la missione dawn lesplorazione degli asteroidi e la missione dawn: un viaggio allorigine del sistema...
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La Missione Dawn
L’ESPLORAZIONE DEGLI ASTEROIDI E LA MISSIONE DAWN:
UN VIAGGIO ALL’ORIGINE DEL SISTEMA SOLARE
M. Cristina De Sanctis and VIR Team
IASF-Roma INAF
La Missione Dawn
Missioni passate e in corso Missioni passate e in corso
• Dawn - NASA Orbiter of Asteroids Ceres and Vesta Dawn - NASA Orbiter of Asteroids Ceres and Vesta (2007)(2007)
• Rosetta - ESA Comet Mission, will fly by asteroids Rosetta - ESA Comet Mission, will fly by asteroids Steins and Lutetia (2004)Steins and Lutetia (2004)
• Hayabusa (Muses-C) - ISAS (Japan) Sample Return Hayabusa (Muses-C) - ISAS (Japan) Sample Return Mission to Asteroid 25143 Itokawa (2003)Mission to Asteroid 25143 Itokawa (2003)
• Stardust - NASA Comet Coma Sample Return Mission, Stardust - NASA Comet Coma Sample Return Mission, flew by asteroid AnneFrank (1999)flew by asteroid AnneFrank (1999)
• Deep Space 1 - NASA Flyby Mission to asteroid Braille Deep Space 1 - NASA Flyby Mission to asteroid Braille (1998)(1998)
• Cassini - NASA/ESA Mission to Saturn through the Cassini - NASA/ESA Mission to Saturn through the Asteroid Belt (1997)Asteroid Belt (1997)
• NEAR - NASA Near-Earth Asteroid Rendezvous with NEAR - NASA Near-Earth Asteroid Rendezvous with 433 Eros 433 Eros
• Galileo - NASA Mission to Jupiter via asteroids Gaspra Galileo - NASA Mission to Jupiter via asteroids Gaspra and Ida (1991-1993)and Ida (1991-1993)
La Missione Dawn
Esplorazione spaziale degli asteroidiEsplorazione spaziale degli asteroidi
• L’esplorazione spaziale degli asteroidi è L’esplorazione spaziale degli asteroidi è iniziata con l’osservazione di iniziata con l’osservazione di GaspraGaspra (1991) (1991) e e Ida Ida (1993), sorvolati dalla sonda (1993), sorvolati dalla sonda GalileoGalileo. .
• Da allora sono stati osservati diversi asteroidi Da allora sono stati osservati diversi asteroidi attarverso fly-by: attarverso fly-by: MathildeMathilde (missione NEAR (missione NEAR 1997), 1997), Braille (Braille (Deep Space 1, 1999), Deep Space 1, 1999), Anne Anne Frank Frank (StarDust, 2002) (StarDust, 2002)
• Missioni dedicate allo studio di asteroidi: Missioni dedicate allo studio di asteroidi: NEAR e HAYABUSA NEAR e HAYABUSA (ambedue dedicate allo (ambedue dedicate allo studio di NEO) studio di NEO)
• Fino ad oggi abbiamo avuto fly by di asteroidi Fino ad oggi abbiamo avuto fly by di asteroidi main belt e missioni a NEO (NEAR, main belt e missioni a NEO (NEAR, Hayabusa)Hayabusa)
DAWN è la prima missione che studierà oggetti di Fascia Principale e di particolare rilevanza per l’origine del sistema solare
La Missione Dawn
La missione Dawn La missione Dawn
L’obiettivo della missione è L’obiettivo della missione è quello di conoscere le quello di conoscere le condizioni e i processi che condizioni e i processi che erano presenti all’origine del erano presenti all’origine del sistema solare.sistema solare.
Dawn Dawn é una missione é una missione NASA NASA della classedella classe DISCOVERY DISCOVERY e e sarà la prima missione a sarà la prima missione a orbitare intorno a due orbitare intorno a due oggetti extraterrestri. oggetti extraterrestri.
DAWN studierà in dettaglio DAWN studierà in dettaglio due asteroidi - protopianeti: due asteroidi - protopianeti: 1 Cerere e 4 Vesta 1 Cerere e 4 Vesta
La Missione Dawn
DAWN: DAWN: la prima missione che esplorerà un pianeta nanola prima missione che esplorerà un pianeta nano
L’assemblea dell’IAU ha rivisto la definizione di pianeta come un L’assemblea dell’IAU ha rivisto la definizione di pianeta come un corpo che (a) orbita intorno al Sole, (b) ha massa sufficiente perchè corpo che (a) orbita intorno al Sole, (b) ha massa sufficiente perchè l’autogravitazione sia maggiore delle forze a stato solido in modo l’autogravitazione sia maggiore delle forze a stato solido in modo che il corpo assuma una forma di equilibrio idrostatico, e (c) ha che il corpo assuma una forma di equilibrio idrostatico, e (c) ha svuotato la zona intorno alla sua orbita.svuotato la zona intorno alla sua orbita.
Con questa definizione il Sistema Solare è costituito da 8 pianeti. E’ Con questa definizione il Sistema Solare è costituito da 8 pianeti. E’ stata introdotta una nuova classe di oggetti: i stata introdotta una nuova classe di oggetti: i Pianeti NaniPianeti Nani..
I primi membri di questa nuova classe di pianeti nani sono: I primi membri di questa nuova classe di pianeti nani sono: CerereCerere, , Plutone e 2003 UB313 –Eris.Plutone e 2003 UB313 –Eris.
La Missione Dawn
La regione che esplorerà DawnLa regione che esplorerà Dawn Gli asteroidi sono i Gli asteroidi sono i residui di una storia complessa dinamica e residui di una storia complessa dinamica e
collisionale collisionale e la maggior parte di loro sono solo frammenti e la maggior parte di loro sono solo frammenti rocciosi di corpi più grandirocciosi di corpi più grandi
La formazione di Giove ha fortemente influenzato la fascia La formazione di Giove ha fortemente influenzato la fascia asteroidaleasteroidale
Pochi asteroidi (i più grandi ?) sono rimasti intatti dalla loro Pochi asteroidi (i più grandi ?) sono rimasti intatti dalla loro formazioneformazione
Anche Marte non ha raggiunto la sua possibile massa finale Anche Marte non ha raggiunto la sua possibile massa finale infatti è molto più piccolo degli altri pianeti terrestri. infatti è molto più piccolo degli altri pianeti terrestri.
La Missione Dawn
Formazione dei pianeti Terresti: Formazione dei pianeti Terresti: un passato cancellatoun passato cancellato
Le fasi successive del processo di formazione debbono spiegare come Le fasi successive del processo di formazione debbono spiegare come da un insieme di da un insieme di planetesimiplanetesimi, la cui composizione presumibilmente , la cui composizione presumibilmente rispecchiava quella delle rispecchiava quella delle condriti carboniosecondriti carboniose, si passa a corpi di grandi , si passa a corpi di grandi dimensioni fortemente differenziati, come i dimensioni fortemente differenziati, come i pianeti terrestripianeti terrestri. . crescita gerarchica dei planetesimi;crescita gerarchica dei planetesimi; crescita finale attraverso impatti non completamente distruttivi ma crescita finale attraverso impatti non completamente distruttivi ma
che coinvolgono corpi di grandi dimensioniche coinvolgono corpi di grandi dimensioni ..
La Missione Dawn
Perché Vesta e CererePerché Vesta e Cerere
VestaVesta è diversa dagli altri è diversa dagli altri asteroidi: è riuscita a asteroidi: è riuscita a crescere abbastanza per crescere abbastanza per differenziarsi come un differenziarsi come un pianeta terrestre e sembra pianeta terrestre e sembra la sorgente dei meteoriti la sorgente dei meteoriti HED (Howardite, Eucrite, HED (Howardite, Eucrite, Diogenite) .Diogenite) .
Cerere Cerere invece sembra invece sembra non differenziata (?). non differenziata (?).
Vesta e Cerere possono Vesta e Cerere possono essere considerati dei essere considerati dei protopianeti in qualche protopianeti in qualche modo complementarimodo complementari..
La Missione Dawn
Obiettivi scientifici di DawnObiettivi scientifici di DawnLo scopo della missione Dawn è quello di descrivere le condizioni ed i processi relativi ai primordi del sistema solare studiando in dettaglio due dei più grandi protopianeti rimasti intatti sin dalla loro formazione, Cerere e Vesta, due corpi che hanno subito un’evoluzione molto diversa.
La Missione Dawn
Cosa sappiamo attualmente di Vesta? Cosa sappiamo attualmente di Vesta?
Le immagini di Hubble hanno mostrato un mondo diverso Le immagini di Hubble hanno mostrato un mondo diverso con colate di lava e un gigantesco cratere da impatto. con colate di lava e un gigantesco cratere da impatto. Queste sono le prove che Vesta doveva avere un cuore di Queste sono le prove che Vesta doveva avere un cuore di
magma, proprio come la Terra.magma, proprio come la Terra.
La Missione Dawn
VIS - NIR Range (m)
La mineralogia di VestaLa mineralogia di Vesta
Lo spettro di Vesta mostra una Lo spettro di Vesta mostra una banda di assorbimento centrata banda di assorbimento centrata a 0.93 a 0.93 m e una seconda m e una seconda banda a circa 2.0 banda a circa 2.0 m m (caratteristica (caratteristica di minerali di di minerali di origine magmaticaorigine magmatica). ). La spettroscopia fatta da terra La spettroscopia fatta da terra di Vesta sembra indicare che di Vesta sembra indicare che esistono esistono regioni basalticheregioni basaltiche..Lo spettro di Vesta è simile a Lo spettro di Vesta è simile a quello delle quello delle meteoriti HEDsmeteoriti HEDs che che provengono da un oggetto provengono da un oggetto differenziato.differenziato.
La Missione Dawn
Meteoriti di tipo HED Meteoriti di tipo HED
Eucriti:Eucriti: basalto acondritico basalto acondritico formatosi da un raffredamento formatosi da un raffredamento rapido del Magma. rapido del Magma. DiogenitiDiogeniti: Ortopirossene : Ortopirossene brecciato che contiene tracce brecciato che contiene tracce di olivina formato da di olivina formato da raffredamento lento del raffredamento lento del magma sotto la superficie. magma sotto la superficie. HowarditiHowarditi: misture brecciate : misture brecciate di diogeniti ed Eucriti. di diogeniti ed Eucriti.
Eucriti, Diogeniti e Howarditi hanno simili composizione in isotopi ossigeno e simile FeO/MnO nei loro pirosseni.
Unico oggetto Unico oggetto progenitore ?progenitore ?
La Missione Dawn
Meteoriti di tipo HED: mineralogiaMeteoriti di tipo HED: mineralogia
HED
VESTA
ASTEROIDE PROGENITORE DELLE METEORITI HEDS: VESTA
La Missione Dawn
La famiglia di VestaLa famiglia di Vesta
Osservazioni spettrali hanno Osservazioni spettrali hanno evidenziato oggetti con spettro simile a evidenziato oggetti con spettro simile a Vesta. Vesta. Si è scoperto che questi oggetti sono Si è scoperto che questi oggetti sono geneticamntegeneticamnte collegati tra loro: sono collegati tra loro: sono frammenti generati da collisioni su un frammenti generati da collisioni su un asteroide detto progenitore (famiglia)asteroide detto progenitore (famiglia)
Gli asteroidi della famiglia di Vesta hanno spettro simile a Vesta ed alle meteoriti di tipo HEDsC’e una relazione genetica: VESTA-Famiglia-HEDs
La Missione Dawn
Cerere è il più grande asteroide. Contiene la maggior parte della massa dei corpi della fascia principale situati tra Marte e Giove Cerere è un asteroide di tipo G (relazionato ai tipi C che dominano la zona esterna della fascia degli asteroidi). La sua composizione è simile ai meteoriti primitivi carbonacei
Cosa sappiamo attualmente di Cerere? Cosa sappiamo attualmente di Cerere?
La Missione Dawn
CerereCerere
Sulla sua superficie sembrano essere presenti ghiaccio d’acqua e minerali
Si notano delle piccole differenze di albedo superficiali
Alcune osservazioni suggeriscono la presenza di minerali idrati sulla superficie di Cerere ( banda a 3.3 um).
Eventuale presenza di ghiacci di acqua (3.07 um)
La Missione Dawn
Meteoriti da Cerere ?Meteoriti da Cerere ?
Lo spettro è simile ad alcuni Lo spettro è simile ad alcuni tipi di meteoriti ma nessuno tipi di meteoriti ma nessuno di questi è perfettamente di questi è perfettamente consistente in tutto consistente in tutto l’intervallo spettrale.l’intervallo spettrale.
Non abbiamo meteoriti da Non abbiamo meteoriti da Cerere ? Cerere ?
Qualche processo fisico Qualche processo fisico altera lo spettro di Cerere e altera lo spettro di Cerere e non lo rende riconoscibile ?non lo rende riconoscibile ?
La Missione Dawn
Cerere è differenziato ?Cerere è differenziato ? Osservazioni recenti indicano che Cerere ha
una forma diversa da quella che ci si aspetta per un oggetto completamente omogeneo, consistente con la presenza di una concentrazione di massa centrale indicativa di una possibile differenziazione.
Recenti modelli teorici (McCord and Sotin, 2005) indicano che Cerere deve aver subito una differenziazione a causa del riscaldamento da decadimento radioattivo.
Cerere dovrebbe aver avuto un contenuto in acqua piuttosto elevato. A seconda del rapporto di ghiaccio/silicati ( e presenza di sali) assunto nei modelli i risultati indicano storie evolutive diverse con la possibilità di avere un corpo differenziato con crosta, mantello e nucleo.
La Missione Dawn
Vesta e Cerere: un confrontoVesta e Cerere: un confronto
Vesta and Cerere sembrano essere oggetti molto primitivi, rimasti quasi inalterati dalla loro formazione ad oggi.
Sono molto diversi tra loro: Vesta è molto roccioso e “secco” Ceres è un enigma; ha 10 volte il volume di
Vesta ed è denso solo la metà di Vesta: potrebbe contenere molta acqua.
Vesta e Cerere fanno da legame tra i pianeti rocciosi di tipo terrestre e i corpi ghiacciati caratteristici del sistema solare esterno
La Missione Dawn
La Missione Dawn e i suoi strumenti scientifici
La Missione Dawn
Sarah Gavit:Sarah Gavit:
La MissioneLa Missione
27 9 2007
Vesta orbit operations
Oct ‘11 - May ‘12
Mars gravity assist
Mar ‘09
Ceres orbitoperations
Aug ‘15 - Jan ‘16
Launch
At each asteroid, Dawn will:• Compile a global color map • Compile a topographic map• Map the elemental composition• Map the mineralogical composition• Map the gravity field• Search for moons
2007 - Launch - September 27, 2008 - Commissioning 2009 - Mars Gravity Assist 2011 - Vesta Arrival 2012 - Vesta Departure 2015 - Ceres Arrival 2015 - End of Mission
La Missione Dawn
SpacecraftSpacecraft
19.7 m
Dry mass: 745 kg
Wet mass: 1240 kg
Solar array power (1 AU): 10.3 kW
Solar array power (3 AU): 1.3 kW
Delta II 7925H-9.5
La Missione Dawn
DAWN: Propulsione ionicaDAWN: Propulsione ionica
Non è possibile usare un Non è possibile usare un motore tradizionale per motore tradizionale per raggiungere gli obbiettivi di raggiungere gli obbiettivi di DawnDawn
DAWN ha un motore a ioni DAWN ha un motore a ioni derivato da quello usato nella derivato da quello usato nella missione Deep Space 1missione Deep Space 1
∆v ≈ 11 km/s : Questo è il più elevato ∆v mai ottenuto da un sistema di propulsione di uno S/C
Dawn userà i suoi truster per ~ 55.000 ore (> 6 anni)
La Missione Dawn
Il “carico” scientifico di DawnIl “carico” scientifico di Dawn
Cameras (2)• Imaging science
•Navigation
ray and neutron spectrometerMapping of elemental abundances
VIR mapping spectrometerHigh resolution mineralogical thermal mapping -ITALY
La Missione Dawn
Lo spettrometro VIRLo spettrometro VIR
La Missione Dawn
VIR Mapping SpectrometerVIR Mapping Spectrometer
VIR, Visual InfraRed Mapping VIR, Visual InfraRed Mapping SpectrometerSpectrometer, è simile a VIRTIS-, è simile a VIRTIS-M in volo sulla mssione RosettaM in volo sulla mssione Rosetta
VIR-MS è uno spettrometro ad VIR-MS è uno spettrometro ad immagini in grado di accoppiare immagini in grado di accoppiare alta risoluzione spettrale e alta risoluzione spettrale e spaziale nel Visibile (0.25-1 um) spaziale nel Visibile (0.25-1 um) e IR (0.95-5 um)e IR (0.95-5 um)
VIR è in grado di soddisfare gli VIR è in grado di soddisfare gli obbiettivi scientifici di Dawn con obbiettivi scientifici di Dawn con uno strumento al contempo molto uno strumento al contempo molto sofisticato, con alte performance sofisticato, con alte performance e molto affidabile.e molto affidabile.
Principal Investigator: A. Coradini, INAFContributed to Dawn by ASI and INAF
La Missione Dawn
Obbiettivi primari di VIRObbiettivi primari di VIR Determinazione della Determinazione della composizione composizione
mineralogicamineralogica del materiale nel suo del materiale nel suo contesto geologicocontesto geologico
Identificazione dei Identificazione dei diversi materiali e della diversi materiali e della loro distribuzione spazialeloro distribuzione spaziale..
Identificazione dei Identificazione dei silicati, dei minerali e silicati, dei minerali e materiali idratimateriali idrati con una risoluzione con una risoluzione spettrale spettrale // > 100 nel range tra 0.25 e 5 > 100 nel range tra 0.25 e 5 umum
MappaturaMappatura, con una risoluzione spaziale , con una risoluzione spaziale di decine di metri, della superfcie degi di decine di metri, della superfcie degi asteroidi e asteroidi e determinazione della determinazione della distribuzione spaziale dei vari tipi distribuzione spaziale dei vari tipi mineralogicimineralogici..
Determinazione Determinazione della microstruttura e della microstruttura e natura delle particelle superficialinatura delle particelle superficiali con la con la misura delle curve spettrofotometrichemisura delle curve spettrofotometriche
La Missione Dawn
VIR e VestaVIR e Vesta
Conferma del legame tra le meteoriti HEDs e VestaConferma del legame tra le meteoriti HEDs e Vesta Prima osservazione di un interno planetario tramite le immagini Prima osservazione di un interno planetario tramite le immagini
spettrali dell’enorme e profondo bacino da impatto al polo sud.spettrali dell’enorme e profondo bacino da impatto al polo sud. Studio della natura e della storia del magmatismo su Vesta (magma Studio della natura e della storia del magmatismo su Vesta (magma
ocean ?)ocean ?) Determinazione della mineralogia di un protopianetaDeterminazione della mineralogia di un protopianeta Determinazione della composizione dei materiali presenti su Vesta.Determinazione della composizione dei materiali presenti su Vesta...
Pieters et al., 2006
La Missione Dawn
VIR e CeresVIR e Ceres Studio della mineralogia di Studio della mineralogia di
una oggetto primitivouna oggetto primitivo Identificazione dei minerali Identificazione dei minerali
idrati e non idrati e non Identificazione di possibili Identificazione di possibili
ghiacci di natura diversaghiacci di natura diversa Indicazione di una Indicazione di una
possibile atmosfera possibile atmosfera transiente transiente
Indicazioni sulla eventuale Indicazioni sulla eventuale presenza di un oceano presenza di un oceano sotto la superficiesotto la superficie
Determinazione della Determinazione della composizione di un composizione di un pianeta nano pianeta nano
Rivkin and Volquards, 2006
La Missione Dawn
Alcuni dati su VIRAlcuni dati su VIRVIR è uno spettrometro ad immagini molto compatto, composto da 2 moduli:•Optical head•Box elettronica
Channel
Spectral Range
Spectral Sampling
FOV (mrad)
IFOV (mrad)
SNRRadio. Abs.
Radio. Relat.
Det.Matrix Dim.
Pixel pitch
VIR- vis 0.25 – 1.0 2.6 nm 64 x 64 0.25 >100<20% <1% TH7896 508x1024 19 µm
VIR- IR 0.95 – 5.0 14 nm 64 x 64 0.25 >100<20% <1% CdHgTe 270x436 38 µm
La Missione Dawn
Data CubeData Cube Ad ogni pixel dell’immagine Ad ogni pixel dell’immagine
corrisponde uno spettro tra corrisponde uno spettro tra 0.25 e 5 micron 0.25 e 5 micron
Ad ogni lunghezza d’onda Ad ogni lunghezza d’onda corrisponde un’immagine corrisponde un’immagine spazialespaziale
The imaged FOV (64 X 64 mrad) is dispersed in the VIS and IR detectors
λ
IRVIS
space
VIR data: Spectral ImagesVIR data: Spectral Images
La Missione Dawn
Come VIR vede un pezzo di VestaCome VIR vede un pezzo di Vesta
240 samples
220
lines
Spatial resolution:
1px in the image=0.25 mm X 0.25mm on the target n°pixels in the image=52800
Spectral sampling:330nm÷1070nm → 1.8nm1070nm÷2600nm → 9.5nm
Experimental set-up during calibration
1. Calibrated source
2. Target (spectralon/millbillillie)
3. Collimator
4. Folding mirror
5. VIR-MS inside the TVC1
2
3
4
5
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VIR spectraVIR spectra
La Missione Dawn
A che punto siamo della A che punto siamo della missione ?missione ?
La Missione Dawn
Lancio Lancio
Dawn è stata lanciata Dawn è stata lanciata da Cape Canveral il da Cape Canveral il 27/09/2007.27/09/2007.
La Missione Dawn
La Missione Dawn
Dove è la sonda Dawn ?Dove è la sonda Dawn ?
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Cosa ci aspettiamo da DAWNCosa ci aspettiamo da DAWN
Dawn esaminerà la composizione dei due protopianeti Dawn esaminerà la composizione dei due protopianeti per determinare la per determinare la loro origine,storia termica ed evolutivaloro origine,storia termica ed evolutiva
DAWN potrà caratterizzare le condizioni ed i processi DAWN potrà caratterizzare le condizioni ed i processi delle fasi iniziali del sistema solare, studiando in dettaglio delle fasi iniziali del sistema solare, studiando in dettaglio due due proprotopianeti rimasti quasi intatti dal momento della topianeti rimasti quasi intatti dal momento della loro formazione.loro formazione.
La La complementarietà e la diversità di Cerere e Vestacomplementarietà e la diversità di Cerere e Vesta, , due protopianeti che, pur condividendo la stessa zona di due protopianeti che, pur condividendo la stessa zona di formazione, hanno subito una storia evolutiva formazione, hanno subito una storia evolutiva profondamente diversa, potranno essere la profondamente diversa, potranno essere la chiave di chiave di lettura per la comprensione dei processi all’origine del lettura per la comprensione dei processi all’origine del sistema solaresistema solare