Le sonde spaziali in 3D: la JUICE

… per raggiungere il suo obiettivo, Giove e i suoi satelliti galileiani.

Questo articolo rappresenta in pratica la seconda parte dell’articolo pubblicato da Antonio Piras e relativo al lancio della sonda JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), avvenuto il 14 marzo 2023 dalla base di lancio della Guyana Francese.

Nell’articolo citato trovate i dettagli tecnici dell’importantissima missione JUICE, mentre in questo articolo vedremo, con il mio programma interattivo e 3D, le peregrinazioni della sonda tra i pianeti del Sistema Solare.

Come raggiungere un obiettivo

Com’è oramai consuetudine di praticamente tutte le sonde lanciate (e ancora da lanciare), per ottimizzare il consumo di prezioso propellente si sfrutta la tecnica dei Gravity Assist (GA) che come noto consiste nel far avvicinare ad alta velocità una sonda ad un pianeta, per ottenerne una spinta gravitazionale aggiuntiva, senza bisogno di accendere i propri motori.

Il rovescio della medaglia di questa geniale tecnica è che fatalmente i tempi di viaggio di una sonda verso il suo obiettivo si allungano di parecchio, proprio perché la sonda si dirige nel suo viaggio verso uno o più pianeti per riceverne ogni volta una spinta aggiuntiva.

Nel caso della JUICE, la sonda effettuerà, nel corso dei prossimi anni, tre GA da parte della Terra ed uno da parte di Venere: in questo modo arriverà in vicinanza del pianeta gigante Giove nel volgere di 8 anni.

Un viaggio tra i pianeti interni

Così come abbiamo visto per la sonda Lucy, la sonda JUICE non è stata indirizzata direttamente verso Giove (come era successo tantissimi anni fa per le sonde Pioneer e Voyager, che sfruttavano altre strategie di volo), ma usufruirà di una serie di GA, ognuno dei quali modifica l’orbita percorsa fino a quel momento dalla sonda, modificandone le caratteristiche.

Una differenza fondamentale tra le orbite della sonda JUICE rispetto ad altre sonde sottoposte a GA, è che la JUICE dai GA riceverà una spinta addizionale di velocità e di direzione, ma senza cambiare l’inclinazione del piano orbitale.

Come vedremo eseguendo il programma interattivo 3D, stavolta modificando il nostro punto di vista vedremo che in pratica tutte le orbite percorse dalla JUICE giacciono sul piano originario, quello dell’eclittica, che altro non è che l’orbita percorsa nello spazio dalla nostra Terra intorno al Sole.

Ad esempio se eseguiamo il programma per la già citata sonda Lucy, vediamo invece che questa sonda si allontanerà dal piano dell’eclittica con una certa inclinazione (ottenuta a seguito di GA), proprio perché alcuni asteroidi Troiani che dovrà raggiungere si troveranno in posizione elevata rispetto al piano dell’eclittica.

Il programma 3D

Come di consueto, per lanciare il programma in un’altra pagina del nostro browser, basta cliccare o toccare questa immagine

con il che potrete seguire le evoluzioni della sonda JUICE tra Venere e la Terra, per poi spiccare il volo finale verso Giove.

Come in tutte le puntate in cui ho parlato di sonde spaziali, il programma è in pratica un visualizzatore della traiettoria della JUICE, la cui posizione è memorizzata in un’apposita struttura di dati: basta premere il tasto Play per iniziare il viaggio.

In corrispondenza delle tappe fondamentali (incontri con la Terra e Venere per i GA) la simulazione si ferma per mostrare l’evento: ovviamente si riprende il viaggio premendo di nuovo Play.

In qualunque momento ci si può spostare nello spazio e zoomare in più o in meno la scena, come pure si può fermare la riproduzione (Stop) e riprenderla passo passo (Step). Il passo temporale che ho applicato in questa situazione è di 5 giorni: vedremo così la JUICE muoversi nello spazio con la sua posizione rinnovata ogni 5 giorni.

Se durante l’esecuzione del programma sposteremo il nostro punto di vista (col mouse oppure toccando lo schermo) oppure zoomeremo in più o in meno (con la rotella del mouse o con la consueta mossa per mezzo di due dita) potremo constatare quanto dicevo in precedenza e cioè che la JUICE percorrerà il suo viaggio praticamente rimanendo lungo il piano dell’eclittica.

A mano a mano che passano i giorni vedremo che la JUICE compirà parecchi giri intorno al Sole, fermandosi di tanto in tanto in occasione degli incontri con la Terra e con Venere, secondo questa scaletta temporale:

• agosto 2024 : primo GA con la Terra ed in questo caso anche con la Luna
• agosto 2025 : GA con Venere
• settembre 2026 : secondo GA con la Terra
• gennaio 2029 : terzo GA con la Terra
• ottobre 2029 : se confermato, incontro con l’asteroide (223) Rosa
• 21 luglio 2031 : incontro con Giove

In questo caso è divertente oltreché istruttivo vedere quello che succede in ognuna delle tratte che compongono il percorso seguito dalla JUICE, dal momento che si possono comprendere parecchi concetti di Meccanica delle Orbite.

Vi suggerisco quindi di lanciare il programma e di continuare la lettura seguendo le indicazioni che darò volta per volta: ricordo che il programma è innanzitutto interattivo e dunque sfruttiamo questa possibilità, ovviamente giocando sulla visualizzazione tridimensionale.

L’analisi del viaggio, tappa dopo tappa

Lanciamo dunque il programma e facciamo partire la simulazione col tasto Play.

Vediamo che la JUICE percorre un’orbita (verde) attorno al Sole, viaggiando quasi parallelamente alla Terra, la cui orbita è azzurra, fino al primo incontro dell’agosto 2024.

Facendo ripartire la simulazione, la JUICE viene diretta verso l’interno del Sistema Solare, andando a tagliare l’orbita gialla del pianeta Venere, con il quale avrà un GA un anno dopo: a seguito di questo incontro la JUICE viene di nuovo lanciata verso l’esterno, incrociando l’orbita (rossa) di Marte, che in questo caso non partecipa alle spinte gravitazionali.

La JUICE arriva così al secondo GA con la Terra, che le fornisce un’ulteriore spinta verso l’esterno: tornando poi sui suoi passi la JUICE intercetterà per la terza volta la Terra.

A questo punto cliccando di nuovo Play, vedremo che la sonda viene definitivamente lanciata verso Giove (la cui orbita è disegnata in giallo oro).

Lungo questa tratta del suo viaggio, la sonda potrebbe incontrare, ad ottobre 2029, un asteroide della fascia principale, (223) Rosa: questa eventualità era stata prospettata da un gruppo di studio dell’INAF (Istituto Nazionale di astrofisica) e dovrebbe essere attualmente al vaglio da parte dei tecnici dell’ESA per la sua realizzazione, che prevederebbe un piccolo spostamento del piano di volo della JUICE.

Per chi fosse interessato, qui trovate un bell’articolo del 2021 dove viene appunto presentato lo studio che prevederebbe l’incontro con questo asteroide ed alcune spiegazioni molto tecniche sulla fattibilità e realizzabilità di questa variazione del piano originale di volo. Tra l’altro si parla pure della possibilità di un ulteriore incontro con un altro asteroide, (1650) Heckmann, addirittura un paio di anni prima.

Per adesso nel mio programma ho previsto già questo incontro con l’asteroide Rosa, ma a fronte delle decisioni in merito da parte dell’ESA lo modificherò, sia per eliminare o per aggiungere altri dati.

Comunque proseguendo a questo punto la simulazione con Play, si vedrà la JUICE avvicinarsi pian pianino al pianeta Giove: all’atto dell’incontro la simulazione si fermerà, dato che attualmente i dati forniti da HORIZONS (JPL/NASA) si fermano a quella data.

Probabilmente molto prima degli otto anni necessari a raggiungere il pianeta gigante, HORIZONS fornirà i dati successivi all’incontro con Giove e relativi alle complesse evoluzioni che la sonda effettuerà per incontrare i satelliti galileiani: sicuramente ne parlerò a tempo debito, realizzando una nuova versione del programma relativa a questa parte del volo della JUICE.

Qualche annotazione a margine

Come ho avuto modo di dire altre volte, negli States le informazioni relative a sonde e a notizie in genere provenienti d’oltre oceano non sono trattate allo stesso modo con cui parlano di sonde della NASA, di eclissi che interessano le americhe e quant’altro. Almeno questa è una sensazione puramente personale.

Mi sembra di poter dire che dalle parti della NASA sono (giustamente, però!) in fibrillazione per il lancio della sonda Europa Clipper che avverrà ad ottobre dell’anno prossimo: questa sonda, dopo GA con la Terra e Marte una volta arrivata dalle parti di Giove, entrerà in orbita del satellite Europa.

In particolare la sonda sarà più veloce della JUICE, tant’è che arriverà dalle parti di Giove più di un anno prima della sonda dell’ESA, nell’aprile 2030, fatto di cui molto probabilmente la NASA ne va fiera!!

Già… Questo fatto non vi ricorda vagamente la questione delle sonde “Panda” e “Ferrari” dei miei articoli sulle sonde aliene?

Comunque a parte questi campanilismi (che magari vedo solo io…), negli anni 30, intorno a Giove orbiteranno ben due sonde sofisticatissime e ne vedremo davvero delle belle.

Rimanete sintonizzati! Anche se ci sarà da attendere qualche annetto…