GOCE, un satellite per capire le correnti oceaniche

Con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività dello spazio.

Lunedì 16 marzo, dalla base spaziale di Plesetsk, a nord di Mosca, è previsto il lancio di un nuovo satellite dell’ESA, GOCE. Misurerà il campo gravitazionale della Terra con un dettaglio senza precedenti e aiuterà gli scienziati ad approfondire le conoscenze sulla circolazione oceanica e sul clima. In che modo?

Nelle vicinanze di un corpo dotato di massa, il campo gravitazionale è determinato non solo dalla massa complessiva, ma anche dalla sua distribuzione. Per esempio, se pensiamo alla Terra come a una sfera perfetta, completamente omogenea, il campo gravitazionale del nostro pianeta sarebbe lo stesso a qualsiasi latitudine e longitudine, a parità di altezza rispetto alla superficie. In altri termini: il nostro peso sarebbe lo stesso in qualsiasi punto della Terra.

Ma la Terra è schiacciata ai poli e più larga nella zona equatoriale. Questo fa sì che il peso di una persona sia leggermente maggiore ai poli di quanto non sia all’equatore. Inoltre, la Terra ha montagne e fosse oceaniche, continenti emersi e grandi oceani: nel guscio più superficiale del nostro pianeta, la massa non è distribuita in modo uniforme. Ciò induce un cambiamento del campo gravitazionale punto per punto sul nostro pianeta. Il nostro peso, dunque, è leggermente diverso a seconda del luogo del pianeta dove ci troviamo. Ovviamente nessuna bilancia è abbastanza sensibile da avvertire le piccole variazioni.

GOCE è, a tutti gli effetti, una complicatissima bilancia, in grado di misurare variazioni del campo gravitazionale terrestre di una parte su 100mila. Lo strumento principale è il cosiddetto “gradientrometro”, costitutito da 6 accelerometri molto sensibili, che misurano le variazioni nello spazio del campo gravitazionale con una risoluzione mai raggiunta prima.

Ma quale è la connessione tra campo gravitazionale della Terra, circolazione oceanica e clima? Producendo un modello del campo gravitazione e confrontandolo con i livelli degli oceani cerchiamo di capire meglio il ruolo della gravità nella circolazione oceanica. Le correnti oceaniche sono assolutamente fondamentali per lo scambio di calore tra zone del pianeta a latitudini diverse: pensiamo per esempio alla Corrente del Golfo, che trasporta circa 100 milioni di metri cubi al secondo di acqua calda dal golfo del Messico verso le coste europee. Le correnti provocano depressioni, avvallamenti, creste sulla superficie oceanica: la sfida è cercare di quantificare l’entità di queste variazioni rispetto al livello che l’oceano avrebbe se fosse completamente in quiete: al netto, questa procedura ci può fornire preziose informazioni sulle correnti, e dunque sui processi che le regolano.

GOCE è il primo di una nuova serie di satelliti dell’ESA, gli Earth Explorers. Che cosa li caratterizza rispetto ai satelliti ambientali che conosciamo, come i due ERS ed Envisat?

Gli Earth Explorer sono satelliti ideati per dare una risposta diretta a specifici problemi che è necessario approfondire per comprendere meglio il funzionamento del sistema Terra. Inoltre sono satelliti che, fin dalla progettazione, hanno un aspetto significativo di sperimentazione sul campo – o meglio nello spazio – di nuove tecnologie. Nel caso di GOCE questo è vero sia per quanto riguarda il design e la strumentazione, che la tecnica di propulsione: sono tutti aspetti che rispondono a precise necessità dato l’obiettivo scientifico della missione: era necessario evitare ogni possibile disturbo che potesse interferire con la misura del campo gravitazionale, una misura estremamente complessa. La propulsione è di tipo ionico, per esempio, molto più delicata rispetto agli strappi imposti da una propulsione chimica.

Allo stesso modo, la struttura di GOCE è priva di stadi interconnessi, perché “un pezzo unico” risponde alla necessità di limitare le vibrazioni. Il design stesso del satellite è tale da evitare al massimo l’attrito dell’atmosfera residua, che a 260 km di quota non è affatto trascurabile per le attività satellitari: e d’altra parte l’orbita bassa di GOCE è stata imposta dalla necessità di “sentire” il campo gravitazionale con la dovuta intensità.

La quota dell’orbita viene tenuta sotto controllo attraverso ben 10 stazioni da Terra: quando il satellite passa sopra una stazione, il centro di controllo manda un impulso laser verso la sonda e ne raccoglie la riflessione, determinando la quota orbitale di GOCE con la precisione di un centimetro. Le informazioni orbitali sono fondamentali per capire la quota del satellite, se vogliamo mappare il campo gravitazionale.

GOCE è stato integrato negli stabilimenti di Torino della Thales Alenia Space. Quanta Italia è a bordo di questo satellite?

Come succede spesso, di Italia a bordo di missioni ESA ce n’è molta. L’Italia è il terzo finanziatore in termini di entità di contributi, e ha un ritorno enorme in termini di commesse industriali e di coinvolgimento della comunità scientifica. L’Agenzia Spaziale Europea ha scelto come responsabile industriale per la costruzione del satellite la Thales Alenia Space, che ha guidato un consorzio di ben 45 industrie spaziali europee. Anche il Project manager della missione nominato dalla Thales Alenia Spazio è l’italiano Andrea Allasio.

Tra l’altro nel caso di GOCE, vari italiani hanno avuto ruoli-chiave nelle fasi di progettazione, integrazione e sviluppo complessivo del satellite. Oltre ad Allasio, è il caso di Danilo Muzi, Project manager del progetto per conto dell’ESA, ma anche di Paolo Labertinti, che per l’ESA ha svolto il ruolo di responsabile dei test condotti presso gli stabilimenti dell’ESA-ESTEC, il centro tecnologico dell’ESA che sorge in Olanda.

D’altronde, se pensiamo al ruolo giocato da Galileo Galilei con i suoi studi sulla caduta dei gravi, cioè dei corpi in caduta libera, che ha spianato la strada alle successive scoperte di Newton, l’Italia non poteva certo giocae un ruolo minore in una missione che ha come obiettivo lo studio della forza di gravità!