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
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Dawn - NASA Orbiter of Asteroids Ceres and Vesta
(2007)
Rosetta - ESA Comet Mission, will fly by asteroids
Steins and Lutetia (2004)
Hayabusa (Muses-C) - ISAS (Japan) Sample Return
Mission to Asteroid 25143 Itokawa (2003)
Stardust - NASA Comet Coma Sample Return Mission,
flew by asteroid AnneFrank (1999)
Deep Space 1 - NASA Flyby Mission to asteroid Braille
(1998)
Cassini - NASA/ESA Mission to Saturn through the
Asteroid Belt (1997)
NEAR - NASA Near-Earth Asteroid Rendezvous with
433 Eros
Galileo - NASA Mission to Jupiter via asteroids Gaspra
and Ida (1991-1993)
La Missione Dawn
Esplorazione spaziale degli asteroidi
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L’esplorazione spaziale degli asteroidi è
iniziata con l’osservazione di Gaspra (1991)
e Ida (1993), sorvolati dalla sonda Galileo.
Da allora sono stati osservati diversi asteroidi
attarverso fly-by: Mathilde (missione NEAR
1997), Braille (Deep Space 1, 1999), Anne
Frank (StarDust, 2002)
Missioni dedicate allo studio di asteroidi:
NEAR e HAYABUSA (ambedue dedicate allo
studio di NEO)
Fino ad oggi abbiamo avuto fly by di asteroidi
main belt e missioni a NEO (NEAR,
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
quello di conoscere le
condizioni e i processi che
erano presenti all’origine del
sistema solare.
Dawn é una missione NASA
della classe DISCOVERY e
sarà la prima missione a
orbitare intorno a due
oggetti extraterrestri.
DAWN studierà in dettaglio
due asteroidi - protopianeti:
1 Cerere e 4 Vesta
DAWN:
la prima missione che esplorerà un pianeta nano
L’assemblea dell’IAU ha rivisto la definizione di pianeta come un
corpo che (a) orbita intorno al Sole, (b) ha massa sufficiente perchè
l’autogravitazione sia maggiore delle forze a stato solido in modo
che il corpo assuma una forma di equilibrio idrostatico, e (c) ha
svuotato la zona intorno alla sua orbita.
Con questa definizione il Sistema Solare è costituito da 8 pianeti. E’
stata introdotta una nuova classe di oggetti: i Pianeti Nani.
I primi membri di questa nuova classe di pianeti nani sono: Cerere,
Plutone e 2003 UB313 –Eris.
La Missione Dawn
La regione che esplorerà Dawn
Gli asteroidi sono i residui di una storia complessa dinamica e
collisionale e la maggior parte di loro sono solo frammenti
rocciosi di corpi più grandi
La formazione di Giove ha fortemente influenzato la fascia
asteroidale
Pochi asteroidi (i più grandi ?) sono rimasti intatti dalla loro
formazione
Anche Marte non ha raggiunto la sua possibile massa finale
infatti è molto più piccolo degli altri pianeti terrestri.
La Missione Dawn
Formazione dei pianeti Terresti:
un passato cancellato
Le fasi successive del processo di formazione debbono spiegare
come da un insieme di planetesimi, la cui composizione
presumibilmente rispecchiava quella delle condriti carboniose, si
passa a corpi di grandi dimensioni fortemente differenziati, come i
pianeti terrestri.
crescita gerarchica dei planetesimi;
crescita finale attraverso impatti non completamente distruttivi ma
che coinvolgono corpi di grandi dimensioni.
La Missione Dawn
Perché Vesta e Cerere
La Missione Dawn
Vesta è diversa dagli altri
asteroidi: è riuscita a
crescere abbastanza per
differenziarsi come un
pianeta terrestre e sembra
la sorgente dei meteoriti
HED (Howardite, Eucrite,
Diogenite) .
Cerere invece sembra
non differenziata (?).
Vesta e Cerere possono
essere considerati dei
protopianeti in qualche
modo complementari.
Obiettivi scientifici di Dawn
Lo 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?
Le immagini di Hubble hanno mostrato un mondo
diverso con colate di lava e un gigantesco cratere da
impatto. Queste sono le prove che Vesta doveva
avere un cuore di magma, proprio come la Terra.
La Missione Dawn
La mineralogia di Vesta
Lo
VIS - NIR Range (m)
La Missione Dawn
spettro di Vesta mostra una
banda di assorbimento centrata
a 0.93 m e una seconda
banda a circa 2.0 m
(caratteristica di minerali di
origine magmatica).
La spettroscopia fatta da terra
di Vesta sembra indicare che
esistono regioni basaltiche.
Lo spettro di Vesta è simile a
quello delle meteoriti HEDs che
provengono da un oggetto
differenziato.
Meteoriti di tipo HED
Eucriti:
basalto acondritico
formatosi da un raffredamento
rapido del Magma.
Diogeniti: Ortopirossene
brecciato che contiene tracce
di olivina formato da
raffredamento lento del
magma sotto la superficie.
Howarditi: misture brecciate
di diogeniti ed Eucriti.
Eucriti, Diogeniti e Howarditi hanno
simili composizione in isotopi ossigeno
e simile FeO/MnO nei loro pirosseni.
La Missione Dawn
Unico oggetto
progenitore ?
Meteoriti di tipo HED: mineralogia
VESTA
HED
ASTEROIDE PROGENITORE DELLE METEORITI HEDS: VESTA
La Missione Dawn
La famiglia di Vesta
Osservazioni
spettrali hanno
evidenziato oggetti con spettro simile a
Vesta.
Si è scoperto che questi oggetti sono
geneticamnte collegati tra loro: sono
frammenti generati da collisioni su un
asteroide detto progenitore (famiglia)
Gli asteroidi della famiglia di
Vesta hanno spettro simile a
Vesta ed alle meteoriti di tipo
HEDs
C’e una relazione genetica:
VESTA-Famiglia-HEDs
La Missione Dawn
Cosa sappiamo attualmente di Cerere?
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
La Missione Dawn
Cerere
La Missione Dawn
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)
Meteoriti da Cerere ?
Lo spettro è simile ad alcuni
tipi di meteoriti ma nessuno
di questi è perfettamente
consistente in tutto
l’intervallo spettrale.
Non abbiamo meteoriti da
Cerere ?
Qualche processo fisico
altera lo spettro di Cerere e
non lo rende riconoscibile ?
La Missione Dawn
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 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: - September 27,
2007
- Launch
2008 - Commissioning
2009 - Mars Gravity Assist
2011 - Vesta Arrival
2012 - Vesta Departure
2015 - Ceres Arrival
2015 - End of Mission
La Missione
Vesta orbit
operations
Ceres orbit
operations
Mars gravity
assist
Oct ‘11 - May ‘12
Mar ‘09
Launch
27 9 2007
La Missione Dawn
Aug ‘15 - Jan ‘16
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
Spacecraft
Dry mass: 745 kg
Wet mass: 1240 kg
Solar array power (1 AU): 10.3 kW
Solar array power (3 AU): 1.3 kW
19.7 m
Delta II 7925H-9.5
La Missione Dawn
DAWN: Propulsione ionica
Non
è possibile usare un
motore tradizionale per
raggiungere gli obbiettivi di
Dawn
DAWN ha un motore a ioni
derivato da quello usato nella
missione 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 Dawn
ray and neutron spectrometer
Mapping of elemental abundances
VIR mapping spectrometer
High resolution mineralogical
thermal mapping -ITALY
Cameras (2)
• Imaging
science
• Navigation
La Missione Dawn
Lo spettrometro VIR
La Missione Dawn
VIR Mapping Spectrometer
VIR, Visual InfraRed Mapping
Spectrometer,
è simile a
VIRTIS-M in volo sulla mssione
Rosetta
VIR-MS è uno spettrometro ad
immagini in grado di accoppiare
alta risoluzione spettrale e
spaziale nel Visibile (0.25-1 um)
e IR (0.95-5 um)
VIR è in grado di soddisfare gli
obbiettivi scientifici di Dawn con
uno strumento al contempo
molto sofisticato, con alte
performance e molto affidabile.
La Missione Dawn
Principal Investigator:
A. Coradini, INAF
Contributed to Dawn by ASI and
INAF
Obbiettivi primari di VIR
Determinazione
della
composizione
mineralogica del materiale nel suo
contesto geologico
Identificazione dei diversi materiali e della
loro distribuzione spaziale.
Identificazione dei silicati, dei minerali e
materiali idrati con una risoluzione
spettrale / > 100 nel range tra 0.25 e 5
um
Mappatura, con una risoluzione spaziale
di decine di metri, della superfcie degi
asteroidi e determinazione della
distribuzione spaziale dei vari tipi
mineralogici.
Determinazione della microstruttura e
natura delle particelle superficiali con la
misura delle curve spettrofotometriche
La Missione Dawn
VIR e Vesta
Conferma del legame tra le meteoriti HEDs e Vesta
Prima osservazione di un interno planetario tramite le immagini spettrali
dell’enorme e profondo bacino da impatto al polo sud.
Studio della natura e della storia del magmatismo su Vesta (magma
ocean ?)
Determinazione della mineralogia di un protopianeta
Determinazione della composizione dei materiali presenti su Vesta..
Pieters et al., 2006
La Missione Dawn
VIR e Ceres
Studio della mineralogia di
una oggetto primitivo
Identificazione dei minerali
idrati e non
Identificazione di possibili
ghiacci di natura diversa
Indicazione di una
possibile atmosfera
transiente
Indicazioni sulla eventuale
presenza di un oceano
sotto la superficie
Determinazione della
composizione di un
pianeta nano
La Missione Dawn
Rivkin and Volquards, 2006
Alcuni dati su VIR
VIR è uno spettrometro ad immagini molto compatto, composto da 2 moduli:
•Optical head
•Box elettronica
Channel
Spectral
Range
Spectral
Sampling
FOV
(mrad)
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
38 µm
La Missione Dawn
IFOV SNR Radio. Radio.
(mrad)
Abs. Relat.
Det.
Matrix
Dim.
270x436
Pixel
pitch
VIR data: Spectral Images
VIS
IR
λ
The imaged FOV (64 X 64 mrad) is dispersed in the VIS and IR detectors
Data Cube
Ad ogni pixel dell’immagine
corrisponde uno spettro tra
0.25 e 5 micron
Ad ogni lunghezza d’onda
corrisponde un’immagine
spaziale
La Missione Dawn
Come VIR vede un pezzo di Vesta
Experimental set-up during calibration
2
1. Calibrated source
5
2. Target (spectralon/millbillillie)
4
3. Collimator
4. Folding mirror
5. VIR-MS inside the TVC
1
3
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 → 1.8nm
1070nm÷2600nm → 9.5nm
La Missione Dawn240
samples
VIR spectra
La Missione Dawn
A che punto siamo della
missione ?
La Missione Dawn
Lancio
La Missione Dawn
Dawn è stata lanciata
da Cape Canveral il
27/09/2007.
La Missione Dawn
Dove è la sonda Dawn ?
La Missione Dawn
Cosa ci aspettiamo da DAWN
Dawn esaminerà la composizione dei due protopianeti
per determinare la loro origine,storia termica ed evolutiva
DAWN potrà caratterizzare le condizioni ed i processi
delle fasi iniziali del sistema solare, studiando in
dettaglio due protopianeti rimasti quasi intatti dal
momento della loro formazione.
La complementarietà e la diversità di Cerere e Vesta,
due protopianeti che, pur condividendo la stessa zona di
formazione, hanno subito una storia evolutiva
profondamente diversa, potranno essere la chiave di
lettura per la comprensione dei processi all’origine del
sistema solare
La Missione Dawn
