Le missioni spaziali, si sa, richiedono una minuziosa e complessa preparazione che inizia molti anni prima del lancio. Inoltre, non è infrequente che, durante la fase di studio e analisi, si apra davanti agli occhi dei ricercatori una pletora di potenzialità da esplorare, non considerate nel progetto iniziale. Gaia costituisce una caso emblematico in tal senso, e le inaspettate ed entusiasmanti scoperte di cui si sta rendendo protagonista stanno rivoluzionando l'astronomia. Per questo è stato, è, e sarà necessario il coinvolgimento di moltissimi scienziati, ognuno dei quali impegnato ad inserire la propria tesserina in un immenso e meraviglioso puzzle di Scienza e Conoscenza. Uno di questi lo conosciamo molto bene ed è arrivato il momento di parlare del suo contributo a Gaia!

Iniziamo col riproporre quanto il nostro Enzone ha scritto pochi giorni prima del lancio di Gaia, avvenuto il 19/12/2013:

Durante gli ultimi anni di lavoro, prima di andare in pensione (all'inizio del nuovo millennio), ero stato scelto dall’ESA come co-responsabile (insieme a un collega francese) del gruppo di lavoro sulla scienza dei corpi minori, fattibile con la missione Gaia che sta per partire. Diretta a una visione tridimensionale di gran parte della nostra galassia e a una precisione mostruosa delle posizioni di milioni e milioni di stelle, è “costretta” a guardare anche ciò che sta tra noi egli astri lontani. Ne segue che osserverà decine di volte tutti gli asteroidi che vagano nello spazio interplanetario. Centinaia di migliaia di oggetti di cui avremo magnitudine, colore e posizione perfetta, per tante volte e in posizioni sempre diverse.

L’unico tipo di Scienza che si pensava di poter fare era quello di rifinire le orbite, calcolare le masse di un centinaio di asteroidi medio grandi e scoprire molti Inner Earth Asteroid (quelli che vivono costantemente entro l’orbita terrestre e di cui ero stato il primo a fare uno studio teorico-statistico). Oltre, ovviamente, alla scoperta di un elevato numero di NEA e di una loro determinazione accurata.

Insomma, le classiche e importantissime cose di inizio millennio. Tuttavia, come ben sa il nostro amico astronomo dilettante Lorenzo Franco, assidue e continue osservazioni della magnitudine di un asteroide, in opposizioni diverse, possono permettere dopo anni e anni, di risalire alle caratteristiche fisico-geometriche quali asse di rotazione e forma triassiale dell’oggetto. Pensate che con un metodo del genere, eseguito da Terra, ero riuscito a determinare asse, forma, estensione e posizione della macchia d’albedo su Vesta, ben prima che l’osservasse direttamente Hubble e confermasse i miei risultati “terrestri”, con un minimo errore.

Avevo anche delineato un metodo semi-analitico per determinare polo e la forma di un oggetto irregolare (QUI). Insomma, lasciatemelo dire, ero un punto di riferimento per gli studi fotometrici dei corpi minori e non per niente ero stato Presidente dell’Unione Astronomica Internazionale per la fisica dei corpi minori.

L’idea mi venne poco prima di un congresso GAIA che si teneva a Bordeaux e proprio là presentai l’idea generale che, affinata, presentai nuovamente a Besancon poco dopo.

Niente di speciale, il solito uovo di Colombo. Un asteroide da un punto di vista geometrico e fisico ha alcuni parametri sconosciuti: polo dell’asse di rotazione (due coordinate), forma triassiale (due rapporti tra i tre semiasse), periodo di rotazione (un valore), senso di rotazione e obliquità (un parametro un po’ meno intuibile). In altre parole, la magnitudine di una singola osservazione di un asteroide può essere espressa con una funzione di sette parametri sconosciuti. Beh… teoricamente, basterebbero sette osservazioni per risolvere un sistema di sette equazioni in sette incognite e il gioco sarebbe fatto.

Sappiamo, però, che questo non capita mai a causa degli errori impliciti nei dati e nelle approssimazioni fatte. Si usano allora i minimi quadrati. Si cercano molte più equazioni rispetto alle incognite e poi si fanno delle medie riducendo gli errori. Insomma, un trucco matematico usato normalmente per quasi tutti i tipi di osservazione. Con Gaia eravamo a cavallo perché, nel giro di un paio di anni, avremmo avuto a disposizione decine e decine di osservazioni con configurazioni geometriche molto diverse tra loro (da Terra bisogna aspettare anni e anni per fare su pochi oggetti ciò che Gaia può ottenere con grande precisione in poche settimane e su decine di migliaia di asteroidi).

In poche parole, da quella massa enorme di osservazioni di luminosità si poteva risalire alla determinazione dei sette parametri fondamentali per definire le proprietà geometriche e fisiche di un numero incredibile di asteroidi. Si sarebbe avuto un insieme di dati mostruosamente grande per decine e decine di studi evolutivi sulla fascia dei piccoli pianeti, degli effetti delle loro interazioni catastrofiche e anche sullo studio sistematico delle famiglie di cui mi considero una specie di papà (vedi Wikipedia QUI e QUI).

All’inizio la mia idea ha trovato molti oppositori, ma riuscii a convincerli con dati di fatto e simulazioni ad hoc. Alla fine è stata accettata dall’ESA come strategia operativa ufficiale della missione.

(Vincenzo Zappalà - 15/12/2013)

Documenti originali:

• Physical parameters of Asteroids from GAIA Photometry   https://www-n.oca.eu/tanga/SSWG/Papers/Besancon/zappala.pdf    (2003)
• Science of the Solar System with GAIA     https://slideplayer.com/slide/8531837/   (2003)

 

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Continuiamo con quanto scritto sul sito dell'ESA a proposito del contributo che Gaia sta dando alla conoscenza degli asteroidi:

 

L'articolo che segue è la traduzione di questo http://sci.esa.int/gaia/58562-challenges-closer-to-home-gaia-s-asteroids/

Il satellite Gaia dell'ESA è probabilmente più conosciuto per quell’impressionante miliardo di stelle che sta censendo nel cielo, ma la sua mappatura della Via lattea non si limita agli abitanti più grandi. Infatti, mentre traccia le stelle, fornisce anche informazioni vitali sulla popolazione di asteroidi del Sistema Solare: un contributo essenziale all'obiettivo generale della missione di indagare sull'origine e l'evoluzione della nostra Galassia.

Lanciato nel 2013, Gaia ha iniziato ad operare a metà 2014, raccogliendo il testimone della precedente missione dell’ESA, Hipparcos, il primo satellite a tracciare le posizioni stellari. La strategia osservativa di Gaia, con ripetute scansioni dell'intero cielo, non solo consente di mappare più di un miliardo di stelle (circa l'1% della popolazione stellare della nostra galassia) ma di scoprire e analizzare pianeti extrasolari, nane brune, supernove e quasar distanti, così come asteroidi, piccoli pianeti e satelliti planetari nel nostro sistema solare.

Alcuni di questi oggetti “minori” possono essere considerati un fastidio per chi è interessato a studiare le stelle, ma cioè che è fastidioso per qualcuno, è un tesoro per qualcun altro… e gli asteroidi non fanno eccezione.

"Gli asteroidi del sistema solare, che appaiono come punti luce nei dati, sono spesso considerati delle noie dagli scienziati che mappano le stelle", spiega Paolo Tanga, planetologo dell'Osservatorio della Costa Azzurra, in Francia, responsabile dell'elaborazione delle osservazioni del sistema solare. "Ingombrano il campo visivo e sono fonte di confusione nella ricerca di anomalie stellari. Ma, una volta identificati gli asteroidi, le osservazioni di Gaia possono essere sfruttate per studiare questi preziosi corpi rocciosi, costruendo il più ricco campione di orbite precise e proprietà fisiche mai conosciuto. Inoltre, nel processo di rilevamento, vengono anche scoperti nuovi asteroidi".

Il contributo di Gaia alla scienza degli asteroidi

Al momento, ci sono più di 700.000 asteroidi identificati nel Sistema Solare, ma si calcola che ce ne siano molti di più là fuori, e ognuno di essi è ciò che resta dopo la formazione dei pianeti avvenuta ai primordi del Sistema Solare. Si prevede che Gaia osserverà più di 350.000 di queste capsule del tempo mentre effettuerà le sue ricerche, fornendo informazioni di grande valore agli astronomi che stanno studiano la formazione del Sistema Solare.

"Esaminare un numero così grande di asteroidi”, continua Tanga "permetterà agli astronomi di creare un modello che descriva l'evoluzione degli asteroidi dalla fascia principale - che si trova tra Marte e Giove - alla regione vicina alla Terra, e la sua accurata fotometria, oltre agli spettri a bassa risoluzione, renderà possibile studiarne le proprietà fisiche ad un livello mai raggiunto prima".

Per gli asteroidi già conosciuti, Gaia fornirà dati fotometrici, spettroscopici e astrometrici sempre più accurati; in particolar modo quelli su cui si basano i calcoli della magnitudine assoluta, che sono la principale fonte di incertezza negli attuali modelli asteroidali.

Inoltre, Gaia fornirà dati provenienti da zone del cielo non ancora completamente osservate,esaminando le quali, potrà scoprire nuovi asteroidi, in particolare quelli vicini al Sole, che dalla Terra vediamo ad alte latitudini sopra il piano dell'eclittica.

Per contribuire all’identificazione di asteroidi, raccogliendo dati utili su di essi e scoprendone di nuovi, Gaia si affida a software avanzati e partnership globali.

Individuare un asteroide: ora lo vedi, ora no.

Gli asteroidi vengono identificati durante il processo di mappatura. Mappare le stelle richiede che Gaia osservi il cielo dozzine di volte, sovrapponendo le immagini della stessa porzione di cielo da diverse angolazioni per ottenere un'immagine più completa. Queste immagini multiple sono elaborate da un software noto come il software IDT (Initial Data Treatment), sviluppato in gran parte presso l'Università di Barcellona e gestito presso il Centro di elaborazione dati presso l' European Space Astronomy Centre (ESAC), la sede dell'ESA in Spagna.

Il software incrocia le posizioni delle sorgenti luminose stazionarie con quelle di precedenti rilevazioni di sorgenti nella stessa posizione sul cielo: se lo stesso oggetto è identificato in più immagini nella stessa posizione, è in effetti una singola stella catturata più volte.

In queste immagini, poiché sono molto più vicini alla Terra, gli asteroidi sembrano muoversi rispetto alle stelle e, spesso, se sono presenti nell'istantanea di un'area, scompaiono nella successiva. Tutti gli oggetti che vengono osservati ma non possono essere abbinati dall'IDT alle precedenti osservazioni di quell'area sono, in linea di principio, non stelle ma oggetti del Sistema Solare: questi sono, per la maggior parte, gli asteroidi di Gaia.

Per testare la capacità del software di rilevare gli asteroidi, sono stati confrontati gli asteroidi identificati da Gaia con le posizioni previste di un campione di 100.000 asteroidi le cui orbite erano già note ed è stato riscontrato che è molto efficiente.

"Abbiamo scoperto che le rilevazioni fatte da Gaia sono in buon accordo con le aspettative ", spiega Benoit Carry (Osservatorio di Parigi / IMCCE e Osservatorio della Costa Azzurra, Francia). "Questo è molto incoraggiante e significa che possiamo allertare tranquillamente la comunità astronomica quando troviamo anomalie, che si prevede siano oggetti del Sistema Solare, in modo che possano intraprendere le importantissime misurazioni di follow-up ".

Divertirsi con gli oggetti del Sistema Solare

Una volta che Gaia scova un asteroide sconosciuto, è di vitale importanza che le misurazioni di follow-up siano fatte rapidamente per convalidare il rilevamento e misurare meglio l'orbita e le proprietà fisiche dell'asteroide.

Ciò è particolarmente importante in quanto, sebbene ogni oggetto sarà visto da Gaia in media settanta volte, alcuni oggetti vicini alla Terra lo saranno solo poche volte, dopodiché scompariranno dal campo visivo di Gaia. Ciò non è sufficiente per calcolare con precisione l'orbita di un asteroide pertanto, dopo solo pochi giorni, l'incertezza sulla posizione dell'asteroide nel cielo diventa così grande che è improbabile che possa essere ritrovato da Terra.

La necessità di un rapido follow-up è stata il motivo per cui è nata la Rete Follow-Up Gaia per gli oggetti del sistema solare (Gaia-FUN-SSO): cercare l'oggetto il prima possibile, mentre ha ancora un'area di ricerca gestibile, confermare le scoperte di Gaia da Terra, e perseguire obiettivi interessanti.

"Il Gaia Follow-Up Network comprende quasi settanta ricercatori, sparsi in tutto il mondo, che sono pronti a ricevere un allarme quando una nuova anomalia, ritenuta essere un asteroide, viene osservata", spiega William Thuillot (Osservatorio di Parigi / IMCCE, Francia), coordinatore della rete terrestre. "Questi ricercatori possono quindi eseguire le misurazioni precise da terra delle posizioni e dei movimenti dell'oggetto, necessarie per aprire nuovi orizzonti nella conoscenza degli asteroidi. Inoltre, se l'anomalia si rivela essere un asteroide di recente scoperta, la rete può inviare queste informazioni al Minor Planet Center, da cui il sistema Gaia può aggiornare il suo catalogo, in continua espansione, di oggetti del Sistema Solare. "

Gaia svolgerà un ruolo importante nel contribuire alla conoscenza delle caratteristiche fisiche e dinamiche delle popolazioni di asteroidi e persino a scoprirne di nuove, ma si baserà, come gran parte dell'astronomia, sulla collaborazione. Gaia condividerà e avviserà la comunità di dati interessanti e la rete Gaia-FUN-SSO fornirà, a sua volta, un ampio e sistematico seguito degli asteroidi e degli altri oggetti del Sistema Solare, scoperti da Gaia.

Ultimo aggiornamento:   9 febbraio 2017

 

 

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Concludiamo con un pizzico di amarezza...

Poco dopo avere avuto l'idea di usare Gaia per approfondire la conoscenza degli "amici asteroidi" e avere tracciato la via da seguire, il nostro Enzo è andato in pensione, lasciando il testimone ai collaboratori dell'Osservatorio di Torino. Conoscendolo, non credo che ci tenesse ad avere manifestazioni di pubblica riconoscenza, ma vedere il suo nome scomparire del tutto dai documenti ufficiali (nei quali vengono usate addirittura le stesse figure che compaiono nei suoi, pubblicati anni prima), è stato fonte di grande amarezza... un colpo basso portato a segno da chi, in seguito, non è nemmeno stato in grado di mantenere, in questo progetto, la leadership che l'Osservatorio di Torino avrebbe meritato, facendosela soffiare dai colleghi francesi.

• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117707002359?via%3Dihub  (2007)
• The Gaia Mission and the Asteroids. A perspective from space astrometry and photometry for asteroids studies and science.    https://hal.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/472226/filename/Badhof_proc.pdf    (2010)
  

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Un GRAZIE infinito come il Teatro del Cosmo al mio "papà adottivo", per avermi permesso di pubblicare questo articolo, nonostante la tristezza che gli procura rivangare certi ricordi. Una tristezza - spero - mitigata dal lavoro straordinario che Gaia sta compiendo, in parte anche grazie a lui.

QUI potete trovare tutti gli articoli dedicati alla missione Gaia finora pubblicati