Il lancio di JUICE verso le lune di Giove

Nel gennaio del 1610, Galileo Galilei notò grazie al suo telescopio quattro corpi celesti nelle vicinanze di Giove, il pianeta più grande del Sistema solare. Dopo avere ipotizzato che potessero essere stelle, le osservò per qualche giorno notando che si muovevano intorno a Giove e arrivò alla conclusione che dovessero essere delle lune in orbita intorno al pianeta. Galileo aveva compiuto la prima osservazione scientifica documentata dei satelliti che in seguito sarebbero stati chiamati Europa, Io, Callisto e Ganimede, noti appunto come satelliti galileiani (o medicei) per ricordare il famoso astronomo.

Dopo oltre quattro secoli, tre di quelle lune così distanti e remote stanno per essere visitate da JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), una nuova sonda dell’Agenzia spaziale europea (ESA) le cui osservazioni saranno preziose non solo per scoprire le loro caratteristiche, ma anche per capire meglio come si possa formare la vita su mondi diversi dal nostro.

Il lancio di JUICE è previsto per le 14:15 di oggi dalla base di lancio di Kourou nella Guyana francese (a nord del Brasile) su un razzo Ariane 5, salvo rinvii per motivi tecnici o legati alle condizioni atmosferiche. La sonda inizierà poi un lungo viaggio sfruttando la spinta gravitazionale di Venere e della Terra, arrivando nelle vicinanze di Giove nel luglio del 2031. Negli anni seguenti effettuerà numerosi passaggi ravvicinati per raccogliere dati su Europa, Callisto e soprattutto Ganimede, offrendo nuovi importanti dettagli sulle lune ghiacciate di Giove.

A differenza della Terra, Giove non è roccioso: è una gigantesca palla di gas formata per lo più da idrogeno ed elio. Considerate le sue dimensioni, gli astronomi ritengono che sia stato il primo pianeta a formarsi nel sistema solare, quando inglobò gli avanzi dei gas che avevano costituto il Sole.

Giove impiega 12 anni per compiere un giro intero intorno alla nostra stella e ruota velocemente su se stesso: un giorno dalle sue parti dura appena 10 ore. È il più grande e ingombrante corpo celeste nelle nostre vicinanze: sarebbero necessari 11 pianeti come il nostro messi in fila per coprire il suo diametro, e ne servirebbero 300 per ottenere una massa pari alla sua.

Il James Webb Space Telescope (JWST) nell’agosto del 2022 ha osservato il pianeta Giove in grande dettaglio mostrando le colossali tempeste e le enormi aurore che si producono nella sua atmosfera (NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team; Judy Schmidt)

Nel corso dei tempi siderali la grande massa di Giove ha attratto a sé numerosi satelliti naturali, che gli orbitano intorno costituendo una sorta di piccolo sistema solare. Il pianeta ha almeno 95 satelliti e le lune galileiane sono tra i corpi celesti più grandi e conosciuti della sua collezione. Io è arida e non suscita molto interesse, mentre si ritiene che Callisto, Ganimede ed Europa abbiano enormi oceani protetti da uno spesso guscio di ghiaccio esterno. La probabile presenza dell’acqua è ciò che incuriosisce di più i gruppi di ricerca, perché la vita per come la conosciamo non può farne a meno, dunque potrebbe essere un buon indizio per trovare tracce di vita al di fuori della Terra.

Con oltre quattro metri di lunghezza e quasi tre di altezza, JUICE è più ingombrante di un’automobile e ha una massa intorno alle 2,4 tonnellate, incluso l’adattatore che mantiene collegata la sonda al razzo Ariane 5, che avrà il compito di spingerla oltre l’orbita terrestre. La sonda ha inoltre un carico di quasi 3,7 tonnellate di propellente, da utilizzare per compiere le numerose manovre previste nel suo lungo viaggio di avvicinamento a Giove e in seguito alle sue lune.

JUICE, in un’elaborazione grafica al computer con i pannelli solari aperti (ESA)

A una distanza media di 780 milioni di chilometri, il Sole dalle parti di Giove appare come un debole puntino luminoso. Per cogliere quanti più raggi possibili e alimentare in questo modo i suoi sistemi, JUICE potrà fare affidamento su 85 metri quadrati di pannelli solari, i più grandi mai realizzati per una sonda interplanetaria. Partiranno ripiegati su loro stessi, per poterci stare all’interno dell’Ariane 5, e si apriranno circa un’ora e mezza dopo il lancio come due “ali” a forma di croce. Sulla Terra così tanti pannelli potrebbero essere sufficienti per alimentare più abitazioni, ma nelle vicinanze di Giove sono appena sufficienti per un microonde (850 W).

Anche comunicare con la Terra da un luogo così distante non è semplice. Nelle due settimane dopo il lancio, JUICE attiverà le proprie antenne per l’invio dei dati che raccoglierà nel corso della missione. Il sistema principale è una grande parabola di 2,5 metri di diametro, che in alcune fasi del viaggio fornirà riparo ad altri strumenti della sonda dalle radiazioni solari. JUICE ha memorie per conservare i dati per alcuni giorni prima di inviarli verso la Terra, così come un set di batterie per avere energia elettrica anche nelle fasi in cui i suoi pannelli non potranno raccogliere la luce solare.

Le principali strumentazioni della sonda sono protette da numerosi strati di materiale isolante, soprattutto per ridurre gli sbalzi di temperatura nel corso della missione. Quando si avvicinerà a Venere per ricevere la spinta gravitazionale per proseguire il viaggio, JUICE sarà esposta a temperature fino a 250 °C, mentre nei paraggi di Giove arriverà a -230 °C. Il campo magnetico prodotto da Giove è inoltre tra i più intensi di tutto il Sistema solare, circostanza che ha reso necessaria l’aggiunta di materiali isolanti per consentire al computer di bordo di funzionare normalmente.

Il viaggio di JUICE (linea bianca) verso Giove (ESA)

I vari sistemi isolanti saranno necessari per assicurare il funzionamento degli strumenti scientifici di bordo. Grazie a Janus, una telecamera ad alta risoluzione costruita dall’italiana Leonardo con la collaborazione dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), saranno scattate immagini dei satelliti rendendo evidenti le caratteristiche del rivestimento ghiacciato delle lune. Altri strumenti consentiranno di studiare gli strati più esterni delle loro atmosfere, di calcolare lo spessore dello strato di ghiaccio superficiale e dei loro oceani sotterranei e il campo magnetico di Ganimede, l’unica luna nel Sistema solare ad averne uno.

Ganimede sarà il principale obiettivo della missione. Il campo magnetico fa sì che nella sua atmosfera si verifichino le aurore, il fenomeno che avviene anche sulla Terra e che è dovuto alla presenza di gas che eccitati dai raggi solari si illuminano. Le aurore sulla luna di Giove si concentrano nelle aree dei due poli, ma sono disturbate dalla presenza del campo magnetico di Giove. Quando questo cambia, fa oscillare le aurore di Ganimede avanti e indietro. Osservando i dati raccolti in passato su queste oscillazioni, i ricercatori si sono accorti che non avvengono in modi coerenti con quelli che ci si aspetta da un corpo celeste interamente solido. Il tipo di oscillazioni delle aurore di Ganimede è invece compatibile con un corpo celeste che possiede una grande riserva di acqua allo stato liquido, che non è visibile con osservazioni dirette perché nascosta da un enorme guscio ghiacciato.

Ganimede (NASA)

JUICE effettuerà 12 passaggi ravvicinati arrivando a una distanza di 400 chilometri (potrebbe spingersi fino a 200, se ci saranno le condizioni). I vari passaggi consentiranno di raccogliere dati sul campo magnetico di Ganimede, sul suo oceano nascosto e sul modo in cui interagisce con Giove. Da questi dati i gruppi di ricerca potranno inoltre trarre informazioni per comprendere se il satellite fosse o sia abitabile, cioè compatibile con la vita.

La superficie di Callisto è considerata una delle più antiche del Sistema solare: ne porta visibilmente i segni, che potrebbero offrire indizi importanti per ricostruire le caratteristiche di Giove miliardi di anni fa. Europa, invece, è il sesto satellite naturale più grande di tutto il sistema solare. Ha un diametro di 3.122 chilometri (circa un quarto di quello della Terra) e appare come una grande palla di neve: la sua superficie, spessa e ghiacciata, ricopre un gigantesco oceano che si stima contenga il doppio di tutta l’acqua degli oceani terrestri. Lo spessore dello strato di ghiaccio non è noto, ma dalle osservazioni e da movimenti della luna si ipotizza una profondità di diverse decine di chilometri. E proprio questa crosta ghiacciata così spessa ha finora reso impossibile uno studio più approfondito di Europa, che tra qualche anno JUICE dovrebbe favorire.

Callisto (NASA)

Europa è da tempo ritenuto un corpo celeste molto promettente per lo studio della vita fuori dalla Terra, per questo un’altra missione gestita dalla NASA si occuperà di studiarne ulteriormente le caratteristiche. La sonda Europa Clipper partirà dalla Terra il prossimo anno e raggiungerà il suo obiettivo nel 2030, con qualche mese di anticipo rispetto a JUICE. Sia ESA sia NASA stanno inoltre valutando la progettazione di robot automatici per esplorare la superficie delle lune galileiane.

Europa (NASA)

Giove e il suo ricco sistema di lune attirano da sempre l’attenzione di astronomi e astrofisici. Il primo passaggio ravvicinato al grande pianeta gassoso fu realizzato 50 anni fa dalla sonda Pioneer 10 della NASA, seguita negli anni seguenti dalle sonde Voyager, Ulysses, Cassini-Huygens e New Horizons. Tra il 1995 e il 2003 molti dati furono raccolti dalla sonda Galileo in orbita intorno a Giove, mentre altre importanti osservazioni sono state effettuate negli ultimi anni dalla sonda Juno.

JUICE renderà possibili analisi più accurate, ma la sola presenza di acqua su un corpo celeste non implica necessariamente che ci sia anche la vita. Oltre a ossigeno e idrogeno, gli elementi che costituiscono l’acqua, sono necessarie altre sostanze come il carbonio, l’azoto e il fosforo, solo per citarne alcune. La loro presenza sulla Terra ha portato ai risultati che vediamo oggi, ma non è scontato che su Ganimede ci siano gli stessi elementi e in quantità adeguate. La luna dovrebbe avere un nucleo ricco di ferro: se l’oceano sotterraneo fosse in diretto contatto si potrebbero formare condizioni più favorevoli alla vita, se invece fosse isolato da un altro strato di ghiaccio ci sarebbero meno probabilità.

Trovare indizi su luoghi compatibili con la vita, almeno per come la conosciamo, non è comunque semplice e anche per questo avere un sistema come quello di Giove nel nostro vicinato cosmico può essere utile per imparare qualcosa su mondi ancora più lontani. Negli ultimi anni grazie a nuovi sistemi di osservazione è stato possibile scoprire migliaia di esopianeti, cioè di pianeti che si trovano all’esterno del nostro Sistema solare.

Molti di questi sono giganti gassosi come Giove, quindi ostili alla vita, ma hanno probabilmente satelliti che orbitano loro intorno e in alcuni casi con caratteristiche paragonabili a quelle delle lune galileiane. Capire come funzionano e se siano effettivamente abitabili potrebbe offrire nuovi importanti spunti su cosa potrebbe esserci su mondi lontanissimi da noi, talmente distanti da non potere essere raggiunti in tempi ragionevoli con una sonda.