti precedenti. In questo modo, i suoi creatori, a Princeton, sperano di conoscere meglio il ciclo vitale di queste particelle, conoscerne l’origine, la fonte della loro accelerazione, e comprendere più a fondo in che modo riescono a sfuggire alla gravità del Sole.

via Wired.it [5]


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