antares su marte

ANTARES SU MARTE
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LA SONDA MARS EXPRESS
Ha lasciato la Terra nel giugno del 2003.
Nell’agosto del 2003 i due pianeti si trovavano alla minima
distanza, una disposizione che si ripresenta ogni 26 mesi,
ma non sempre in condizioni simili, poiché non sempre
avviene al perielio per entrambi i pianeti. In quella
occasione i due pianeti erano distanti “solo” 55.758.713
km, praticamente la minima distanza possibile.
La sonda ha impiegato 6 mesi per raggiungere Marte
alla velocità media di 10 800 km/h.
Cinque giorni dopo ha rilasciato sulla superficie il lander
Beagle 2.
Poi la sonda orbitale ha raggiunto un'orbita molto ellittica
per eseguire le sue osservazioni.
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Il viaggio da Terra a Marte
Released 13/08/2003 4:41 pm.
Copyright ESA 2003. Illustration by
Medialab.
Mentre i due pianeti si
trovavano al massimo
avvicinamento degli
ultimi 60.000 anni, la
sonda dell’ESA
passava il punto di
mezzo del suo viaggio
verso Marte.
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MarsExpress e Marte
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Antares e Marte nel 2003
L'Associazione Antares organizzò
presso l'Osservatorio Comunale una
serata speciale per l'opposizione di
Marte del 2003, che ebbe un grande
successo di pubblico.
Ecco una foto fatta dal socio Stefano
Checcucci con un rifrattore da
90mm, focale 1300mm e webcam.
Si vede bene la calotta polare Sud.
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La camera VMC
La Camera di monitoraggio visuale
(Visual Monitoring Camera, VMC) è
collocata sulla Mars Express.
All’inizio doveva servire solamente per
controllare la separazione del lander
Beagle con semplici fotografie.
Ora però è utilizzata come 'Mars
Webcam'. Non è uno strumento
scientifico ma ci fornisce fantastiche foto
di Marte non ottenibili dalla Terra.
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'Mars Webcam'
Dal 2007 la VMC è stata utilizzata dal team dell’ESA per
ottenere foto di Marte, semplici foto ma scattate a poche
migliaia di km alla superficie del pianeta!
È stato quindi possibile osservare la variazione del clima
durante le stagioni marziane e le principali conformazioni
geologiche.
Le foto sono messe a disposizione di tutti nel canale
Flickr.
https://www.flickr.com/photos/esa_marswebcam
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Visione del polo nord
Mars seen at
01:53:24 UTC
on 16 May
2014. Credit:
ESA
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Specifiche tecniche
• Sensore CMOS (IMEC IRIS-1)
filtri B/N e RGB
• Dimensione immagine: 640x480 pixels
• dinamica: 8 bits
• Campo di vista: 40 x 31 gradi
• Distanza dalla superficie di Marte: 300-10000 km
• Risoluzione calcolata a 10000 km: 11.5 km/pixel
• Risoluzione calcolata a 300 km: 0.347 km/pixel
• Massa: 430 g
• Dimensioni: 65 x 60 x 108 mm
• La VMC non è controllata dagli scienziati come gli
altri strumenti di bordo, ma dal Team di controllo
del volo della Mars Express (Mars Express Flight
Control Team, MEFCT) situato a Darmstadt,
Germania.
• Il MEFCT carica le immagini VMC in un account
Flickr con una procedura automatica che rende le
immagini disponibili liberamente al pubblico poco
dopo essere state scaricate dalla sonda.
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VMC
Si notano su tutte le immagini riprese due artefatti (che potrebbero
essere stati causati da detriti spaziali che si sono depositati o hanno
graffiato l’ottica); altri artefatti compaiono occasionalmente.
Il MEFCT e' sempre all'opera per definire le migliori condizioni di
esposizione, poiche' l’illuminazione e la composizione variano ad
ogni nuova orbita.
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Durante la congiunzione con il Sole, quando Marte è dalla
parte opposta del Sole rispetto alla Terra, c’è un periodo
di cinque settimane durante il quale le comunicazioni
devono essere interrotte.
Nel 2015, durante questo periodo, il team della Mars
Express ha interrotto i lavori scientifici quattro giorni prima
per realizzare un progetto speciale.
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The VMC Schools Campaign
Grazie a questa iniziativa, gruppi di astrofili o di
studenti e centri scientifici posso usufruire delle
foto scattate dalla VMC per progetti amatoriali e di
ricerca.
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Campagna di osservazioni
Dal 25 al 27 maggio 2015 i vari gruppi che coinvolgono
giovani in tutto il mondo hanno proposto gli obiettivi per
le riprese della VMC.
Questi obiettivi dovevano:
•essere compatibili con le orbite della Mars Express
•avere una valenza scientifica o artistica
Ne sono stati selezionati 25 (tra cui il nostro!)
I risultati saranno pubblicati sul blog dell’ESA
(blogs.esa.int/VMC)
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Il nostro obiettivo
La regione di Marte scelta dal
nostro team è Cavi Angusti,
(in nome latino come quasi tutte le
strutture geologiche di Marte):
si trova nella zona polare sud del
pianeta, ed e' caratterizzata da
vaste e profonde vallate dove la
sottile atmosfera di Marte puo'
produrre nebbie o foschie a
sviluppo diurno.
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Il nostro progetto
Durante il mese di maggio 2015, l'estate sta finendo
nell'emisfero sud di Marte, e su Cavi Angusti si alternano
giorno e notte come sulla Terra, in attesa di immergersi
per diversi mesi nella notte polare continua.
Il Sole basso proiettera' lunghe ombre e le variazione di
temperatura tra notte e giorno potrebbero dare luogo alla
condensazione e dissoluzione di basse nubi di vapore
acqueo o anidride carbonica.
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L'aspettativa
Durante i giorni dedicati al progetto, la sonda Mars
Express ha sorvolato varie volte Cavi Angusti a
una distanza media di circa 3000 km, in diverse
ore della giornata marziana, permettendo cosi' di
studiare la zona con un dettaglio di pochi
chilometri, sufficiente a rivelare eventuali
formazioni di nuvole.
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L’atmosfera di Marte 1
La pressione atmosferica I Marte è in media di 600 pascal
(0.087 psi), circa lo 0.6% della Terra di 101.3 kilopascals
(14.69 psi).
Varia da un minimo di 30 pascal (0.0044 psi) sul Monte
Olimpo fino a oltre 1,155 pascal (0.1675 psi) nella
depressione di Hellas Planitia.
Questa pressione è ben al di sotto del limite di Armstrong
per la protezione del corpo umano dalle radiazioni solari.
La massa complessiva dell’atmosfera di Marte di 25
teratonnes a confronto con quella della Terra di 5148
teratonnes con un’altezza di circa 11 kilometri (6.8 mi)
contro i 7 kilometri (4.3 mi) della Terra.
L’atmosfera di Marte 2
È composta dai seguenti strati:
BASSA ATMOSFERA: zona calda influenzata dal calore del
terreno e delle tempeste di sabbia.
ATMOSFERA DI MEZZO: zona in cui soffiano le correnti a
getto.
ATMOSFERA SUPERIORE O TERMOSFERA: zona con
temperature molto alte, causata dal calore solare. I gas
atmosferici iniziano a separarsi tra loro a queste altitudini.
ESOSFERA: Inizia a 200 km e oltre, in questa zona le ultime
tracce di atmosfera svaniscono nel vuoto.
C’è anche una zona di IONOSFERA e uno strato di ozono
stagionale sopra il Polo Sud.
L’atmosfera di Marte 3
Il grafico mostra l’abbondanza % dei 5 gas
nell’atmosfera di Marte, come misurato
dal rover della NASA nel 2012.
Il grafico usa una scala logaritmica per
poter riportare i valori di concentrazioni
molto differenti.
Il gas di gran lunga più abbonante l’anidride
carbonica (diossido di carbonio CO2 )
che raggiunge il 95.9 % del volume
Gli altri quattro gas più abbonanti sono
nell’ordine argon (Ar), azoto (N) e
monossido di carbonio (CO). Questi dati
sono ottenuti dal rover CURIOSITY
situato nel cratere GALE e non hanno
mai mostrato condizioni ambientali
favorevoli alla vita.
Clima 1
Tra tutti i pianeti del sistema solare Marte è quello con il
clima più simile a quello terrestre per via dell'inclinazione
del suo asse di rotazione. Le stagioni tuttavia durano
circa il doppio dato che la distanza dal Sole lo porta ad
avere una rivoluzione di poco meno di 2 anni. Le
temperature variano dai −140 °C degli inverni polari a
20 °C dell'estate. La forte escursione termica è dovuta
anche al fatto che Marte ha un'atmosfera sottile (e quindi
una bassa pressione atmosferica) e una bassa capacità
di trattenere il calore del suolo.
Clima 2
Entrambe le calotte polari sono composte principalmente
da ghiaccio ricoperto da uno strato di circa un metro di
anidride carbonica solida (ghiaccio secco) al polo nord,
mentre lo stesso strato raggiunge gli otto metri in quello
sud, la sovrapposizione del ghiaccio secco sopra a
quello d'acqua è dovuta al fatto che il primo condensa a
temperature molto più basse e quindi successivamente a
quello d'acqua in epoca di raffreddamento. Entrambi i
poli presentano dei disegni a spirale causati
dall'interazione tra il calore solare disomogeneo e la
sublimazione e condensazione del ghiaccio. Le loro
dimensioni variano inoltre a seconda della stagione.
Celestia
Il software Celestia
(gratuito) permette di
vedere i pianeti del
sistema solare come se
fossimo in una
astronave in orbita
attorno al pianeta.
È stato utilizzato per identificare i tempi esatti dei passaggi
della Mars Express su Cavi Angusti.
L'ESA ha fornito uno script per Celestia che permette di
visualizzare esattamente l'orbita della sonda nel periodo di
interesse.
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Marte visto dal telescopio spaziale Hubble nella opposizione del
2003. Si vede la calotta polare Sud, in primavera avanzata.
Nella foto a destra si vede nettamente il Monte Olimpo al centro
della pianura settentrionale.
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Dettaglio della foto di HST della calotta polare Sud.
Cavi Angusti e' sotto la cappa dei ghiacci.
La scala e' circa 7 km/pixel, ma la zona polare e' vista
molto inclinata e la risoluzione e' quindi molto peggiore.
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Lo studio
La calotta Sud di Marte vista su due carte geografiche realizzate coi
dati della missione Viking orbiter. Insieme al software Celestia sono
state usate per identificare i crateri sulla superficie di Marte.
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I ragazzi di Antares
• Studenti in visita all'Osservatorio per
osservare Venere e Giove al crepuscolo.
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Le immagini ottenute
Le foto della VMC sono state prese a intervalli di un minuto con
tempi di posa di 1s, 0.5s, 0.25s; questo per poter visualizzare
bene zone che fossero sature con la pose piu' lunghe.
Nel nostro caso, data la luce radente, anche le pose da 1s sono
leggermente sottoesposte.
Delle tre orbite dedicate al progetto dal team ESA, solo una e'
risultata utilizzabile per noi, in quanto negli altri due passaggi su
Cavi Angusti era notte.
In totale 48 foto, di cui 16 ben esposte (80/255 conteggi).
Non e' stato quindi possibile ricercare effetti di formazione di
foschia in ore diverse della giornata, come da progetto originale.
La distanza minima della sonda da Cavi Angusti e' stata di 1980
km.
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Piano B
Abbiamo quindi sviluppato il nostro progetto in tre parti:
•Realizzazione di un filmato del sorvolo della zona polare Sud
utilizzando tutti i fotogrammi ben esposti.
•Misura del diametro della calotta polare, del cratere principale
di Cavi Angusti e del vicino cratere Schmidt.
•Ricerca di possibili variazioni di colore del suolo a causa della
diversa quantita' di atmosfera marziana frapposta tra la sonda
e il suolo durante il transito.
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Il filmato
Per realizzare il filmato abbiamo usato come riferimento le foto
con posa lunga 1s.
Abbamo poi inserito immagini fisse realizzate con Celestia e
fotogrammi singoli con sovrascritte.
Il video e' stato montato con iMovie
Infine e' stata aggiunta la colonna sonora e i titoli di testa.
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Fare partire il video separatamente
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Misurazioni
Il diametro dei crateri e' stata realizzata solo sulle immagini da
1s per avere un miglior rapporto Segnale/Rumore. Le
misure sono state effettuate col programma free GIMP,
utilizzando lo strumento righello, e zoommando le
immagini x4 in modo da minimizzare l'errore di
posizione del
mouse.
La distanza Mars Express - Cavi Angusti e' stata ricavata col
programma Celestia, usando lo script ESA per identificarne la
posizione al momento di ciascuna foto.
Assumendo il campo di vista della VMC dalle specifiche
tecniche, abbiamo calcolato in approssimazione piana la
scala angolare per pixel, e da questa la scala lineare sulla
superficie.
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La zona di Cavi Angusti al centro della immagine VMC e la
corrispondente carta di Marte.
Sulla verticale di Cavi
Angusti.
Distanza 2280 km, scala
2.48 km/pixel
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Cavi Angusti
Scala 2.5 km/pix molto meglio della immagine HST, e lo vediamo dall'alto !!
Polo Sud
in alto
Cavi Angusti
al centro
Cratere Schmidt
in basso
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La teoria
Dalle specifiche tecniche la scala angolare della VMC risulta di
225”/pixel.
Il diametro apparente d (in radianti) di un cratere di diametro
D(km) a distanza r(km) e' d=tan(D/r);
Se l'angolo e' piccolo (meno di 2 gradi) tan(alfa)=alfa e quindi
d=D/r.
Passando ai secondi d'arco (arcsec) invece dei radianti,
da=D/r*206265 (numero di secondi d'arco in un radiante).
Per passare dalla misura in secondi d'arco a quella in pixel basta
dividere per il fattore di scala nominale su menzionato (225"/pix).
Per un cratere di 100 km abbiamo che il diametro in pixel (dp)
dp=D/r*917.
Per cui il diametro in km e' D=dp*r/917
Abbiamo misurato i diametri in pixel di tre formazioni:
Cavi Angusti, Schmidt, Calotta Polare innevata. 34
Andamento aspettato
Misure dei diametri nelle
varie immagini a diversa
distanza: le curve indicano i
valori aspettati in pixel in
base alla scala angolare.
I nostri valori sono
In buon accordo con quelli
ricavati dalla carta del
Viking:
Cratere
Noi Viking
Schmidt 200 178
Cavi Ang. 80 74
Calotta P. 460
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Assorbimento
atmosferico
Abbiamo tentato di verificare se
la presenza dell'atmosfera
marziana produce effetti visibili
nella VMC.
Durante il sorvolo, l'altezza
della Mars Express sopra
l'orizzonte di Cavi Angusti e'
variata da 40 a 90 gradi: di
conseguenza lo spessore di
atmosfera e' variato da 1.55 a
1.00.
Il rapporto Blu/Rosso misurato
e' cambiato da 1.13 a 1.64
La differenza di colore del suolo
e' visibile nelle due immagini.
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Conclusioni
Questo progetto ha permesso di svolgere diverse operazioni con
importante contenuto didattico:
• realizzare un lavoro di squadra con suddivisione dei compiti.
•utilizzare un software astronomico per la misura della distanza della
sonda Mars Espress dalla superficie del pianeta.
•familiarizzarci con la geografia marziana e i sistemi di coordinate.
•misurare le dimensioni di alcune strutture con successo.
•comprendere la struttura informatica di immagini a colori.
Quando riosserveremo Marte al telescopio lo vedremo con occhi
ben piu' consapevoli.
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