Come atterrare su una cometa

In qualità di direttore della missione Rosetta, Fred Jansen è stato responsabile dell'atterraggio nel 2014 di una sonda su di una cometa nota come 67P/Churyumov-Gerasimenko. In questo affascinante e divertente talk, Jansen svela alcune dei calcoli intricati che è stato necessario fare per atterrare la sonda Philae su di una cometa distante 500 milioni di chilometri dalla Terra -- e condivide con noi alcune delle incredibili foto scattate durante il viaggio.

Vorrei parlarvi dell'epico viaggio
della sonda Rosetta.

Accompagnare e fare atterrare
una sonda su una cometa

è stata la mia passione
negli ultimi due anni.

Per farlo,

ho bisogno di spiegarvi qualcosa
sulle origini del sistema solare.

Quattro miliardi
e mezzo di anni fa

c'era una nuvola di gas e polvere.

Al centro della nuvola si è
formato e acceso il nostro Sole.

Insieme ad esso si sono formati
pianeti, comete e asteroidi.

Ciò che è accaduto, secondo la teoria,

è che quando la Terra si è raffreddata,
poco dopo la sua formazione,

le comete hanno bombardato
la Terra, portandole l'acqua.

Probabilmente hanno portato sulla
Terra anche materiali organici complessi

e forse hanno persino dato il via
alla vita sulla Terra.

Potete comparare questo a risolvere
un puzzle di 250 pezzi

e non un puzzle di 2.000 pezzi.

Dopodiché, i grandi pianeti
come Giove e Saturno

non erano nel luogo
in cui si trovano adesso,

le loro gravità
interagivano tra loro,

hanno ripulito interamente
la parte interna del sistema solare

e quelle che noi chiamiamo comete

sono finite nella fascia di Kuiper,

una cintura di oggetti che
si trova oltre l'orbita di Nettuno.

A volte questi oggetti collidono,

le loro gravità ne devia le traiettorie

e poi la gravità di Giove le riporta
all'interno del sistema solare.

E così si trasformano nelle comete
che vediamo nel cielo.

È importante notare che, nel frattempo,

durante quei quattro miliardi
e mezzo di anni,

quelle comete sono rimaste al
di fuori del sistema solare

e non sono cambiate --

sono una versione antica, congelata,
del nostro sistema solare.

Questo è il loro aspetto nel cielo.

Le riconosciamo dalla loro coda.

In realtà ci sono due code.

Una è di polvere,
spinta via dal vento solare.

L'altra è composta di ioni,
ossia particelle cariche

che seguono il campo magnetico
del sistema solare.

C'è la coda,

e poi il nucleo, che è troppo
piccolo per essere visibile,

e dovete ricordare che,
nel caso di Rosetta,

la sonda è in quel pixel centrale.

Siamo ad appena 20, 30,
40 chilometri dalla cometa.

Cosa dobbiamo ricordarci?

Le comete contengono il materiale
da cui si è formato il sistema solare,

quindi sono ideali per lo
studio dei componenti

che erano presenti quando
la Terra e la vita sono nate.

Si sospetta anche che
le comete possano

aver portato gli elementi che potrebbero
aver dato inizio alla vita.

Nel 1983, l'ESA ha iniziato Horizon 2000,
il suo programma a lungo termine

che aveva come obiettivo principale
una missione verso una cometa.

Nel contempo partì una piccola missione
su una cometa, Giotto, che vedete qui,

che nel 1986 volò verso la cometa Halley
con una schiera di altre sonde.

Dagli esiti di quella missione
è subito emerso

che le comete sono oggetti ideali
per lo studio del nostro sistema solare.

Pertanto, la missione Rosetta
fu approvata nel 1993

e originariamente avrebbe dovuto
essere lanciata nel 2003

- ma poi è emerso un problema
con il razzo Ariane.

Tuttavia, il nostro ufficio pubbliche
relazioni, per entusiasmo,

aveva prodotto 1000 piatti
di ceramica di Delft

col nome delle comete sbagliate.

Da allora non ho mai avuto bisogno
di comprare piatti. Un lato positivo c'è.

(Risate)

Una volta risolto il problema,

abbiamo lasciato la Terra nel 2004

verso la nuova cometa obiettivo,
la Churyumov-Gerasimenko.

Questa cometa è stata scelta perché:

A) Bisogna essere in grado
di poterla raggiungere;

B) Non deve essere stata
a lungo nel sistema solare.

Questa cometa è entrata nel
sistema solare nel 1959.

Per la prima volta è stata
deflessa da Giove,

avvicinandosi al Sole abbastanza
da esserne influenzata.

È una cometa nuova di zecca.

Rosetta ha stabilito dei primati storici.

È il primo satellite
a orbitare attorno a una cometa,

il primo a scortarla per tutta la sua
orbita nel sistema solare

- arrivando alla distanza minima
dal Sole, come vedremo in agosto,

fino alla sua uscita verso l'esterno.

È la prima sonda atterrata su una cometa.

Inoltre orbita attorno la cometa
facendo qualcosa che di solito

non viene fatto dalle sonde.

Di solito basta guardare al cielo per
sapere dove sei e dove stai puntando.

In questo caso non è sufficiente.

Abbiamo navigato orientandoci con
punti di riferimento sulla cometa.

Abbiamo identificato riferimenti
- rocce e crateri -

per capire dove ci trovavamo
rispetto alla cometa.

Ovviamente, è anche il primo
satellite a superare l'orbita di Giove

usando pannelli solari.

Sembra un'impresa eroica,
ma non più di tanto,

perché la tecnologia dei generatori
termici a radioisotopi

non era disponibile a quei tempi,
in Europa, quindi non c'era scelta.

Sono dei pannelli solari grandi.

Questa è un'ala e quelle non sono
persone particolarmente basse.

Sono proprio come me e voi.

(Risate)

Abbiamo due di queste ali,
65 metri quadri.

In seguito, dopo essere arrivati
alla cometa,

si scopre che 65 metri quadri di vela

vicino a un corpo che emette gas
non sono proprio comodi da gestire.

Come siamo arrivati alla cometa?

Dovevamo arrivare, per raggiungere
gli obiettivi scientifici di Rosetta,

in un posto molto lontano -- quattro volte
la distanza tra Terra e Sole --

e ad una velocità molto maggiore
di quella raggiungibile con propellente,

altrimenti avremmo dovuto usare 6 volte
il peso della sonda in propellente.

Quindi, come fare?

Si sfrutta l'effetto fionda
gravitazionale,

passando molto vicini ad un pianeta,

qualche migliaio di chilometri,

così si raggiunge la velocità del pianeta
attorno al Sole, ma gratis.

Lo abbiamo fatto più volte.

Prima vicino alla Terra,
poi a Marte, di nuovo alla Terra

e siamo anche passati vicino due
asteroidi, Lutetia e Steins.

Poi, nel 2011 siamo arrivati così lontano
dal Sole che, in caso di problemi,

non avremmo potuto salvare la sonda -

e quindi l'abbiamo ibernata.

L'abbiamo spenta del tutto
tranne per un orologio.

Qui vedete in bianco la traiettoria,
e il percorso che fa.

Vedete che dal cerchio iniziale

la linea bianca, gradualmente,
diventa sempre più ellittica,

finché non abbiamo raggiunto la cometa,

nel maggio 2014, e abbiamo iniziato
le manovre per l'incontro.

Lungo la strada, abbiamo fatto delle
foto della Terra per provare gli apparati.

Qui la Luna "sorge" dalla Terra,

e questo è quello
che ora si chiama selfie,

ma all'epoca era una parola
che non esisteva ancora.

(Risate)

Questo è Marte. La foto è stata
scattata dalla fotocamera CIVA.

È una delle fotocamere sul lander:

guarda appena sotto i pannelli solari

e vedete il pianete Marte e
i pannelli solari sullo sfondo.

Quando siamo usciti
dall'ibernazione, nel gennaio 2014,

cominciammo ad arrivare
ad una distanza

di due milioni di chilometri
dalla cometa in maggio.

Però la sonda andava troppo velocemente.

Viaggiavamo 2.800 km/h più veloci
della cometa, dovevamo frenare.

Abbiamo dovuto fare otto manovre,

e come vedete qui,
alcune sono state molto ampie.

La prima frenata doveva ridurre la
velocità di alcune centinaia di chilometri

e in realtà la frenata è durata sette ore

consumando 218 kg di propellente:

sono state sette ore snervanti,
perché nel 2007

c'è stata una perdita nel sistema
di propulsione di Rosetta

che abbiamo dovuto chiudere in parte,

quindi il sistema ha dovuto operare
ad una pressione

per cui non è stato progettato o provato.

Poi siamo arrivati in prossimità della
cometa, queste sono le prime foto.

Il suo periodo di rotazione
è di 12 ore e mezza,

quindi qui è accelerato.

Ma potete intuire come gli ingegneri
del team di volo abbiano pensato

che non sarebbe stato facile atterrare.

Speravamo che la forma fosse
simile ad una patata

su cui è facile atterrare.

Ci restava una speranza: forse è liscia.

No...

(Risate)

Non era nemmeno liscia.

A quel punto era chiaro, era inevitabile:

avremmo dovuto cartografare l'oggetto
col maggior dettaglio possibile,

perché dovevamo trovare un area piatta
e con un diametro di 500 metri.

Perché 500 metri? Perché è il margine
di errore di atterraggio.

Dunque abbiamo proceduto
e cartografato la cometa.

Abbiamo usa una tecnica
chiamata fotoclinometria.

Si usa l'ombra proiettata dal Sole.

Qui vedete una roccia che si trova
sulla superficie della cometa

e il Sole che brilla dall'alto.

Usando l'ombra, con il nostro cervello,

possiamo subito capire quale sia
indicativamente la forma della roccia.

Si programma un computer
per fare lo stesso,

poi si scansiona e cartografa la cometa.

Per farlo abbiamo volato su traiettorie
speciali a partire da agosto.

Prima un triangolo con un lato
di 100 chilometri

ad una distanza di 100 km,

poi abbiamo ripetuto il tutto
da 50 km.

A quel punto avevamo visto la cometa
da tutti gli angoli possibili

e abbiamo usato quella tecnica
per fare una mappa completa.

Abbiamo quindi identificato dei
possibili punti di atterraggio.

L'intero processo, ossia creare
una mappa completa della cometa

e scegliere il punto di atterraggio
finale, è durato 60 giorni.

Non avevamo più tempo.

Per darvi un'idea,
una missione su Marte

impiega centinaia di scienziati per anni

solo per decidere
dove dobbiamo atterrare.

Noi avevamo al massimo 60 giorni.

Infine abbiamo scelto un punto specifico

e sono stati impartiti a Rosetta
i comandi per lanciare Philae.

Rosetta doveva trovarsi esattamente
nel punto giusto nello spazio,

puntata verso la cometa,
perché il lander non ha motori.

Il lander viene spinto fuori
e si muove verso la cometa.

Rosetta ha dovuto girarsi

per puntare le fotocamere verso
Philae mentre partiva

e per poter comunicare con esso.

La durata della traiettoria di
atterraggio è stata di sette ore.

Facciamo un semplice calcolo:

se la velocità di Rosetta è sbagliata
di un centimetro al secondo,

e dato che ci sono
25.000 secondi in sette ore,

questo comporta un errore di
252 metri nell'atterraggio.

Dunque dovevamo conoscere
la velocità di Rosetta

con più di un centimetro al secondo

e con un errore di posizione nello
spazio inferiore a 100 metri,

pur distando a 500 milioni di
chilometri dalla Terra.

Non è stato un gioco da ragazzi.

Lasciate che vi mostri rapidamente
alcuni degli strumenti.

Non vi annoierò con i dettagli
di tutti gli strumenti,

ma ha proprio tutto.

Possiamo analizzare i gas,
misurare le particelle di polvere,

la loro forma e composizione,

abbiamo magnetometri, proprio tutto.

Questo è il risultato di uno degli
strumenti che misura la densità dei gas

nel punto in cui si trova Rosetta,

quindi sono gas emessi dalla cometa.

Il grafico inferiore è di settembre
dell'anno scorso.

C'è una variazione di lungo periodo,
di per sé non sorprendente,

ma vedete i picchi nel grafico.

È il giorno tipo di una cometa.

Potete osservare gli effetti del sole
sull'evaporazione del gas

e la rotazione della cometa.

Qui c'è un punto da cui,
a quanto pare,

molta materia viene emessa,

viene scaldata dal Sole e poi
si raffredda dall'altro lato.

Possiamo osservarne
la variazione nella densità.

Questi sono i gas e i
materiali organici

che avevamo già misurato.

Noterete, è una lista
impressionante

e molto, molto altro sarà svelato

perché ci sono molte altre misurazioni.

Si sta svolgendo una conferenza in Houston

dove molti di questi risultati
saranno presentati.

Abbiamo misurato
grani di polvere, anche.

Non vi sembreranno granché,

ma agli scienziati hanno dato i brividi.

Due particelle di polvere:

quella a destra si chiama Boris,
l'hanno bombardata con tantalio

al fine di analizzarla.

Hanno trovato sodio e magnesio.

Siamo riusciti a svelare
la concentrazione dei due minerali

quando si è formato il sistema solare,

quindi abbiamo appreso qualcosa
sui materiali che erano presenti

quando si è formato il pianeta.

Ovviamente, le immagini
sono un aspetto importante.

Questa è una delle fotocamera di Rosetta,
la fotocamera OSIRIS,

questa è la copertina
della rivista Science

del 23 gennaio di quest'anno.

Nessuno si aspettava che questo
oggetto avesse questo aspetto.

Massi, rocce -- assomiglia
all'Half Dome, nello Yosemite,

più di ogni altra cosa.

Abbiamo anche visto queste:

sono dune, mentre sul lato destro
ombre che sembrano formate dal vento.

Le abbiamo viste su Marte, ma questa
cometa non ha un'atmosfera,

quindi è un poco difficili
che siano state create dal vento.

Forse si tratta di emissioni di gas,

materiale espulso che ricade.

Non lo sappiamo,
quindi c'è molto da investigare.

Qui vedete la stessa immagine due volte.

A sinistra, vedete nel mezzo una fossa.

A destra, se guardate attentamente,

vedrete tre getti che escono
dal fondo di quella fossa.

Quindi questa è l'attività della cometa.

A quanto pare le regioni attive
sono sul fondo di questi fossi,

da cui il materiale
evapora verso lo spazio.

C'è un'incrinatura molto interessante
sul collo della cometa.

È visibile nell'immagine a destra.

È lunga un chilometro e larga
due metri e mezzo.

Alcune persone pensano che
quando arriverà in prossimità del Sole

la cometa si spezzerà in due,

e allora dovremmo scegliere:

quale cometa seguiremo?

Il lander -- anch'esso ha molti strumenti

per lo più comparabili salvo le parti
che entrano nel terra e il trapano --

ma praticamente gli stessi di Rosetta,
perché bisogna comparare

quanto viene misurato nello spazio
con quanto misurato sulla cometa.

Si chiamano misure di verità al suolo.

Queste sono le immagini della discesa

scattate dalla fotocamera OSIRIS.

Si vede il lander che gradualmente
si allontana da Rosetta.

In alto a destra, l'immagine presa a
60 metri dalla cometa dal lander,

60 metri dalla superficie della cometa.

Quella roccia è grande circa di 10 metri.

Questa è una delle ultime immagini
prima dell'atterraggio sulla cometa.

Qui potete vedere l'intera sequenza
di nuovo, da una prospettiva diversa,

si vedono tre ingrandimenti dal basso
a sinistra verso il centro

del lander che viaggia
sopra la superficie della cometa.

Infine, in alto, si vedono due immagini
prima e dopo l'atterraggio.

Il problema è che nell'immagine successiva
all'atterraggio il lander non c'è.

Ma se guardate attentamente
il lato destro dell'immagine

vedrete che il lander è presente,
ma è rimbalzato.

È rimbalzato sulla superficie.

Ora, un aspetto un po' comico

è che originariamente Rosetta è stato
progettato con un lander che rimbalza.

Il progetto fu accantonato perché
era troppo costoso.

Ce lo siamo scordato,
ma il lander lo ricordava.

(Risate)

Durante il primo rimbalzo,
dai magnetometri,

questi sono i dati registrati
sui tre assi x, y e z.

A metà si vede una linea rossa.

Il cambiamento è sulla linea rossa.

A quanto pare, durante il primo rimbalzo

abbiamo colpito il bordo di un cratere
con una gamba del lander

e la velocità di rotazione del lander
è cambiata.

Quindi siamo stati fortunati

ad arrivare dove siamo arrivati.

Questa è una delle immagine
simbolo di Rosetta.

È un oggetto creato dall'uomo,
una gamba del lander,

che giace su di una cometa.

Per me è una delle migliori immagini
dallo spazio che io abbia mai visto.

(Applausi)

Una cosa che dobbiamo ancora fare
è ritrovare il lander.

L'area blu è l'area in cui deve trovarsi.

Non siamo ancora riusciti a trovarlo,
ma la ricerca continua,

così come i nostri sforzi per farlo
funzionare di nuovo.

Ascoltiamo ogni giorno,

nella speranza che da oggi
a qualche giorno in aprile

il lander si sveglierà di nuovo.

Ora, le scoperte fatte sulla cometa:

questo oggetto galleggerebbe nell'acqua.

La sua densità è pari a metà
di quella dell'acqua.

Sembra un grande roccia, ma non lo è.

L'incremento di attività osservato
tra giugno e agosto dell'anno scorso

è stato pari ad un incremento
di quattro volte.

Quando raggiungerà il Sole,

la cometa perderà
100 kg al secondo:

gas, polvere, quant'altro.

100 milioni di kg al giorno.

Infine, il giorno dell'atterraggio.

Non dimenticherò mai -- caos totale,
250 troupe televisive in Germania.

La BBC mi ha intervistato,

un'altra troupe televisiva mi ha
seguito tutto il giorno

mi riprendevano
mentre ero intervistato,

ed è andata così per tutta la giornata.

La troupe di Discovery Channel

mi ha preso mentre lasciavo
la stanza di controllo,

mi ha fatto la domanda giusta

e mi sono venute le lacrime,
ancora oggi mi sento così.

Per un mese e mezzo,

non ho potuto non piangere
quando pensavo all'atterraggio

e ho ancora quell'emozione in me.

Vorrei lasciarvi con questa immagine
della cometa.

Grazie.

[Applausi]