HRIC per BepiColombo – Simbio SYS

La missione ESA BepiColombo è uno dei progetti del programma “Cornerstone”, che nel decennio passato ha delineato gli sviluppi futuri dell’attività spaziale dell’agenzia europea. Approvata definitivamente nel Novembre ’03, la missione è destinata a mettere una sonda in orbita polare attorno a Mercurio.

Mercurio è un estremo del nostro Sistema Solare, avendo subito sin dalla sua formazione le più alte temperature e le più severe variazioni della stessa rispetto a qualsiasi oggetto planetario. Esso costituisce un laboratorio reale dei processi di formazione dei pianeti nelle parti più interne e calde di nebulose presolari, ed è virtualmente inaccessibile da Terra, data la sua vicinanza al Sole. Una missione spaziale è quindi il mezzo più indicato per lo studio dei numerosi interrogativi ancora aperti su questo pianeta. La partenza di BepiColombo è prevista per l’estate del 2015, mentre l’arrivo al pianeta è previsto nel gennaio 2022.
Nel febbraio 2004 ESA ha pubblicato un Announcement for Proposal, allo scopo di aprire una competizione all’interno della comunità scientifica europea per la realizzazione degli strumenti scientifici da montare sulla sonda. A tale scopo, si è costituito il team SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory SYStem), formato da scienziati di vari istituti italiani ed europei (Francia, Svizzera), finalizzato alla realizzazione dello strumento omonimo. Lo strumento è costituito da una suite di canali per il mapping dell’intera superficie del pianeta a media risoluzione spaziale, per l’osservazione di selezionate aree superficiali ad alta risoluzione spaziale e per il mapping spettroscopico ad alta risoluzione spettrale dell’intero pianeta. Del team di SIMBIO-SYS fa parte anche il Laboratorio di Fisica Cosmica e Planetologia (LFCP) dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte e del Dipartimento di Scienze Applicate dell’Università Parthenope (CoPIship di uno dei canali). Nel giugno del 2004 SIMBIO-SYS è risultato vincitore della competizione internazionale, e il team fornirà quindi per l’ESA lo strumento che comprende: un canale per la spettroscopia (VIHI, Visible Infrared Hyperspectral Imager); un canale per la mappatura superficiale stereo a media risoluzione (STC, STereo imaging Channel); un canale per la raccolta di immagini ad alta risoluzione spaziale (HRIC, High Resolution Imaging Channel). Il LFCP, come responsabile della HRIC, ha il compito di sviluppare il disegno, studiare le prestazioni, seguire la realizzazione e calibrare il canale ad alta risoluzione, anche in combinazione con gli altri canali dello strumento. La costruzione dello strumento è sotto la responsabilità di SelexGalileo di Firenze. Per questo progetto, ad oggi è attivo un finanziamento da parte dell’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) per un contratto di durata triennale che include altri contributi italiani alla missione ed è finalizzato alle attività degli Istituti scientifici.

Ricerca

L’attività di ricerca che si svolge nel LFCP riguarda soprattutto i seguenti ambiti:

definizione degli obiettivi scientifici del canale ad alta risoluzione (HRIC). Questi ultimi consistono principalmente nell’identificazione di strutture topografiche superficiali, come ad esempio la grande varietà di crateri (testimoni del periodo di bombardamento meteorico), terreni collinosi e con discontinuità lineari quali faglie o sovrascorrimenti (dovuti ad attività tettonica), pianure (probabili depositi vulcanici) e piane intercrateri (pianure laviche o bacini di impatto), il cui studio ad altissima risoluzione spaziale (fino a 5 m/px al pericentro) permetterà di approfondire la storia vulcanica e tettonica passata del pianeta. Inoltre, la presenza di filtri a banda stretta permetterà uno studio multicolore, allo scopo di correlare le strutture superficiali con le variazioni di composizione osservate in alta risoluzione (in combinazione con le osservazioni dello spettrometro VIHI, a maggiore risoluzione spettrale ma con minore dettaglio spaziale).
definizione dei requisiti di prestazione del canale, in funzione di quelli scientifici dettagliati per le differenti fasi della missione. Su questa base il LFCP ha sviluppato il progetto preliminare dello strumento, verificandone le caratteristiche funzionali e di prestazioni.
progetto preliminare delle ottiche della camera ad alta risoluzione; ottimizzazione del disegno; studio delle tolleranze optomeccaniche del sistema, in stretta collaborazione con il CISAS/Università di Padova, responsabile dell’architettura di sistema della suite; studio della stray-light del sistema, in stretta collaborazione con la controparte industriale del progetto; trade-off tra diverse configurazioni ottiche per l’ottimizzazione delle prestazioni e il raggiungimento dei requisiti ottici e di prestazione.
definizione delle funzionalità e prestazioni del sensore per l’acquisizione delle immagini, della sua elettronica di controllo e dell’elettronica principale (sviluppata in Francia dai colleghi dell’Institute d’Astrophysique Spatiale – IAS – di Orsay, presso Parigi), che gestisce il funzionamento dell’intero strumento.
definizione della strategia preliminare di osservazione del pianeta, in termini di: osservabilità delle strutture topografiche; tempistica delle osservazioni; distribuzione nella missione della memoria di massa allocata; strategia di ricomposizione dei mosaici; georeferenziazione delle immagini ad alta risoluzione all’interno della mappatura globale a media risoluzione.
attività di ricerca scientifica, basata essenzialmente sui dati disponibili delle sonde NASA Mariner 10 e MESSENGER, sui temi di maggiore interesse relativi alla geologia di Mercurio: mappatura geologica e delle strutture fragili diffuse sulla superficie del pianeta; analisi strutturale delle stesse per una interpretazione cinematica basata anche sulle conoscenze della geologia terrestre; estrapolazione delle osservazioni in termini di contrazione globale del pianeta ed identificazione di un modello di evoluzione tettonica a supporto della modellistica termo-meccanica dell’evoluzione di Mercurio; analisi della disposizione dei crateri in relazione ad eventuali faglie e sovrascorrimenti ad essi intersecati.