Le sonde spaziali in 3D : la Parker Solar Probe

La sonda Parker ha il difficilissimo compito di studiare il Sole da distanze mai raggiunte da altre sonde spaziali e percorse con velocità record

In questa puntata potremo seguire interattivamente (e rigorosamente in 3D)  il viaggio eroico della sonda Parker attorno al Sole, seguendo rotte assolutamente nuove e fantastiche.

il lancio della sonda Parker
il lancio della sonda Parker

Particolarità di queste orbite è che sono ad alta eccentricità, percorse ad una velocità folle, il tutto per non soccombere (a causa della vicinanza) all’enorme calore sprigionato dalla nostra stella: sembra quasi di assistere ad una scena di un film di fantascienza…

Cliccando sull’immagine successiva, possiamo eseguire (sia dal PC che dal nostro tablet) l’applicazione tridimensionale per seguire le varie orbite della Parker

cliccare per eseguire il programma
cliccare per eseguire il programma

La nostra sonda, a differenza delle altre analizzate in precedenza, stavolta non ha bisogno di viaggi lunghissimi e tanti Gravity Assist per arrivare alla meta: in questo caso la raggiunge fin da subito in tempi abbastanza brevi, ma in un certo senso la deve assolutamente evitare.

La dovrà vedere, sì, da vicino, ma sfiorandola con una velocità allucinante con lo scopo principale di non finire arrostita.

La sonda Parker è destinata infatti a sorvolare da vicino il Sole (effettuando almeno 26 sorvoli ravvicinati) percorrendo di volta in volta una di 7 orbite sempre più eccentriche e con perielio sempre più vicino alla nostra stella.

Per ottenere questi cambi di parametri orbitali, viene sfruttata tantissime volte la tecnica vincente dei Gravity Assist, sempre da parte del pianeta Venere: la sonda ottiene ogni volta un’accelerazione e perciò un aumento di velocità per poter percorrere orbite con un perielio via via sempre più vicino al Sole.

Gli eventi

In questa tabella vediamo gli eventi che si susseguiranno da qui fino al 2025, a partire dal lancio avvenuto ad agosto e con il primo passaggio al perielio, avvenuto il 6 novembre

in questa tabella sono elencati gli eventi più importanti della missione Parker
in questa tabella sono elencati gli eventi più importanti della missione Parker

nella tabella ho indicato dapprima i dati dei tre pianeti Mercurio, Venere e Terra ed in particolare la loro distanza minima e massima in milioni di km, la velocità orbitale (in km/sec) ed il periodo di percorrenza dell’orbita espresso in giorni.

Il tutto per avere un paragone numerico con le successive orbite della Parker nel corso dei prossimi anni.

Ma ovviamente il confronto maggiore (visivo) si potrà avere con il nostro programma in 3D, potendo toccare con mano la grande velocità della Parker nel girare attorno al Sole, considerato che lo step temporale del programma è di un giorno.

Vi assicuro che è molto divertente ed istruttivo vedere la sonda sfrecciare in prossimità del Sole, paragonando la sua traiettoria con l’orbita di Mercurio, disegnata in rosso.

Le orbite: iniziamo da quelle di tipo 1

Dopo il primo Gravity Assist (GA nel prosieguo) la Parker è posta in un’obita molto eccentrica il cui afelio si trova ancora tra Venere e la Terra: l’importante è che non si allontani troppo da Venere, per poterne ottenere il colpo di frusta.

Prime orbite della Parker
Prime orbite della Parker

Verranno percorse tre volte.

Le orbite di tipo 2

Grazie al secondo GA, ora la Parker percorre l’orbita in cui si trova il puntino verde

il secondo tipo di orbite
il secondo tipo di orbite

ancora più eccentrica e la percorrerà due volte fino al terzo GA.

Le orbite di tipo 3

La traiettoria si stringe sempre di più

il terzo tipo di orbite
il terzo tipo di orbite

e anche stavolta verrà percorsa due volte dalla Parker.

Le orbite di tipo 4

Questa orbita

il quarto tipo di orbite
il quarto tipo di orbite

verrà percorsa ancora due volte, per arrivare al quinto GA

Le orbite di tipo 5

La sonda Parker effettuerà ben 7 orbite lungo questa traiettoria

il quinto tipo di orbite
il quinto tipo di orbite

che alla fine la porterà dritta dritta al sesto incontro ravvicinato con Venere.

Le orbite di tipo 6

Questa orbita, sempre riconoscibile tra le altre perchè sempre più eccentrica e indicata dal pallino verde

il sesto tipo di orbite
il sesto tipo di orbite

verrà percorsa 5 volte per arrivare infine all’ultimo GA con Venere.

Le orbite di tipo 7

Grazie all’ultima fionda gravitazionale la nostra Parker arriverà in corrispondenza dei successivi 5 perieli all’impressionante velocità di 192 km/sec e ad una distanza dal Sole di appena 6.9 milioni di km, praticamente il 15% della minima distanza raggiungibile dal pianeta Mercurio

il settimo tipo di orbite
il settimo tipo di orbite

Nella simulazione (che ha uno step di un giorno) possiamo vedere la differente velocità della Parker al perielio rispetto a quella intorno all’afelio: al perielio in un giorno percorre tanta strada e l’orbita (se ci fate caso) è spezzettata, non curvilinea come all’afelio.

Questo tipo di orbita sarà percorsa almeno 5 volte, dopodiché non si sa cosa decideranno i tecnici della NASA: nel frattempo rimanete sintonizzati, perché se sul sito HORIZONS verranno resi disponibili i dati, sarà possibile una seconda parte dell’articolo.

Analisi dei perieli 22-26

Permettetemi un’analisi abbastanza complessa di quello che accade in questi perieli, che dalla tabella vediamo che si succederanno per un anno a partire da dicembre 2024: ci stiamo addentrando (a velocità pazzesca!) nei difficili ma affascinanti argomenti della Meccanica Celeste .

Ho fermato a mano la simulazione il 22 dicembre 2024 e andando avanti passo passo fino al 27, ho ottenuto questa immagine, ruotandola un po’

le orbite da 22 a 26 della Parker
le orbite da 22 a 26 della Parker

Con Illustrator ho aggiunto i pallini ed il giorno (di dicembre) per ognuno dei punti in cui la Parker si muove ed ho disegnato un segmento tratteggiato che rappresenta l’asse maggiore dell’orbita ellittica (di tipo 7) della sonda: ho ottenenuto questa immagine

le orbite da 22 a 26 della Parker con qualche aggiunta
le orbite da 22 a 26 della Parker con qualche aggiunta

Qui possiamo vedere bene quello a cui accennavo prima: la sonda in un giorno percorre un tratto lungo, specie tra il 24 ed il 25, per cui l’orbita risulta spezzettata, con tratti lineari anziché curvilinei.

Non è un errore del programma, ma è semplicemente dovuto al fatto che il quei giorni (e nei perieli successivi) la sonda ha una velocità enorme il quel tratto dell’orbita, 192 km/s, la più alta mai raggiunta da una sonda ed ottenuta grazie a, non uno, ma ben sette gravity assist con il pianeta Venere.

Tutto questo in totale accordo con le tre Leggi di Keplero sulle orbite dei pianeti ed in particolare la seconda, che riporta:
…il raggio vettore che congiunge un pianeta al Sole spazza aree uguali in tempi uguali… Un pianeta è più veloce quanto più è vicino al Sole (al perielio) e più lento quanto più è lontano dal Sole (all’afelio).

laddove al posto di “pianeta” in questo caso si deve ovviamente intendere “sonda“.

Tutto questo mi ha fatto venire in mente un famosissimo film di fantascienza di qualche annetto fa…

Star Trek IV : Rotta verso la Terra

Tra i miei appunti per gli articoli (sparsi in varie cartelle nel mio PC) mi sono ritrovato uno spezzone del noto film di fantascienza, che avrei utilizzato in una recensione: per adesso lo sfrutto qui,.

Come si vede dal filmato, la sonda Klingoniana, pilotata dai nostri eroi, effettua un volo ravvicinato del Sole ad una velocità pazzesca (Warp 9.9) per poter effettuare un salto nel tempo, nell’oramai lontano 1986.

Tornando al diagramma precedente è come se la sonda Klingoniana effettuasse il percorso tra i punti 23 e 26, però ad una distanza dal Sole decisamente più piccola, impiegando appena una manciata di secondi per effettuare la mezza circumnavigazione del Sole!!
… ottenendo poi (e qui siamo in un campo assolutamente fantascientifico!) un salto indietro nel tempo.

La mitica Parker non effettuerà certo un viaggio nel tempo, ma seguirà rotte simili a distanza di sicurezza dal Sole: le percorrerà in tempi molto più lunghi rispetto ai pochi secondi del film, ma sempre ad una velocità notevolissima.

 

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