Esplorazione degli asteroidi

L'esplorazione degli asteroidi ha avuto inizio nel 1971 si è svolta tramite l'utilizzo di sonde automatiche.

Prima dell'era dei viaggi spaziali, gli asteroidi erano soltanto dei puntini luminosi anche se osservati con i più grandi telescopi. La loro forma e le caratteristiche della superficie rimanevano un mistero.

Le prime fotografie ravvicinate di un oggetto di tipo asteroidale furono scattate nel 1971 quando la sonda Mariner 9 riprese delle immagini delle piccole lune di Marte, Fobos e Deimos, due asteroidi catturati. Queste immagini mostrarono la forma irregolare, simile ad una patata, comune alla maggior parte degli asteroidi, in seguito confermato dalle immagini acquisite dalle sonde Voyager delle lune più piccole dei giganti gassosi.

Le prime fotografie ravvicinate di un asteroide vennero scattate dalla Galileo, agli oggetti Gaspra nel 1991, e Ida nel 1993. Nel 1996 la NASA ha lanciato la prima missione dedicata allo studio di un asteroide: la sonda NEAR Shoemaker, dopo aver effettuato nel 1997 il sorvolo dell'asteroide Mathilde, atterrò sull'asteroide Eros nel 2001, determinandone la densità con estrema precisione a partire dalle misure del campo gravitazionale.

Altri asteroidi visitati da sonde in rotta per altre destinazioni sono: 9969 Braille (da Deep Space 1 nel 1999); 5535 Annefrank (da Stardust nel 2002).

Nel settembre del 2005, la sonda giapponese Hayabusa ha iniziato lo studio dell'asteroide 25143 Itokawa, riportando sulla Terra campioni della superficie 5 anni più tardi. La sonda Hayabusa ha incontrato numerosi contrattempi, compresi i guasti di due delle tre ruote di reazione, che controllano l'orientazione della sonda rispetto al sole e mantengono il puntamento dei pannelli solari, e di due dei quattro motori a ioni.

Il lancio della missione Dawn della NASA, diretta verso Cerere e Vesta, è avvenuto nel mese di settembre del 2007.

La sonda Rosetta dell'ESA è transitata ad 800 km dall'asteroide 2867 Šteins il 5 settembre 2008 ed a 3162 km da 21 Lutetia il 10 luglio 2010.

Prime missioni proposte

Fin dagli anni sessanta furono vagliate negli Stati Uniti possibilità per l'esplorazione degli asteroidi, il cui studio era ritenuto assai utile per la comprensione delle prime fasi della formazione dei pianeti. Una delle prime missioni proposte dalla NASA prevedeva il lancio di una sonda che avrebbe sorvolato l'asteroide 433 Eros, relativamente vicino alla Terra. Altre proposte avanzate negli anni settanta, invece, prevedevano l'atterraggio su Eros o Vesta, il recupero di campioni ed il loro trasporto sulla Terra (in inglese: sample return mission)., 2008.

Anche l'European Space Research Organization (ESRO) nello stesso periodo avanzò proposte di esplorazione degli asteroidi; in particolare suggerì il sorvolo di alcuni oggetti da parte di missioni dirette verso Giove. Questa soluzione sarà successivamente adottata.

Il primo studio in loco della fascia principale degli asteroidi avvenne nei primi anni settanta, quando fu attraversata dalle sonde Pioneer 10 e 11 dirette verso il sistema solare esterno.

Tra gli anni settanta ed ottanta, il miglioramento delle tecnologie di osservazione permise l'acquisizione di nuove informazioni sugli asteroidi. In questo periodo venne sviluppata una prima classificazione spettrale ed il numero di oggetti scoperti, anche con orbite prossime a quella della Terra, aumentò notevolmente. Inoltre, risale al 1980 l'ipotesi che l'estinzione di massa del Cretaceo-Paleocene che portò alla scomparsa dei dinosauri fosse stata causata dall'impatto di un asteroide sulla Terra. Negli anni ottanta Francia, Germania, Italia, Russia e Stati Uniti avanzarono proposte di missioni nella fascia degli asteroidi, ma nessuna di esse fu approvata dagli organi preposti alla selezione., 2008.

Nel 1979 venne sottoposta all'analisi dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) una proposta di missione, indicata come Asterex, che avrebbe dovuto esser lanciata nel 1987 ed avrebbe compiuto cinque sorvoli ravvicinati di asteroidi di grandi dimensioni, tra cui Cerere. La sonda sarebbe stata propulsa da un motore a razzo bipropellente e dotata di pannelli fotovoltaici per la generazione di energia elettrica; stabilizzata a tre assi, sarebbe stata dotata di una fotocamera, uno spettrometro infrarosso ed un altimetro radar. La missione avrebbe avuto una durata di 3 anni e mezzo. Asterex fu ad ogni modo respinta, soprattutto perché non avrebbe permesso una semplice ripartizione dei costi tra l'agenzia europea e la NASA., 2008.

Fu quindi rielaborata in una nuova proposta: Asteroidal Gravity Optical and Radar Analysis (AGORA). La missione che avrebbe dovuto essere lanciata tra il 1990 ed il 1994 prevedeva il sorvolo di almeno due asteroidi dal diametro superiore a 500 km; conclusa questa fase, avrebbe raggiunto un asteroide dal diametro superiore ai 100 km e vi sarebbe entrata attorno in orbita. L'obiettivo privilegiato per questa seconda fase era Vesta. La sonda sarebbe stata dotata di un piccolo propulsore elettrico oppure sarebbe stata utilizzata una manovra di fionda gravitazionale con Marte per raggiungere la fascia principale. Nuovamente sottoposta all'ESA, fu tuttavia ancora respinta.

Dall'esperienza accumulata, il Joint Working Group sviluppò infine una terza proposta che avrebbe finalmente coinvolto entrambe le agenzie: la Multiple Asteroid Orbiter with Solar Electric Propulsion (MAOSEP), dotata di un propulsore elettrico e il cui piano di volo prevedeva che la sonda entrasse in orbita attorno a Vesta ed a 17 Thetis, dopo aver sorvolato una serie di altri asteroidi. La NASA tuttavia nel 1985 affermò di non avere interesse in una missione di esplorazione degli asteroidi e la proposta cadde definitivamente nel vuoto.

Altre proposte in Europa vennero sottoposte alle singole agenzie nazionali. Fra queste, una proposta tedesca per il sorvolo di alcuni asteroidi entro una distanza di 3 UA dal Sole (che avrebbe utilizzato materiale di recupero della missione Giotto), una italiana ed una francese., 2008. Nel 1983 il Centro Nazionale Universitario di Calcolo Elettronico (CNUCE) avanzò una prima proposta che avrebbe dovuto sorvolare asteroidi near-Earth - come suggerisce il nome stesso, Earth-Crossing Asteroid Mission (ECAM). Nel lancio sarebbe stata utilizzata tecnologia italiana e statunitense. La missione rinominata Piazzi destò interesse nella comunità scientifica ed industriale italiana. Ricevette una prima interruzione, tuttavia, a seguito dell'incidente dello Space Shuttle Challenger; riarrangiata per essere lanciata tra il 1996 ed il 2005 a bordo di un razzo Ariane 4 o Atlas II, venne infine cancellata dalla neo creata Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Paolo Ulivi riporta che le ragioni della cancellazione potrebbero essere cercate nella rivalità tra i progetti allora esistenti., 2008.

Infine, la Francia e la Russia idearono una missione congiunta denominata Vesta, che avrebbe ripreso alcuni dettagli delle missioni Vega. Da un sorvolo di Venere, due sonde identiche avrebbero ricevuto la spinta necessaria per raggiungere la fascia degli asteroidi, dove avrebbero navigato eseguendo sorvoli ravvicinati di numerosi oggetti, tra cui le comete 22P/Kopff e 78P/Gehrels, alcuni asteroidi e Vesta. In seguito a ritardi francesi, la missione fu rinviata dal 1991 al 1994 ed il piano di volo variato in modo da sostituire Marte a Venere, del quale i russi avevano ormai acquisito una notevole conoscenza. Infine, la Francia cercò di fare in modo che la propria quota fosse ridistribuita nell'ESA, che tuttavia le preferì Huygens. La Russia, allora, la riorganizzò in Mars-Aster, ma il dissesto economico post-sovietico le impedì di procedere autonomamente.

Altre proposte furono avanzate anche negli Stati Uniti, dove nel 1983 il Solar System Exploration Commitee aveva suggerito l'approvazione della missione che in seguito sarebbe divenuta la Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR Shoemaker). Tra le opzioni considerate vi fu anche quella di riportare campioni a Terra dall'asteroide 4660 Nereus, che allora era il corpo celeste più semplice da raggiungere dopo la Luna (in termini di consumo di propellente e quindi costo della missione), e lo studio di 3361 Orpheus. La cancellazione del Programma Planetary Observer, entro cui era stata inquadrata, prima che la sonda fosse stata effettivamente prodotta, tuttavia, condusse ad una ridefinizione della missione., 2008.

Sorvoli ravvicinati Un sorvolo ravvicinato o fly-by è il passaggio di una sonda in prossimità di un corpo celeste a distanze tali da permettere osservazioni e misurazioni con una risoluzione maggiore rispetto a quanto ottenibile da strumenti a Terra.

Galileo

La sonda Galileo della NASA fu lanciata dallo Space Shuttle Atlantis il 18 ottobre 1989 e sorvolò due asteroidi, 951 Gaspra e 243 Ida, nel suo viaggio verso Giove. Questo in risposta ad una nuova politica della NASA che invitava tutti coloro che pianificavano missioni di veicoli spaziali che avrebbero attraversato la fascia di asteroidi a prendere in considerazione la possibilità di effettuare fly-by con tali corpi celesti.

951 Gaspra Le fotografie raccolte dalla sonda Galileo nel sorvolo dell'asteroide di tipo S Gaspra il 29 ottobre 1991 rappresentano le prime immagini ravvicinate di un asteroide. Gaspra è un oggetto monolitico dalla forma irregolare di circa 12 km di diametro (18,2 × 10,5 × 8,9 km) che orbita nella regione interna della fascia principale. Appartiene ad una famiglia collisionale correlata con l'asteroide Flora - la famiglia Flora - di cui rappresenterebbe un frammento scagliato nello spazio nell'impatto che condusse alla formazione della famiglia stessa. L'incontro permise di determinare la composizione dell'asteroide, oltre che la forma, le dimensioni, le caratteristiche superficiali ed il periodo di rotazione, permettendo tra l'altro di stimare l'età della superficie (e quindi il tempo trascorso dall'impatto che condusse alla formazione di Gaspra) sulla base dello stato di craterizzazione della stessa. Furono inoltre confermati i risultati ottenuti da osservatori terrestri, confermando la bontà del metodo.

La sonda Galileo raggiunse un avvicinamento massimo di 1600 km, viaggiando con una velocità relativa di circa 8 km/s. L'incontro rappresentò una sfida tecnologica significativa perché l'orbita dell'asteroide non era nota con la precisione necessaria a programmare correttamente le fasi finali del sorvolo e dirigere opportunamente i sistemi fotografici per la raccolta delle immagini. Fu quindi adottata una strategia indicata come "navigazione visuale" che previde l'uso da parte del controllo a terra delle immagini raccolte nella fase di avvicinamento per direzionare opportunamente la sonda e puntare gli strumenti. Tale procedura si rivelò un successo e sarà in seguito adottata nelle successive missioni di esplorazione di corpi minori.

243 Ida

Ida è un asteroide di tipo S della fascia principale, con dimensioni 53,6 × 24,0 × 15,2 km.

La sonda Galileo sorvolò Ida il 28 agosto 1993 ad una velocità relativa di 12,4 km/s. La fotocamera di bordo ripresero Ida da una distanza di 240.350 km fino alla distanza minima di 2.390 km, coprendo il 95% della sua superficie. Cambiare la traiettoria di Galileo per avvicinarsi a Ida richiese un consumo di 34 kg di propellente. L'esplorazione permise di acquisire importanti informazioni sulla composizione degli asteroidi di tipo S e condusse, inoltre, alla prima scoperta di un satellite asteroidale, Dattilo, e alla prima osservazione del fenomeno di erosione spaziale su un asteroide.

NEAR Shoemaker