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Missione DART: come si dirotta un corpo celeste?

La docente Silvia Giordano propone un percorso didattico per analizzare in classe il recente tentativo della NASA di dirottare un corpo celeste con il veicolo spaziale DART.

Secondaria  Grandi insegnanti 
10 ottobre di: Silvia Giordano
copertina

Quella di DART è la prima missione spaziale, condotta dalla NASA, con cui l’umanità ha provato a cambiare la rotta di un corpo celeste, lanciandogli contro e “sacrificando” un veicolo spaziale appositamente disegnato. La missione è partita nel novembre 2021 e sono passati pochi giorni dal suo effettivo compimento: il 26 settembre 2022 il veicolo DART ha impattato contro il piccolo Dimorphos.

Questo evento astronomico è un’ottima occasione per parlare di attualità e progressi scientifici alle nostre classi, agganciandoci ad argomenti relativi ai programmi di Scienze (corpi celesti, Universo) e di Storia (esplorazione dello spazio), oppure usandolo come punto di partenza per un progetto di educazione all’informazione digitale, inserendosi nel contesto dell’Educazione civica. Inoltre si può collegare anche con la visione insieme a studenti e studentesse del recente film Don’t look up.

Per strutturare questi spunti in un percorso didattico coerente, pensato in particolare per le classi della scuola secondaria, si possono seguire le seguenti fasi di lavoro e usare questa presentazione, utile anche per una lezione informativa frontale.

Introduciamo il percorso riassumendo con ragazzi e ragazze le informazioni generali sull’evento: il 24 novembre 2021 è stato lanciato, dalla base spaziale Vandenberg in California, DART. È un veicolo spaziale della NASA, il cui nome è un acronimo e significa “Test di Redirezionamento di un doppio asteroide”, che apre la strada agli studi sulla possibilità di deviare e allontanare possibili oggetti minacciosi, in caso la loro traiettoria in futuro metta in pericolo la nostra vita sulla Terra. DART infatti è stato progettato per scontrarsi con una piccola “luna” celeste, Dimorphos, con l’obiettivo di modificarne la traiettoria che da milioni di anni compie attorno al suo asteroide.

Fase 1: brainstorming

Fermiamoci un attimo a riflettere sui due termini “luna” e “asteroide” con i nostri studenti, definendo bene i significati di entrambi. Raccogliamo le idee con un brainstorming e cerchiamo le definizioni che ci servono in Rete (su un sito affidabile, come treccani.it) per comprendere meglio la situazione.

Troveremo quindi che per “luna” si intende un satellite che gira attorno a un corpo celeste che non sia una stella (nel qual caso sarebbe un pianeta e non una luna); un asteroide è invece un “piccolo corpo solido rotante intorno al Sole”, di norma di natura rocciosa e di dimensioni comprese tra qualche centinaio di metri e un massimo di 900 chilometri.

Dunque (come rappresentato in figura 1 della presentazione) il piccolo corpo celeste di nome Dimorphos è una “luna” perché gira attorno all’asteroide Didymos: entrambi questi corpi sono in movimento all’interno del sistema solare. Con gli studenti più curiosi possiamo anche approfondire l’origine e il significato dei nomi di questi corpi celesti: "dimorphos" deriva dal greco e significa “due forme”, mentre "didymos", sempre in greco, significa “gemello”.

Fase 2: dettagli astronomici

Dividiamo ora la classe in gruppi, ciascuno dei quali ricercherà alcuni dettagli (riassunti anche nella presentazione) su questi argomenti:

  • posizione nello spazio del sistema binario di asteroidi osservati;
  • storia e curiosità della scoperta di questo sistema;
  • caratteristiche dei due corpi, Dimorphos e Didymos;
  • funzionamento del veicolo DART;
  • storia passata, presente e futura della missione.

Ricercando in Internet all’interno dei siti dell’ESA, della Nasa e in generale in qualsiasi sito di astronomia, scopriamo le seguenti informazioni.

Posizione nello spazio

Didymos e Dimorphos sono due oggetti che si trovano in orbita attorno al sole attualmente a una distanza media di circa 10,7 milioni di Km dalla Terra: quindi relativamente “vicini”, considerando che il Sistema Solare ha un’estensione totale di circa 6 miliardi di Km. Per visualizzare meglio la posizione, possiamo visionare la mappa live della posizione di questi asteroidi nel simulatore 3D del sistema, che mette in evidenza anche l’orbita di movimento dell’asteroide più grande Dydimos (figura 2 della presentazione).

Caratteristiche dei due corpi

L’asteroide principale Didymos ha un diametro di circa 780 metri, circa l’altezza di uno dei più alti grattacieli costruiti dall’uomo sulla Terra (figura 3). La sua luna Dimorphos, invece ha un diametro di appena 160 metri, diciamo quindi circa come il nostro Colosseo romano (figura 4). Tra i due corpi c’è una distanza di appena 1,2 chilometri e la velocità di movimento di Dimorphos attorno a Didymos è di circa 7 centimetri per secondo: impiega circa 12 ore a compiere una orbita completa.

Per confronto, chiediamo agli studenti di cercare gli stessi dati relativamente al sistema Terra-Luna: scopriamo che la Luna si trova mediamente a una distanza di circa 385.000 km dal centro della Terra e ruota attorno ad essa con una velocità orbitale media di 1,022 km/s.

Dimorphos e Didymos ruotano entrambi attorno al Sole (come precedentemente osservato), impiegando 770 giorni per completare una rivoluzione intera e passando molto vicino alle orbite della Terra e di Marte. Ruotano anche su se stessi: il più grande compie un giro completo ogni 2,26 ore, mentre il più piccolo ci mette 12 ore.

Il veicolo DART

DART (figura 7) è un veicolo la cui guida è completamente automatizzata grazie al sistema di navigazione SMART Nav Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation) ed è quindi stato in grado non solo di navigare autonomamente fino a raggiungere il sistema binario di Didymos, ma anche di distinguere i due corpi rocciosi tra loro, identificare il più piccolo e automanovrarsi per l’impatto. Si è mosso nello spazio usando l’energia solare presente sui suoi pannelli ed ha testato l’innovativ un sistema di propulsione solare a ioni NEXT-C (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster–Commercial).

DART ha avuto una serie di aiutanti durante la sua missione:

  • DRACO, il sistema di navigazione a riconoscimento ottico;
  • CORE SAT: il computer di navigazione su cui gira DRACO;
  • LICIACube: il satellite italiano per la ripresa delle immagini fotografiche degli asteroidi, che si è staccato da DART prima della collisione e l’ha fotografata;
  • ROSA: un innovativo sistema di pannelli solari, per la prima volta in uso nello spazio;
  • NEXT-C: il motore a ioni che viene testato per la prima volta come mezzo di propulsione;
  • RLSA: Radial Line Slot Array, un’antenna per le comunicazioni che spedisce e riceve dati.

LA MISSIONE: il passato

Nel laboratorio di Fisica applicata “Johns Hopkins” (in Maryland, USA), sotto la direzione dell’Ufficio per la coordinazione della difesa planetaria della NASA, è stato costruito il veicolo spaziale DART, il cui compito è dimostrare che è possibile deviare la traiettoria di un corpo celeste sfruttando l’impatto con un veicolo che ne impatti la superficie. Questo metodo, chiamato “deviazione da impatto cinetico” è uno dei possibili modi con cui l’uomo ipotizza di potersi difendere dai pericoli proveniente dallo spazio ed è attualmente l’unico che è arrivato alla fase di test.

Il programma di Difesa Planetaria di cui DART fa parte nasce nel 2013, a seguito dell’esplosione di una meteora in Russia, sopra Chelyabinsk, che ha creato una serie di onde d’urto che hanno colpito 6 città limitrofe alla zona di impatto. Da allora, il NASA’s Planetary Defende Coordination Office supervisiona e finanzia progetti che cercano e studiano asteroidi e comete che passano in zone vicine all’orbita terrestre e coordina lo sviluppo di metodi e tecnologie per rispondere a un eventuale loro impatto con il nostro pianeta.

LA MISSIONE: il presente

L’impatto con la luna rocciosa Dimorphos è avvenuto il giorno 26 settembre 2022, dopo 10 mesi di navigazione nello spazio, a una distanza di circa 11 milioni di Km dalla Terra e colpendola a una velocità di circa 6,6 km al secondo. L’impatto è stato osservato, oltre che dalle attrezzature di DART (vedi questo video), anche da diversi telescopi sulla Terra e dallo Space Hubble, che continueranno a studiare l’orbita di Dimorphos e a registrare le future variazioni.

Si prevede che la collisione abbia spostato l’orbita di Dimorphos attorno al corpo principale Didymos in un modo quasi impercettibile (solo una frazione dell'1%) ma sufficiente a essere misurato con telescopi e radar da Terra. Didymos manterrà il suo moto intorno al Sole pressoché imperturbato.

LA MISSIONE: il futuro

Nel febbraio del 2024 verrà lanciata la missione HERA, che arriverà nei pressi di Didymos nel 2026,: il suo scopo sarà di documentare il sito di impatto tra DART e Dimorphos (vedi il video simulazione nella presentazione), andando ad approfondire le nostre conoscenze riguardo l’impatto e i suoi effetti.

HERA dispiegherà anche due CubeSats (piccoli satelliti delle dimensioni di una scatola di cereali) per eseguire osservazioni ravvicinate di supporto: Milani effettuerà osservazioni multispettrali di superficie, mentre Juventas effettuerà per la prima volta rilevamenti radar dell’interno di un asteroide. Possiamo approfondire l’intera missione e quella di HERA nel video dell’ESA, con sottotitoli italiani, a questo link.