La missione GOCE dell'ESA
GOCE sta per Gravity field and steady Ocean Circulation Explorer. Si tratta di un satellite molto peculiare sia per il suo progetto tecnico che per il tipo di missione e l’importanza per lo studio del cambiamento climatico globale. Racchiude molti primati, non solo per l’Europa ma anche per il mondo.
Sono sette le ragioni che spiegano il perché dell’importanza di questo satellite: la sua forma assomiglia a quella di un aereo o a quella di una macchina da corsa di Formula 1, vola più basso degli altri satelliti civili e, particolarmente desueto, con motori a propulsione sempre attivi, permette di scrutare a fondo la Terra dallo spazio e allo stesso tempo le correnti oceaniche, dà un nuovo significato al termine ‘’x metri sopra il livello del mare’’ e funge come una sorta di Stele di Rosetta perché ‘’traduce’’ misurazioni storiche dei livelli del mare in un linguaggio scientifico comune che permette di studiare i cambiamenti climatici globali.
A livello progettuale, si tratta del primo satellite provvisto di ali e ad usare un sistema di propulsione continuamente in funzione durante il volo intorno alla Terra. I satelliti ''normali'', una volta raggiunta la loro posizione orbitale, smettono di usare il sistema di propulsione diventando oggetti celesti che volano allo stesso modo della Luna, sono costruiti in uno stato di equilibrio tra la forza di attrazione gravitazionale terrestre e la forza centrifuga proveniente dalla forma circolare o ellittica della loro orbita, senza incontrare frizione alcuna o altro tipo di resistenza.
Non è così per GOCE. Lanciato all’altitudine più bassa mai raggiunta da un satellite dell’Agenzia Spaziale Europea – 260 km sopra la superficie terrestre – GOCE deve affrontare i residui dei componenti dello strato superiore dell’atmosfera, in particolare ossigeno atomico. Questo rallenterebbe la velocità del satellite diminuendola fino al punto di riportarlo sulla Terra in pochi mesi, se un motore elettrico reattivo non fosse costantemente riattivato. Sulla Terra questo motore, simile a quello che ha permesso a SMART-1, il satellite lunare dell’ESA, di raggiungere la sua destinazione, avrebbe la forza necessaria solo per sollevare un oggetto del peso di una cartolina postale, mentre nello spazio questo risulta sufficiente per mantenere un intero satellite in orbita.
La compensazione delle forze aerodinamiche ottenuta dal motore aumenta, inoltre, la precisione degli strumenti sensibili alla gravità che si trovano a bordo del satellite, che altrimenti misurerebbero forze di accelerazione non volute scambiandole per forze gravitazionali dal momento che presentano effetti fisici simili. Ad un’altitudine di 260 km sono ancora presenti alcuni effetti aerodinamici. Di conseguenza, il satellite è provvisto di ali, provviste anche delle celle solari generatrici di energia elettrica necessaria alla propulsione e agli altri sistemi di bordo, così come due alette di stabilizzazione, facendolo così somigliare ad un aereo o - usando un po’ l’immaginazione - ad una macchina da corsa di Formula 1.
Questo, insieme al fatto che il satellite commissionato con un contratto ESA, è stato costruito da un consorzio industriale europeo sotto la guida di una compagnia italiana, ed anche per il largo uso del colore rosso, inusuale per un satellite ''normale'', spiega il perché gli ingegneri che hanno costruito GOCE amino chiamarlo la Ferrari dei satelliti.
Relativamente alla missione, il satellite GOCE, durante la sua fase operativa di 20 mesi, misurerà il campo gravitazionale della Terra con una precisione mai raggiunta prima. La sua orbita bassa contribuisce a massimizzare la precisione delle misurazioni, dal momento che vola più vicino alle fonti del campo gravitazionale.
Diversamente dagli altri satelliti di Osservazione della Terra, il satellite stesso è parte del sistema di misurazione dal momento che è la forza di gravità che determina la sua traiettoria e quindi ogni cambiamento del campo gravitazionale terrestre induce ad un cambiamento nella forma del suo percorso di volo. L’attuale strumentazione a bordo del satellite che misura l’intensità e la direzione della forza di gravità, consiste in accelerometri distribuiti lungo il satellite in modo tale da annullare eventuali disturbi nelle misurazioni dovuti ad effetti fisici che non sia la gravità.
La dettagliata mappatura del campo gravitazionale terrestre ci darà una nuova visione dell’interno della Terra, impossibile da ottenere con un satellite classico di Osservazione della Terra, i cui sensori –in particolare sistemi radar nati per impieghi spaziali – possono penetrare solo pochi metri al di sotto del suolo. I dati di GOCE sulla gravità miglioreranno la nostra conoscenza delle origini e dei processi che scatenano le attività tettoniche e vulcaniche all’interno della Terra.
La ''G'' di GOCE dunque racchiude un grande significato, ma questo satellite contribuirà anche in modo significativo allo studio del cambiamento climatico globale. Questo aspetto è relativo alle lettere ''OC'' del nome che stanno per ‘Ocean Circulation’, circolazione oceanica. Per questo studio, i risultati ottenuti con GOCE saranno importanti tanto quanto lo è stata l’introduzione a livello mondiale dell’unità di misura di riferimento per la distanza, il metro, o temporale con l’introduzione del Tempo Coordinato Universale (UTC) e il suo predecessore, il Tempo Medio di Greenwich (GMT).
Avrete sicuramente notato i segnali, normalmente posti alle stazioni ferroviarie in giro per il mondo, che indicano la loro posizione rispetto al livello del mare. Ma sapevate invece che a differenza del metro e del tempo universale, condiviso comunemente dall'intera comunità della Terra, non c’è nessun punto di riferimento globale che indichi il livello del mare a zero metri?
Ogni paese ha il proprio indicatore di livello zero del mare, generalmente situato nei porti più importanti. Comparare le misure fatte in diversi paesi con gli indicatori legali nazionali necessita un’operazione di misurazione triangolare di geodesia piuttosto complessa che stabilisca un legame tra questi vari indicatori zero nazionali e non tutti i paesi poi hanno fatto riferimento al mondo esterno per i loro indicatori. Questo rende impossibile comparare le misurazioni in sito del livello del mare e dei fiumi locali con precisione. Comunque, in alcuni paesi questo tipo di misurazioni sono state raccolte per centinaia di anni e conservate nell’archivio storico.
Così come per gli elementi chimici contenuti nelle carote di ghiaccio ottenute in Antartica con una perforazione profonda che ci possa dare informazioni circa la composizione dell’atmosfera di centinaia di anni fa, l’uso di dati storici sul livello del potrebbe contribuire in modo considerevole all’osservazione ed all’analisi dei cambiamenti climatici a lungo termine, se solo si potessero mettere in relazione tra loro. GOCE getterà le basi per un tale sistema di riferimento comune. Le sue misurazioni permetteranno di creare un nuovo e preciso modello terrestre di riferimento del livello zero della superficie della Terra ferma e dei mari, chiamato ‘’Geoide’’.
La missione GOCE può anche contribuire ad una mossa che affidi la custodia di questo modello di misurazione di riferimento ad una singola istituzione riconosciuta a livello mondiale, come nel caso del metro e del tempo universale che sono sotto la responsabilità del Bureau International des Poids et des Mesures (BIPM) a Parigi. Attualmente, il geoide ancora non è definito né sotto la ''custodia'' di nessun tipo di simile organizzazione.
L’esistenza di un così preciso geoide non solo porterà all’analisi e alla comparazione a posteriori degli archivi storici delle misurazioni del livello del mare, ma permetterà anche di osservare e misurare le correnti oceaniche, come la Corrente del Golfo, che giocano un ruolo importante nel trasporto di energia intorno alla Terra ed hanno un grande impatto sul clima.
Il geoide è la superficie teorica della Terra ad un livello di eguale potenziale energetico, che significa che il geoide definisce l’’’orizzonte locale’’, rispetto al quale l’acqua sarebbe a riposo rispetto alla forza di gravità. Se per qualsiasi ragione l’acqua fosse in movimento, si innalzerebbe oltre questo livello di riferimento. Deducendo la superficie del geoide dall’attuale livello delle acque misurato tramite i radar satellitari di osservazione terrestre, come quello di Envisat dell’ESA, gli scienziati potrebbero ricavare l’intensità e la direzione delle correnti oceaniche.
GOCE sarà lanciato nel 2009 da un lanciatore russo Rockot dal cosmodromo di Plesetsk, situato nella Russia del Nord, tra San Pietroburgo e Arcangelo.
L’uso di un lanciatore russo dipende dal fatto che l’Europa non possiede un suo lanciatore che sia ottimizzato e vantaggioso da un punto di vista di costi per satelliti di questa classe di peso. GOCE ha una massa di lancio di 1100 kg. Ariane copre principalmente un mercato di carichi di peso più elevato. L’Europa ha il suo lanciatore, Vega, in fase di sviluppo per satelliti come GOCE, ma il primo lancio di VEGA è pianificato per il 2009, troppo tardi per il lancio di GOCE.
Dopo il volo di ascensione e la separazione dal lanciatore Rokot, le operazioni di volo di GOCE saranno gestite da ESOC, il centro di controllo dell’ESA a Darmstadt, in Germania, mentre la responsabilità complessiva della missione scientifica del satellite e la distribuzione di dati che raccoglierà saranno sotto la responsabilità del Manager di Missione dell’ESA, situato presso ESRIN, il centro di Osservazione della Terra dell’ESA, a Frascati, in provincia di Roma, Italia.
