Crediti immagine: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker

Plutone all’orizzonte!

La missione New Horizons

Per oltre 70 anni, Plutone è stato il pianeta più buio, freddo e lontano*. Un mondo misterioso ai confini del sistema solare, così particolare e diverso dagli altri che fin dalla sua scoperta sono stati molti i sopraccigli alzati di fronte all’appellativo di “pianeta”. Fino a quella fatidica delibera della Unione Astronomica Internazionale del 2006, in cui il suo status veniva ripensato. Ma mentre Plutone perdeva il suo posto tra i pianeti, una sonda era già in viaggio verso questo mondo remoto per svelarne i segreti e superare i nostri orizzonti: la missione New Horizons.


L’ultimo dei primi, il primo degli ultimi

Fin dalla sua scoperta, avvenuta nel febbraio del 1930, Plutone è sempre stato un po’ il membro speciale della famiglia, come lo zio svitato che si presenta sempre al cenone di capodanno con un berretto rosso di sghimbescio e il naso da renna. Il suo scopritore, Clyde Tombaugh, era convinto di aver trovato il misterioso corpo disturbatore che alterava l’orbita del pianeta Urano, facendola deviare dalle aspettative più di quanto fosse spiegabile con Nettuno. Dopotutto già quest’ultimo era stato trovato con dei calcoli matematici dalle deviazioni di Urano dall’orbita perfetta.

Nel giro di pochi anni però si scoprì che questo oggetto, debolissimo nelle lastre fotografiche, non poteva essere il pianeta gigante e strattonatore auspicato da Tombaugh. Le stime delle sue dimensioni vennero continuamente riviste al ribasso, finché nel 1978 (con la scoperta della luna Caronte) non ne venne calcolata esattamente la massa: un sesto della nostra Luna. Ridicolmente poco rispetto agli altri otto pianeti conosciuti. Per non parlare della sua orbita! Molto più eccentrica e allungata, e soprattutto molto inclinata rispetto a quelle degli altri otto. Come se non bastasse, Plutone era un suddito gravitazionale di Nettuno, obbligato a compiere due orbite ogni tre anni nettuniani.

Nel 1989 la sonda Voyager 2 sorvolò proprio Nettuno, concludendo in tal modo un lungo tour esplorativo del Sistema Solare esterno. Le nuove stime di massa di tale pianeta compiute grazie ai dati della sonda mostrarono che non c’era nessuna perturbazione inspiegata nell’orbita di Urano: semplicemente Tombaugh aveva i numeri sbagliati, e aveva scoperto Plutone per puro caso. Gli astronomi allora cominciarono a pensare che forse Tombaugh non era stato incalcolabilmente fortunato, ma si era limitato a scoprire uno dei tanti oggetti che bazzicano alla periferia del Sistema… e avevano ragione.

Ritratto di famiglia (artistico tranne che per Plutone e Terra) dei più grandi oggetti Trans-nettuniani oggi noti.
Crediti immagine: Wikipedia/Lexicon**

Perché appena cominciarono a cercare, con strumenti ben più potenti di quelli disponibili nel 1930, le scoperte cominciarono a fioccare. Si iniziò a parlare addirittura di cintura degli asteroidi esterna, o fascia di Edgeworth-Kuiper. E nel 2005 ci fu un ribaltamento, perché fu trovato un corpo ancora più lontano di Plutone, ancora più freddo, e indipendente da Nettuno: 2003 UB313. E dopo un altro, e un altro ancora, tutti di dimensioni simili. Tra gli astronomi iniziò una furiosa discussione: era palese che oltre Nettuno c’era una grande cintura di corpi ghiacciati, alcuni grandi persino come Plutone, e che quindi questi non poteva essere un caso speciale. O erano tutti pianeti, o serviva una categoria a parte. Sappiamo com’è finita, e da agosto 2006 Plutone è il più grande e il più famoso dei cinque pianeti nani. Da ultimo dei primi, a primo degli ultimi. Ah, 2003 UB313 ora ha un nuovo nome: Eris, come la dea della discordia e del litigio. Ma tutto questo baccano era ancora nel futuro quando, il 19 gennaio 2006, New Horizons lasciò la Terra alla volta dell’ultimo pianeta inesplorato.

In viaggio verso l’ignoto

La genesi di New Horizons è stata lunga e travagliata. I primi piani vennero formulati già nel 1992 (venne chiesto persino a Tombaugh il permesso di visitare il pianeta!), ma fu solo nel 2001 che emerse il design della sonda. Che venne quasi subito cancellata, per poi essere ripristinata nel 2003 con priorità assoluta. La costruzione fu rapida, e a gennaio del 2006 era pronta a partire.

La sonda New Horizons al Kennedy Space Center, poco prima del lancio.
Crediti: NASA

La aspettava un lungo viaggio: Plutone dopotutto è molto lontano, e anche partendo alla velocità più alta possibile per i nostri razzi sarebbero comunque serviti molti anni. In soccorso giunse il pianeta Giove, la cui gravità poteva essere sfruttata per accelerare molto New Horizons verso il pianeta esterno, e incontrare prima il suo obiettivo. Bisognava essere rapidi però, perché l’allineamento necessario si verifica solo ogni circa 12 anni, e non si poteva perdere per nessun motivo la finestra di lancio del 2006. Come ora sappiamo, il team del John Hopkins Applied Physics Laboratory riuscì splendidamente nel compito.

Eccoci dunque al 19 gennaio 2006, data in cui il razzo Atlas V 551 che conteneva la sonda partì dal pad di lancio 41 di Cape Canaveral. Era la prima volta che questo razzo componibile veniva usato in tale configurazione, massimizzata in ogni aspetto per spremere quanta più velocità possibile. New Horizons poi era pure leggerina: appena 578 kg. Questo fece sì che la sonda divenne l’oggetto più rapido mai lanciato dalla Terra, a oltre 58.000 km/h e direttamente su una traiettoria di fuga dal Sistema Solare. Nel giro di nove ore aveva già superato l’orbita della Luna.

Partenza del razzo Atlas V 551 con in cima la sonda New Horizons, 19 gennaio 2006.
Crediti: Kim Shifflet

Dopo una serie di manovre e test che tennero la sonda impiegata per un annetto, arrivò il momento dal grande incontro: il 28 febbraio 2007 New Horizons passò ad “appena” 2,3 milioni di km da Giove, ricevendo una spinta gravitazionale di oltre 14.000 km/h e accorciando il suo viaggio verso Plutone di addirittura 3 anni. Durante questo sorvolo gli strumenti della sonda vennero intensamente testati e utilizzati sulle lune di Giove, realizzando quelle che tutt’oggi sono le migliori immagini mai ricevute da tale sistema. Nel frattempo la IAU aveva appena riclassificato il pianeta nano, ma questa cosa non importava né alla sonda né tantomeno a Plutone: il viaggio continuava.

Ora iniziava la parte noiosa. Dopo il sorvolo di Giove e l’aggiustamento dell’orbita si ebbe una prima stima della data di arrivo nel sistema plutoniano: luglio 2015. La sonda venne messa in ibernazione profonda, e iniziò l’attesa. Ogni tanto la si svegliava per verificare che fosse ancora tutto in ordine. Nel 2008 passò Saturno, nel 2010 Urano, nel 2013 Nettuno. Strada facendo gli strumenti raccoglievano informazioni su eliosfera e vento solare, e i navigatori raccoglievano immagini per pianificare il fugace incontro con Plutone e il suo sistema.

Spettacolare fotografia della luna gioviana Io catturata durante un’eruzione della titanica Tvashtar Patera, uno dei vulcani più grandi e potenti del Sistema Solare. La colonna eruttiva raggiunge i 290 km di quota. Crediti: NASA/JHUAPL/SwRI

Il Principe della fascia di Kuiper

Il 7 dicembre del 2014 iniziò la fase clou della missione. New Horizons venne riattivata e si iniziarono le osservazioni di Plutone e delle sue lune. Lentamente, settimana dopo settimana, le fotografie divennero sempre più nitide, e i due mondi cominciarono a mostrare le loro caratteristiche. In tutto il mondo cominciò a destarsi l’interesse mediatico per questa avventura, cominciata quasi in sordina quasi 9 anni prima e ora giunta al suo coronamento.

Plutone e Caronte fotografati da LORRI il 29 giugno 2015, due settimane prima del flyby. Cominciano a distinguersi i primissimi dettagli.
Crediti: NASA/JHUAPL/SwRI

Nel frattempo gli astronomi avevano scoperto con il telescopio Hubble altre quattro lune per Plutone: a Caronte si aggiunsero nel 2005 Notte e Idra, e nel 2011 Cerbero e Stige. Poco più che sassi grandi qualche chilometro a confronto di Caronte e Plutone, ma nondimeno estremamente interessanti. E preoccupanti: sembrava infatti che attorno a Plutone ci fosse molto più materiale del preventivato, e c’era quindi la possibilità che la sonda incontrasse polveri o detriti nel corso del suo flyby. Un impatto sarebbe stato catastrofico, e furono quindi preparati dei piani di contingenza… che però non vennero applicati quando (con il migliorare della qualità delle osservazioni) si capì che il sistema plutoniano era pulito.

Composizione che mostra insieme le migliori immagini globali mai ottenute di Plutone e Caronte, con i colori saturati per mostrarne le caratteristiche geologiche principali.
Crediti: NASA/JHUAPL/SwRI

Ad aprile i due mondi vennero fotografati come puntini di luce in orbita vicendevole. A giugno come dischetti su cui si intravedeva qualche dettaglio. Dettagli che di giorno in giorno aumentavano. La tensione continuava a crescere, e nelle sale controllo (e stampa) della missione era palpabile; ormai c’era una data precisa: il sorvolo sarebbe avvenuto il 14 luglio 2015. Il 4 luglio New Horizons saltò una sessione di comunicazioni facendo temere il peggio, a causa di un errore software, ma fu rapidamente ricontattata e sistemata. La sequenza di comandi ormai era pronta e testata, Plutone era all’orizzonte. Ora si trattava di attendere i dati.

Il 14 luglio alle 13:49 italiane New Horizons passò ad appena 12.400 km dalla superficie di Plutone, mentre si trovava a oltre 4,8 miliardi di km dal Sole. Noi qua sulla Terra eravamo totalmente all’oscuro, perché la sonda era troppo impegnata a compiere le sue osservazioni scientifiche per comunicare con noi. Finalmente, alle 3:00 di mattina del 15 luglio, dopo 22 ore di silenzio radio pianificato, fu ricevuto il segnale di conferma! New Horizons aveva sorvolato da vicino Plutone e Caronte, e aveva i supporti di memoria completamente zeppi di dati. La missione era stata un successo assoluto. Cominciò quindi il lento download dei dati, circa 6,25 GB alla velocità di 1 kbps. Il trasferimento venne completato a ottobre del 2016.

Mappa globale di Plutone, con le principali caratteristiche annotate.
Crediti: JPL/NASA

Plutone si rivelò essere molto più entusiasmante delle attese. I planetologi si aspettavano di trovare un mondo banalmente piatto e coperto uniformemente di crateri, con magari qualche macchia più chiara e scura (stando alle migliori immagini di Hubble fino a quel momento disponibili). E invece di fronte ai nostri occhi c’era un mondo vibrante di colori, ricco di pianure, montagne, crateri e spaccature. Un’immensa fascia scura seguiva l’equatore del pianeta (regione Khrun), e veniva interrotta da una vasta pianura biancastra a forma di cuore (la regione Tombaugh). In questo vero e proprio mare di azoto solido, formatosi in una qualche depressione del pianetino, c’erano addirittura delle isole di ghiaccio d’acqua galleggianti, vere e proprie montagne spaccate in innumerevoli blocchi. A nord era chiaramente visibile una calotta polare fatta di ghiaccio di metano, e il resto del paesaggio era solcato da spaccature e strutture geologiche che ricordano i penitentes andini. Vennero persino identificati due possibili criovulcani.

Anche Caronte stupì i ricercatori al di là di ogni aspettativa. La “piccola” luna (grande la metà di Plutone) era come divisa in due. Un emisfero estremamente ruvido e accidentato, e uno molto più liscio e uniforme. Anche il satellite sembrava possedere una calotta polare, chiamata affettuosamente regione Mordor, ma quello che intrigava di più era la sutura tra i due emisferi: una lunghissima spaccatura, confrontabile al Grand Canyon terrestre, caratterizzata da blocchi che si erano spostati o semisprofondati. I planetologi lavorano ancora oggi ai dati ottenuti dalla sonda, e continueranno a farlo per decenni a venire.

Nuovi orizzonti

Il nome della sonda non fu scelto a caso. New Horizons si sarebbe spinta là dove non avevamo mai mandato una sonda interplanetaria, nella cintura esterna di corpi ghiacciati che circonda il Sole, la fascia di Edgeworth-Kuiper. Certo, le sonde Voyager 1 e 2 la avevano già attraversata ed erano ben lontane all’epoca di New Horizons, ma lo avevano fatto senza strumenti per scienza planetaria attivi, e soprattutto erano passate una sopra e una sotto dal piano del Sistema Solare.

New Horizons aveva ora un nuovo obiettivo. Mentre la sonda si preparava a raggiungere Plutone, gli astronomi avevano usato i telescopi più potenti del mondo per setacciare il Sistema Solare esterno in direzione della sonda, e avevano scoperto un oggetto raggiungibile. Si trattava di un asteroide ghiacciato etichettato come 2014 MU69, ma il team della missione cominciò a chiamarlo Ultima Thule, come la mitica isola ai confini del mondo.

Sequenza di immagini della scoperta di Ultima Thule.
Crediti: NASA, ESA, SwRI, JHU/APL, and the New Horizons KBO Search Team

La sonda corresse quindi la propria orbita, e la notte di capodanno del 2019 avvenne l’incontro ravvicinato. Ultima Thule e New Horizons si trovavano a 6,5 miliardi di km dal Sole, il più lontano incontro planetario mai avvenuto per una delle nostre sonde. Il team della sonda era ormai rodato dal sorvolo plutoniano, e il tutto avvenne alla perfezione. 13 anni di viaggio per 48 ore di presa dati ad altissima intensità.

Il sorvolo avvenne a circa 3000 km di distanza, e anche stavolta fu una sorpresa. Ultima Thule era stato scelto per via della sua orbita, che lo poneva tra gli oggetti “classici” della Fascia di Kuiper. Mondi piccoli, gelidi e praticamente immutati dagli albori del Sistema Solare, vere e proprie capsule del tempo che ci raccontavano come il nostro Sole e i suoi pianeti si fossero formati. Un po’ come osservare i mattoni abbandonati di un cantiere concluso da tempo. Ebbene, Ultima Thule era strano, perché era palesemente alterato: era fatto da due corpi appiccicati, come una specie di pupazzo di neve.

Le migliori immagini ottenute di Ultima Thule, montate e animate in modo da mostrarne la struttura tridimensionale.
Crediti: NASA/JHUAPL/SwRI

Non fatevi ingannare dall’immagine, perché i due lobi non sono sferici. Assomigliano più a due lenticchie, che combinazione New Horizons ha visto “di piatto”. Quasi assenti invece i crateri, a indicare che il corpo effettivamente è stato alterato molto poco dalla sua formazione. Entrambi i lobi sembrano essere costituiti da “grumi”, chiamate unità. Non sappiamo bene cosa siano, ma potrebbero essere le tracce dei blocchi che, miliardi di anni fa, si sono aggregati per formare i due corpi che infine si appiccicarono per formare Ultima Thule.

Il trasferimento dei dati ha nuovamente richiesto anni, e si è concluso a luglio del 2022. Nel frattempo gli astronomi hanno dato un nome ufficiale a 2014 MU69: 486958 Arrokoth, da una parola powhatan che significa cielo. Il powhatan è oggi una lingua estinta, parlata dalla popolazione nativa americana che risiedeva nella piana alluvionale del Maryland, luogo in cui sono situati tanto il laboratorio che costruì la sonda quanto il centro di controllo del telescopio Hubble.

Il viaggio di New Horizons, nel frattempo, prosegue. Oggi, ottavo anniversario di quel flyby entusiasmante, la sonda si trova a quasi 8,5 miliardi di chilometri dal Sole. È ancora perfettamente in salute, gli strumenti operativi, e sta raccogliendo informazioni sull’eliosfera e il vento solare in questa remota regione del nostro angolino di Universo. La sua missione è tutt’altro che terminata: c’è ancora carburante a bordo, sufficiente per un’eventuale, ultima, correzione di traiettoria e la visita a un oggetto ancora più lontano e misterioso di Arrokoth. Gli astronomi stanno cercando questa possibile destinazione, che al momento però rimane ancora misteriosa. La batteria nucleare fornirà abbastanza energia per alimentare tutti gli strumenti fino al 2030, dopodiché le capacità della sonda cominceranno a ridursi drasticamente. Fino ad allora, New Horizons continuerà a esplorare, ed estendere, i nostri orizzonti.

*Tranne che dal 1979 al 1999, quando la sua orbita allungata l’ha portato più vicino al Sole di Nettuno.

**https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en

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