Come gli scienziati hanno progettato la morte finale di Cassini

Non era ancora l'alba sulla costa occidentale degli Stati Uniti quando l'astronave Cassini mandò il suo ultimo messaggio sulla Terra e iniziò il suo suicidio in Saturno. Al Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, scienziati e ingegneri si sono riuniti in una sala di controllo della missione affollata, mentre altri hanno visto il segnale dispiegarsi lungo la strada nel campus del California Institute of Technology. Poco dopo le 4:55 am ora locale, il 15 settembre 2017, il piccolo orbiter ha concluso la sua missione di 20 anni.

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"L'ho paragonato a un pugile imbattuto, o un giocatore di baseball che si ritira alla fine della stagione", ha detto Brent Buffington, un ingegnere aerospaziale della JPL che ha aiutato a tracciare il percorso di Cassini negli ultimi sei anni e mezzo. "Sono usciti alle loro condizioni."

Tuttavia, Cassini è riuscito a strappare l'ultima goccia di scienza possibile quando ha incontrato la sua fine nelle dense nuvole di Saturno. Anche se sfrecciava verso l'oblio, stava anche studiando l'atmosfera del pianeta per la prima volta. Questo era caratteristico dell'orbiter, che ha scoperto scoperte di incredibili intuizioni su Saturno e le sue lune sin da quando è arrivato sul pianeta inanellato nel 2004. La vita della missione è stata estesa non una ma due volte per dare al velivolo più tempo per sondare i misteri di Saturno .

Neanche Cassini si fermò a Saturno: l'astronave trafisse il denso smog della più grande luna di Saturno, Titano, per scoprire laghi di metano ed etano, l'unico liquido noto esistere su un pianeta diverso dalla Terra. Ha svelato strane forme di terra, dalle dune ai labirinti ai possibili vulcani di ghiaccio. Cassini ha anche catturato immagini incredibili di geyser che schizzavano dal polo meridionale della gelida luna Encelado, e ha smascherato un oceano liquido nascosto sotto la crosta ghiacciata della luna.

Queste e altre osservazioni hanno contribuito a sostenere che il nostro sistema solare è pieno di mondi oceanici e che la vita potrebbe essere in grado di evolversi e persino prosperare lontano dal sole.

Alla fine, fu la preoccupazione della NASA per Encelado e Titano a imporre la morte di Cassini. Entrambi i mondi sono maturi perché la vita si evolva da sola, e gli scienziati sperano di cercare possibili segni nelle missioni future. Una vera preoccupazione è la possibilità di contaminare questo tipo di mondi con i nostri microbi (al punto che abbiamo un intero ufficio di protezione planetaria dedicato a impedire che ciò accada).

"L'ultima cosa che vogliamo fare è inquinare questi corpi incontaminati con i microbi terrestri che potrebbero essere sul nostro veicolo spaziale", ha detto Buffington. Così lui e il team di navigazione si sedettero per capire come massimizzare quanta scienza potevano uscire da Cassini, mantenendo questi mondi potenzialmente abitabili liberi da contaminazioni.

Il team di navigazione ha perseguito diverse potenziali orbite per Cassini una volta che il serbatoio del carburante era vuoto, ha detto Buffington. Potevano parcheggiare l'astronave in orbita permanente attorno a Saturno, inviando informazioni sul sistema per gli anni a venire. Potrebbero sfondarlo negli anelli per vedere come avrebbero reagito, una collisione che potrebbe anche fornire spunti. Potrebbero schiantarsi contro una delle tante lune di Saturno. Oppure potrebbe lasciare completamente il sistema, viaggiando verso un altro pianeta gigante o gli strani asteroidi del sistema solare esterno.

Ogni possibilità è stata presentata al team scientifico, che ha cercato il modo migliore per sfruttare al massimo gli ultimi giorni del veicolo spaziale. Il processo di selezione è stato, afferma Buffington, "il darwinismo al suo meglio".

Lo schianto negli anelli fu rapidamente escluso. Cercare di dimostrare che nessuno dei pezzi risultanti avrebbe finito per cadere su - e potenzialmente contaminare - Titano o Encelado era quasi impossibile. Anche l'esplorazione di un altro mondo è stata respinta, date le domande in sospeso su Saturno.

E mentre un'orbita eterna attorno a Saturno suonava bene, c'era un grosso problema: Titano, uno dei mondi che speravano di preservare, aveva il potenziale per provocare il caos e un giorno poteva mandare a spirale Cassini in una delle lune abitabili.

Quindi il team ha deciso di mettere a frutto il potere di Titano. Buffington, che lasciò la missione nel 2012 ma tornò in JPL per assistere al gran finale di Cassini, disse che una delle principali scoperte fu la consapevolezza che la luna massiccia poteva essere usata come un cavallo di battaglia. Cioè, gli ingegneri potrebbero trarre vantaggio dal fatto che, quando un corpo piccolo passa da un corpo mobile più grande, il percorso del corpo piccolo viene modificato in un modo che gli scienziati possono calcolare e prevedere.

"Un singolo sistema di assistenza alla gravità di Titano potrebbe essere utilizzato per saltare l'intero sistema ad anello principale", permettendo alla navicella spaziale di evitare la zona pericolosa e viaggiare tra il pianeta e i suoi anelli.

Dopo che il team di navigazione ha mappato le orbite finali di Cassini per mezzo decennio prima della sua scomparsa, hanno inviato i piani ai controllori di volo Cassini. Ogni 10 settimane, inviavano un pacchetto di comandi di navigazione al veicolo spaziale. Non hanno tracciato il percorso, ma sono quelli che si assicurano che Cassini l'abbia ricevuto.

"Ci consegnano la traiettoria di riferimento e poi la pilotiamo", ha dichiarato David Doody, capo del dipartimento Operazioni di volo in tempo reale di JPL. Doody e il suo team di sette "assi" (che è il nome ufficiale degli ingegneri che parlano in tempo reale con l'astronave) inseriscono le piccole manovre che collocano l'astronave dove deve essere. Ma mentre aiutavano a spingere Cassini sulla strada giusta, fu Titano e il suo vasto gra che fecero il pesante sollevamento.

"Titan è il nostro grande motore", ha detto Doody. Se Cassini avesse viaggiato lungo l'autostrada senza pedaggio, ha continuato, gli assi sarebbero responsabili di mantenerlo nella corsia corretta. Ma la luna massiccia esercita il massimo controllo. "Titan è il nostro offramp", ha detto.

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Ad aprile, la morte di Saturno divenne inevitabile. Fu allora che gli effetti gravitazionali di un sorvolo di Titano portarono all'ultimo spostamento in una serie di cambiamenti che puntarono Cassini direttamente su Saturno, senza possibilità di fuga. Anche se i pianificatori delle missioni avessero in qualche modo cambiato idea, i minuscoli potenziatori realizzati per piccoli turni non sarebbero stati abbastanza potenti da far decollare il satellite sul percorso di schianto che Titano aveva attivato.

Alle 3:53 del 13 settembre, l'ingegnere di operazioni di missione Cassini Michael Staab ha caricato l'ultima modifica sul veicolo spaziale. Staab era alla console due settimane prima del Grand Finale per inviare l'ultimo pacchetto che Cassini avrebbe mai ricevuto, la spinta finale dai propulsori che l'avrebbe messo su un percorso preciso verso la sua scomparsa. Sebbene la rotta del veicolo spaziale fosse già impostata, quest'ultima serie di comandi segnò il suo destino.

Provava qualche rimpianto?

"Sono un ingegnere senza cuore", ha riso, sedendosi alla console Ace ore prima che il veicolo spaziale incontrasse il suo destino. A differenza di molti scienziati, che si riferiscono a Cassini come "lei", Staab ci ha ricordato che Cassini è un robot, facendo ciò per cui è stato progettato.

Per Doody, non era la prima volta che suonava il campanello della morte su un amato satellite. Nel 1994, ha inviato il comando finale al veicolo spaziale Magellan della NASA che gli ha detto di tuffarsi tra le nuvole di Venere. Ma mentre Magellan richiedeva un singolo comando specifico per far fronte alla sua scomparsa, l'ultima strada di Cassini richiedeva una serie di cambiamenti incrementali che impiegarono mezzo decennio per raggiungere. "Questa volta, è così elegante", ha detto Doody.

Mentre Cassini si lanciava nell'atmosfera di Saturno, Doody era in controllo della missione presso il Jet Propulsion Laboratory in California. I telescopi della rete Deep Space Network in Australia, Spagna e California collegano il controllo della missione con i satelliti che si tuffano nelle profondità dello spazio. Una targa sul pavimento accanto alla console Cassini Ace identifica il controllo della missione come "il centro dell'universo".

Dopo aver lavorato alla missione sin dall'inizio, dice Doody, la conclusione è sia esaltante che definitiva. "Questa è la fine di un impegno di 20 anni", ha detto. "È stato sangue, sudore e lacrime per tutto il tempo, e ora che è finita, è come saltare da una scogliera."

Staab era anche nel controllo della missione, lavorando 27 ore di fila e servendo da asso di riserva per il Grand Finale. "Sono triste vederlo scomparire", ha detto. "Ma sono molto orgoglioso di ciò che abbiamo realizzato."

Buffington era anche alla JPL, sebbene non facesse parte del controllo della missione. Come Staab, afferma di non essere diventato troppo emotivo per l'astronave, risparmiando invece la sua ammirazione per gli scienziati e gli ingegneri che hanno reso possibile questa missione.

"Se c'è qualche emozione in gioco, sta solo ringraziando le persone per l'incredibile lavoro che hanno fatto ingegnerizzando e costruendo la navicella spaziale prima ancora che io fossi abbastanza grande da scrivere il mio nome", ha detto.

Cassini ha incontrato il suo destino infuocato con l'aiuto di controllori di volo, ingegneri e Titan, ma la sua eredità continuerà negli anni a venire. Le informazioni fornite sul sistema di Saturno, comprese le sue misurazioni finali dell'atmosfera del pianeta, stimoleranno più di un decennio di ricerche.

"Cassini sta ispirando tutti noi, giovani e meno giovani, a continuare a guardare in alto e chiedersi cosa c'è là fuori", ha detto Buffington.