Bentornati su Marte!
Ricapitoliamo le esplorazioni che Curiosity, Perseverance e Ingenuity hanno svolto in quest’ultimo mese. C’è poi una significativa “interferenza” nelle attività dovuta all’attuale posizione di Marte in cielo. Si parte!
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La congiunzione di Marte con il Sole
Iniziamo l’articolo chiarendo in cosa consista questa interferenza appena nominata.
Ogni 780 giorni circa Marte si presenta in congiunzione con il Sole. Questo fenomeno non interessa solo gli astrofili ma anche chi gestisce le missioni spaziali. Infatti, almeno per le due settimane in cui il pianeta rosso si presenta a una distanza angolare dalla nostra stella entro i 2 gradi, ogni comunicazione dalla Terra verso gli apparati NASA sulla superficie di Marte (o in orbita attorno a esso) è vietata. Analoghe interruzioni delle attività sono programmate dalle altre agenzie spaziali limitatamente a quelle con satelliti attualmente in orbita marziana: ESA, la cinese CNSA, l’indiana ISRO e l’emiratina UAESA.
Il rischio che si intende evitare è che i dati trasmessi vengano corrotti dall’interferenza dei flussi di particelle energetiche generati dal Sole. In linea di massima i codici a correzione d’errore attualmente implementati, grazie a dei bit ridondati, possono individuare degli errori nei dati e spesso anche operare le opportune correzioni purché la percentuale di bit corrotti sia entro certi limiti. Ma quando si tratta di macchine molto delicate ed estremamente costose un ulteriore incremento del rischio non è accettabile: aumentando la quantità di bit modificati il dato potrebbe venire corrotto in modo da divenire un’istruzione interpretata come valida, eseguita e generare gravi malfunzionamenti. È invece ancora possibile l’invio di dati in direzione opposta, da Marte alla Terra, in quanto nel caso peggiore i dati e le immagini risulteranno danneggiati.
Siamo attualmente nel mezzo della congiunzione marziana del 2023 che sta portando all’interruzione delle attività quotidiane a Terra dall’11 al 25 novembre. Durante questo periodo non vengono inviati nuovi comandi, ma i lavori dei robot non si sono fermati del tutto.
I team delle missioni hanno programmato delle settimane di attività per gli apparati, ai quali sono state preventivamente inviate le istruzioni necessarie e così il personale può restare in attesa della conclusione della congiunzione. La NASA ha deciso di parcheggiare i suoi due rover e l’elicottero in posizioni in sicurezza, dando loro istruzioni per attività “statiche”. Le vedremo ordinatamente nei successivi paragrafi.
Oltre che dalla superficie, altre ricerche possono essere svolte anche dall’orbita marziana e interessare lo studio del Sole. È il caso per esempio di alcuni esperimenti che la sonda ESA Mars Express ha svolto negli anni 2004, 2006 e 2008 in occasione di passate congiunzioni marziane. Il segnale radio della sonda, attraversando l’atmosfera della nostra stella, ha subito una variazione in frequenza che, una volta ricevuta, può essere misurata e analizzata per stimare così la densità della corona solare.
Curiosity e le sue 4000 albe marziane
È un traguardo significativo quello raggiunto dal veterano dei rover marziani, che a inizio novembre ha raggiunto i 4000 Sol sulla superficie di Marte, 11 anni e tre mesi in termini terrestri.
Curiosity è ormai nella sua quarta estensione di missione e il tempo si fa sentire. Le ruote presentano danni severi e la potenza in calo del suo generatore costringe gli scienziati a programmare la sequenza delle sue attività con attenzione sempre maggiore.
Ultimo in ordine di tempo è un problema che si è manifestato nella MastCam di sinistra, una delle due camere che producono immagini a colori ad alta risoluzione e capaci anche di osservazioni in banda stretta. Quest’ultima funzionalità è resa possibile da una ruota di filtri posizionata davanti al sensore, con la quale viene selezionata la lunghezza d’onda che si intende acquisire. Il 19 settembre la ruota dei filtri della Left MastCam è rimasta bloccata in una posizione intermedia tra il filtro verde e quello trasparente, risultando chiaramente visibile nelle immagini.
I tecnici stanno eseguendo periodicamente dei tentativi per sbloccare la ruota forzandone la movimentazione in entrambe le direzioni, ma per il momento senza successo.
Le ruote dei filtri montate dalle due camere non sono perfettamente identiche, quindi se la MastCam di sinistra dovesse rimanere fuori dai giochi si perderebbe la possibilità di eseguire osservazioni in numerose bande a corta lunghezza d’onda con dei limiti sulle possibilità di analisi da remoto delle rocce e del terreno.
Una complicazione ulteriore è dovuta al fatto che le due camere sono a focale fissa, non zoom come le MastCam-Z di Perseverance. La camera di sinistra, con i suoi 34 mm, è quella a focale corta e grandangolare. Questo significa che nel momento in cui la camera di destra (100 mm) dovesse diventare lo strumento di imaging principale, la composizione di un mosaico richiederebbe ben 9 foto per coprire la stessa area che sarebbe stata ripresa dalla Left MastCam in un singolo scatto. Sarebbe un rallentamento non da poco nelle attività di indagine ed esplorazione del rover.
Anche con un occhio solo Curiosity non si ferma
Nonostante questi acciacchi, il rover continua l’esplorazione che sta conducendo mentre gradualmente risale le pendici del rilievo chiamato Monte Sharp alto circa 5 km.
Tra le più recenti attività di Curiosity figura un nuovo prelievo di roccia, il 39esimo in totale. Come potreste ricordare, a differenza di Perseverance, il rover Curiosity non è progettato per conservare i campioni. Si occupa invece della loro analisi direttamente in situ con gli strumenti di cui è corredato.
Questo campione è stato denominato “Sequoia” in riferimento all’omonimo parco nazionale situato nella catena montuosa californiana della Sierra Nevada. Tutte le caratteristiche osservate da Curiosity in queste ultime settimane derivano i loro nomi da località non lontane dal Sequoia National Park in quanto il rover, a metà settembre, è entrato nel quadrante “Bishop”, una piccola cittadina a est della Sierra Nevada, e i nomi delle caratteristiche geologiche e geografiche saranno ispirati a questa regione californiana.
Il foro è stato eseguito il 17 ottobre, Sol 3980, e Curiosity ha immediatamente rilasciato parte della roccia polverizzata all’interno dello strumento di analisi CheMin la cui imboccatura si trova sulla parte superiore del corpo del rover. Dopo due sessioni di analisi con CheMin gli scienziati hanno deciso di procedere con ulteriori indagini tramite lo strumento più energivoro del rover e che abbiamo già incontrato in varie occasioni, SAM (Sample Analysis at Mars).
Le speranze sono di rilevare delle sensibili differenze nella composizione di Sequoia rispetto alle analisi eseguite sul precedente campione, Ubajara, possibilmente dovute alla posizione dell’attuale sito di prelievo che è collocato a un’altitudine 60 metri maggiore.
Nella prima sessione di analisi di SAM svolta tra il 26 e il 27 ottobre è stata eseguita la Evolved Gas Analysis (o EGA). Questa ha fornito risultati interessanti, così il team scientifico intendeva eseguirne una più approfondita chiamata Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMA). La GCMA è stata programmata per la notte del Sol 3994, 30 ottobre, ma qualcosa non ha funzionato come previsto.
Curiosity ha riportato nella telemetria un livello di energia disponibile insufficiente, e così non ha avviato la dispendiosa analisi con SAM. Si è dovuta attendere la successiva finestra di programmazione del rover, quella dei Sol 3994-3995, per conoscere la situazione e inviare nuove istruzioni.
Nel frattempo era iniziato il conto alla rovescia per la congiunzione, così il team ha scelto di semplificare le attività per evitare di rischiare di arrivare a ridosso dell’interruzione delle comunicazioni con uno strumento in necessità di assistenza da Terra. Questo rallentamento ha portato Curiosity ad accumulare parecchia energia nelle sue batterie, che così a inizio novembre è stata impiegata per delle lunghe sessioni fotografiche dei dintorni del rover.
In questo modo è stato possibile portare a termine un grande panorama a 360° dell’area del prelievo Sequoia, acquisito dalle NavCam e assemblato magistralmente dai tecnici del JPL. Ve lo propongo qui.
Davanti al rover è visibile proprio foro del recente prelievo localizzato sulla lastra rocciosa di colore chiaro.
Grazie al fatto che le camere di navigazione sono due e identiche è possibile, scattando in parallelo con entrambe, generare una ricostruzione stereografica dell’ambiente. Il Jet Propulsion Laboratory ci fornisce anche questa bella composizione tramite un anaglifo, apprezzabile con l’uso dei comuni occhialini 3D rosso/ciano.
Stando agli ultimi aggiornamenti da parte della NASA, Curiosity dovrebbe avere ancora parte della polvere del prelievo Sequoia nel suo trapano. Le analisi potrebbero proseguire al termine della congiunzione, che sarà invece occupata con attività di monitoraggio ambientale del cielo marziano e con periodiche osservazioni alla ricerca di dust devil.
Un nuovo prelievo per Perseverance
Nel precedente articolo avevamo lasciato il potente rover al termine di un’attività di abrasione sulla lastra rocciosa Turquoise Bay, con l’ipotesi che da lì a breve sarebbe potuto avvenire un prelievo. Difatti così è stato, e nel Sol 942 (14 ottobre) il rover ha eseguito la perforazione con il suo trapano a percussione.
La ripresa è stata affidata alle HazCam frontali.
Il campione è stato poi sigillato nella sua fiala il 21 ottobre. Il nome che gli è stato assegnato è Lefroy Bay, e si va ad aggiungere agli altri 22 contenitori sinora messi al sicuro da Perseverance.
Le immagini multispettrali ottenute dai satelliti hanno evidenziato che in questa ristretta area della Margin Unit c’è una concentrazione particolarmente elevata di carbonati, i minerali nominati spesso negli ultimi mesi in queste cronache e che si formano in presenza di acqua e le cui caratteristiche li rendono ideali per preservare le tracce di vita microbica. Quindi analizzare il campione Lefroy Bay sarà di particolare interesse per gli scienziati che ci metteranno le mani sopra.
Nei Sol successivi Perseverance ha svolto alcune osservazioni fotografiche nei dintorni di Turquoise Bay che vi propongo in tre ampi mosaici realizzati a partire da centinaia di foto delle MastCam-Z.
Nel Sol 950 termina la stazionarietà di Perseverance che riprende il suo spostamento verso il luogo di grande interesse, congiunzione fra tre unità geologiche, Jurabi Point.
I tre blocchi che vanno a intersecarsi sono l’unità carbonatica marginale a sud ovest, l’unità costituita dal cono alluvionale a nord, ricco di depositi sedimentari, e l’unità costellata di grandi rocce a est parzialmente esplorata in estate.
Quest’ultima regione, l’ultima a essersi formata, è quella che gli scienziati hanno nel mirino per eseguire delle datazioni sui radionuclidi cosmogenici. Questo metodo di indagine su Marte sfrutta il costante bombardamento della superficie da parte di raggi cosmici ad alta energia generati dalle supernove. Tali raggi penetrano solo per circa un metro sotto la superficie del pianeta. Quando ad esempio colpiscono un masso appena depositato causano la frammentazione dei nuclei degli elementi chimici presenti nella roccia, un fenomeno fisico noto come spallazione. Misurando la concentrazione dei frammenti risultanti, ossia gli isotopi appena formati, è possibile calcolare per quanto tempo il masso è rimasto esposto entro un metro dalla superficie. L’ intervallo temporale risultante fornisce un limite utile per stimare quando i massi sono stati depositati sul conoide alluvionale.
Tra il Sol 950 e il 952 il rover si sposta verso nord percorrendo poco più di 450 metri e offrendoci nuove visuali di Marte.
Una piccola nota riguarda quello che sembra apparentemente un esperimento eseguito dal rover che ha ripreso il Sole seguendone il movimento nel cielo, in vari intervalli di tempo, nell’arco complessivamente di un’ora. Dall’elaborazione dei 320 fotogrammi disponibili è possibile ottenere un’interessante immagine del Sole catturata dalla superficie di Marte. Il fatto che il giorno della ripresa, il 25 ottobre, mancassero ormai poche settimane alla congiunzione del pianeta significa che questo fotografato era per noi il lato nascosto della nostra stella.
Il 31 ottobre (Sol 958), percorrendo altri 105 metri verso nord, Perseverance giunge finalmente nell’anelato Jurabi Point, la tripla giunzione. La posizione è segnata nella mappa sottostante con il marker blu, i piccoli segnaposto rossi individuano invece le posizioni in cui sono stati effettuati i prelievi.
Il rover non perde tempo e dopo essersi, diciamo così, guardato attorno come testimoniato nelle immagini qui sopra (orientate verso sud e verso est), il giorno seguente inizia un altro spostamento verso l’accidentata unità costellata di grandi massi.
Nei due Sol che seguono Perseverance percorre complessivamente altri 300 metri, stavolta verso est, raggiungendo le località Gnaraloo Bay nel Sol 959 e Airey Hill nel 960.
È da quest’ultima posizione che Perseverance attenderà la fine della congiunzione. Eseguirà osservazioni dell’ambiente e delle nuvole, rilevazioni meteo con lo strumento MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer), scansioni del sottosuolo con il radar RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment) e registrazioni audio con i suoi microfoni. Dal 29 novembre ripartiranno i contatti del rover con la Terra ed è molto probabile che vedremo una nuova abrasione seguita da un prelievo, vista la rilevanza scientifica di questi terreni.
Nel frattempo l’elicottero Ingenuity, parcheggiato a 1058 metri da qui, attenderà anch’esso il suo turno di tornare al lavoro. Le sue ultime settimane sono state ricche di attività, ve le racconto nel dettaglio.
Aggiornamenti da Ingenuity
Dopo il volo numero 61 raccontato nel precedente articolo, che ha visto l’elicottero marziano eseguire un vero e proprio test raggiungendo i 24 metri di altitudine, Ingenuity ha ripreso le attività di spostamento.
Il 12 ottobre, come programmato, è stata eseguita la 62esima attività nel corso della quale il nostro drone si è mosso verso nord est con ritorno pressappoco alla posizione di partenza. L’attività ha coperto complessivamente 268 metri che hanno espanso ulteriormente il profilo di volo con cui il velivolo potrà operare in sicurezza: infatti Ingenuity ha toccato addirittura i 10 metri al secondo di velocità a una quota di 18 metri.
Possiamo ricostruire e osservare l’intero volo grazie alle foto scattate dall’elicottero e che ho qui ricomposto in un video velocizzato di 2.5 volte. L’estrema velocità raggiunta da Ingenuity è intuibile dall’inclinazione dell’orizzonte che raggiunge i 45° sia in fase di spostamento che di “frenata”!
Il volo 63 è avvenuto il 19 ottobre e Ingenuity è tornato a parametri di volo più standard ma accumulando comunque parecchi metri percorsi, ben 579, in direzione sud ovest. La durata del volo è stata di 143 secondi. Nel video si evidenzia che Ingenuity si sia praticamente fermato dopo aver percorso le prime decine di metri. Non è chiara la ragione di questo, anche perché la sosta non è coincisa con delle foto della camera a colori. Il volo si conclude su una regione sabbiosa, selezionata appositamente per garantire un atterraggio in sicurezza. In questo modo è stato semplificato il lavoro del software di navigazione incaricato di scansionare il terreno per individuare un’area ideale evitando eventuali rocce. Questa funzionalità era stata sviluppata e installata su Ingenuity successivamente all’arrivo su Marte, precisamente nell’aggiornamento R8.0 caricato a ottobre 2022, nel momento in cui la complessità delle attività andava aumentando di pari passo con le asperità dei terreni che l’elicottero si trovava a sorvolare.
Il 27 ottobre viene comandata una nuova attività per l’elicottero che percorre 411 metri in poco meno di 140 secondi. Lo spostamento avviene in due tratte, una verso nord ovest e una verso nord, di lunghezze all’incirca equivalenti. L’airfield, ovvero il luogo di atterraggio selezionato, è una striscia sabbiosa che costeggia un declivio abbastanza marcato. L’altezza è facilmente intuibile dalle belle immagini della camera a colori osservabili nel video del volo.
Passano alcuni giorni e il 2 novembre Ingenuity vola ancora. È un’attività decisamente breve che ha lo scopo di spostare l’elicottero di appena 7 metri verso ovest per riposizionarlo in vista della congiunzione marziana.
Data l’impossibilità di svolgere nuove attività aeree gli scienziati hanno avuto l’idea di usare Ingenuity e le sue camere per degli studi più “statici” di Marte. Sfruttando la sua posizione sulla collina sabbiosa l’elicottero fotograferà a intervalli regolari il terreno attorno a lui per analizzare il modo in cui la regolite marziana si sposta grazie al debolissimo vento nell’atmosfera del Pianeta Rosso. Queste informazioni saranno poi correlate con le misurazioni meteorologiche eseguite dal rover Perseverance.
Il 2 novembre viene eseguita un’ulteriore piccola correzione per Ingenuity che si sposta di mezzo metro verso sud con un rapidissimo volo di 23 secondi a 3 metri di quota. Viene eguagliata così l’altitudine del volo più basso mai eseguito, il primo. Per qualche ragione le immagini di questo volo, il 66esimo, non sono state diffuse tra le consuete immagini grezze messe a disposizione degli appassionati. Sono stato diffuse solo due fotografie a colori, ottimamente calibrate dal team del JPL. La prima di esse, scattata durante il volo, mostra la collinetta sabbiosa già menzionata e le quattro piccole orme dei piedi di atterraggio dell’elicottero.
La seconda foto è scattata successivamente all’atterraggio. Mostra chiaramente le orme dell’atterraggio del precedente volo, quello numero 65. Queste potrebbero venire usate come riferimento per gli studi fotografici attualmente in corso.
Anche per questo lunghissimo aggiornamento da Marte è tutto, alla prossima puntata.
