L'esperimento CONSERT (Missione Rosetta)
di Peri Leonardo, Di Sclafani Vanessa,
Murgo Andrea e Casucci Leonardo 3Bsc
CONSERT( COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio wave Transmission) è
un esperimento che fa parte della missione Rosetta il cui fine è principalmente di
determinare la struttura fisica della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Lo scopo
La struttura interna del nucleo di una
cometa
è
al
giorno
d'oggi
sconosciuta, non si sa infatti né la
composizione
chimica,
né
quella
fisica, né tantomeno se vi sono cavità
all'interno.
Di conseguenza si ricerca il materiale
del nucleo interno, le dimensioni di
eventuali sottostrutture del nucleo, lo
spessore di possibili stratificazioni e la costante dielettrica dello strato superiore,
che permette di conoscere le caratteristiche elettriche della superficie, legata alla
permettività elettrica, che quantifica la tendenza del materiale a contrastare
l'intensità del campo elettrico presente al suo interno.
La strumentazione
La strumentazione di CONSERT è situata sia
sulla sonda orbitante (orbiter) che sull'unità
collocata
sulla
superficie
della
cometa
(lander).
Lo strumento sull'orbiter è costituito da due
antenne dipolo (un’antenna dipolo è costituita
da due bracci uguali aperti realizzati con
un conduttore elettrico lineare su cui scorrono le correnti elettriche che irradiano
il campo elettromagnetico a distanza) incrociate, mentre quello sul lander è
costituito
ituito da due antenne monopolo incrociate; lo strumento utilizza frequenze radio
di 90 MHz con una larghezza di banda (ovvero la misura dell’ampiezza di banda,
cioè la quantità di dati informativi che possono essere trasferiti, attraverso
una connessione,, in un dato periodo di tempo di un segnale) di 8 MHz.
Gli Hertz sono l’unità di misura della frequenza,
frequenza, e misurano le oscillazioni (o i giri) al
secondo.
Un'antenna monopolo incrociata
Un'antenna dipolo incrociata
Il funzionamento
Un segnale radio viene inviato dall'orbiter verso la superficie e penetra attraverso il
nucleo; esso viene ricevuto e ritrasmesso dagli
strumenti a bordo del lander e dopo un secondo
viaggio attraverso il nucleo è infine misurato
dall'orbiter, il tutto in circa 25 microsecondi; le
variazioni di segnale consentono di studiare la
struttura interna della cometa.
cometa
I segnali radio sono onde elettromagnetiche e sono
caratterizzati da una frequenza d’onda (misurata in
Hertz) e una lunghezza d’onda λ, la misura della distanza fra due creste.
In ogni onda il rapporto fra la lunghezza d’onda e il periodo (l’intervallo temporale
della lunghezza d’onda) è uguale alla velocità della luce c (ovvero celeritas,
299792,458 km/s), ma poiché la frequenza è il reciproco del periodo, allora la
velocità della luce sarà uguale anche al prodotto della lunghezza per la frequenza.
La composizione del nucleo può essere studiata grazie alle onde poiché materiali
diversi forniscono diversi spettri elettromagnetici, in quanto bloccano diverse
radiazioni, quindi dalle onde non bloccate è possibile stabilire le componenti.
Viene anche sfruttato l’effetto Doppler, un fenomeno fisico che consiste nel
cambiamento, rispetto al valore originario, della frequenza o della lunghezza
d'onda percepita da un osservatore raggiunto da un'onda emessa da una sorgente
che si trovi in movimento rispetto all'osservatore stesso e che abbia quindi una
velocità relativa |Vr|.
Invece quando essa si muove e quindi Vr≠0, allora il target percepirà le onde con
frequenza f diversa da quella percepita da un osservatore solidale alla sorgente
(ovvero che viaggia alla stessa velocità della sorgente). Supponiamo che Vr sia
maggiore di zero, ovvero che la sorgente si allontani dal target: la relazione Doppler
è
=
e
=
, da cui si ricava che f<f0 e che λ>λ0 (poiché sappiamo dalla
relazione di dispersione che il prodotto fra λ e f è costante e uguale a c, quindi se λ
aumenta, f deve diminuire).
Se vr < 0 i segni delle relazioni Doppler si invertono e si ha l'effetto opposto
(spostamento verso le lunghezze d'onda minori e verso le frequenze maggiori dei
segnali ricevuti).
È possibile notare questo fenomeno quando si sta avvicinando un’ambulanza in
corsa o un treno e sentiamo molto più acuto il suono quando si stanno avvicinando
mentre il suono diventa più cupo quando si allontanano (ovviamente, in questo
caso, va sostituito alla velocità della radiazione elettromagnetica nel vuoto c, nelle
relazioni Doppler, la velocità del suono nell'aria).
La realizzazione
Lo strumento è stato costruito grazie alla collaborazione di tre istituzioni il
Laboratoire de Planétologie de Grenoble, la Ruhr-Universität Bochum e la MPS. La
MPS è stata responsabile per il concetto di antenna, la progettazione, la
costruzione, il collaudo e la verifica delle unità di antenna, mentre gli scienziati
francesi hanno sviluppato le rispettive parti elettroniche dello strumento. Il
responsabile (Principal Investigator) dell'esperimento CONSERT è Wlodek Kofman
dal Laboratoire de Planétologie de Grenoble.
Immagine della cometa presa da Osiris.
