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Missione Rosetta: caratterizzazione scientifica della Wide Angle Camera e studio fisico di corpi minori del Sistema Solare

Informazioni tesi

  Autore: Sonia Fornasier
  Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Dottorato in Scienze e Tecnologie spaziali
Anno: 2002
Docente/Relatore: Cesare Barbieri
Correlatore: Maria AntoniettaBarucci
Istituito da: tesi in Cotutela con l`Università di Parigi VII
Dipartimento: CISAS-Centro di Scienze e Tecnologie Spaziali
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 251

La ricerca svolta durante il dottorato è stata mirata alla caratterizzazione scientifica della Wide Angle Camera del sistema di imaging OSIRIS della missione spaziale Rosetta ed allo studio fisico di corpi minori del Sistema Solare, in particolar modo di 4979 Otawara, obiettivo di un fly by della sonda. Lo studio dei corpi minori del Sistema Solare permette di ricostruirne l'evoluzione e di risalire alle condizioni chimiche e fisiche ed ai processi di accrescimento planetesimale che hanno caratterizzato le fasi iniziali della nebulosa solare. L'ESA ha destinato uno dei cornerstone, la missione Rosetta, allo studio dei corpi minori del Sistema Solare.
Durante il dottorato ho lavorato sulla Wide Angle Camera (WAC), la camera a grande campo di vista del sistema di imaging OSIRIS di Rosetta dedicata in particolare allo studio delle deboli emissioni di gas e polvere della chioma del target cometario. Per realizzare tale obiettivo è richiesta una elevatissima capacità di contrasto, realizzata tramite un disegno ottico innovativo ottimizzato per il rilevamento di sorgenti deboli e per la soppressione della luce diffusa generata dentro e fuori il campo di vista. Io ho lavorato al sistema di baffling della camera, il sistema dedicato appunto all'abbattimento della luce spuria all'interno della WAC, simulandone al calcolatore le prestazione tramite il software di ray-tracing Opticad. Tali simulazioni hanno permesso di verificare la validità del progetto e la capacità della WAC di soddisfare i requisiti sull'abbattimento della luce spuria.
Inoltre, nella camera WAC grande cura è stata posta nella scelta dei materiali impiegati, visto anche il lungo tempo di vita della missione Rosetta (11 anni). Oltre ai vincoli termici e meccanici, i materiali impiegati nel sistema di baffling devono avere delle proprietà ottiche caratterizzate da bassa riflettività, elevata assorbività (almeno pari al 95%) e diffusività. In tale contesto ho effettuato un'accurata analisi in laboratorio di campioni di materiali impiegati all'interno della camera utilizzando diversi strumenti (spettrofotometro, sfera integratrice, goniofotometro e glossimetro). I risultati hanno permesso di valutare le proprietà ottiche dei viversi materiali e di scegliere quelli più opportuni per la WAC. Dopo la realizzazione della camera WAC, ho quindi partecipato all'attività di calibrazione scientifica svolta al Max Planck Institut Fur Aeronomie (MPAE) in Germania. Durante tale attività si sono messi in evidenza alcuni problemi che avrebbero in parte compromesso le prestazioni della camera, problemi che sono stati tempestivamente risolti con degli interventi mirati. Si sono quindi acquisite tutte le misure ottiche, geometriche, radiometriche e spettrali necessarie per una completa calibrazione della camera.
Parallelamente al lavoro di analisi, misura e calibrazione della WAC, mi sono occupata dello studio di corpi minori del Sistema Solare, in collaborazione con l'Observatoire de Paris-Meudon presso cui si è svolta l'attività in cotutela.
Tale lavoro è stato finalizzato alla miglior comprensione dei candidati della missione Rosetta, tramite studio dedicato degli asteroidi della missione ed analisi più generale di corpi minori localizzati a diverse distanze eliocentriche, dagli asteroidi di fascia principale sino a centauri e transnettuniani. Il risultato più importante e rappresentativo di tale lavoro è la campagna di osservazione spettrofotometrica dedicata a 4979 Otawara, target della missione Rosetta. Tale indagine ha permesso di determinare per la prima volta la tassonomia: l’oggetto è di tipo S, più precisamente di tipo S(IV) seguendo la classificazione di Gaffey et al. (1993), ovvero sembra essere caratterizzato da una composizione simile a quella delle condriti ordinarie. La nuova curva di luce ottenuta ha permesso di confermare la veloce rotazione dell'asteroide (P=2.707) già determinata da altri autori, nonchè una prima stima dello vettore di spin dell'asteroide, che sembra avere un moto retrogrado.
140 Siwa, l'altro candidato asteroidale della missione, ha uno spettro consistente con la classe C e privo di caratteristiche di assorbimento associabili al processo di alterazione acquosa. Non è stato invece possibile effettuare delle osservazioni dedicate della cometa Wirtanen e si è pertanto deciso di effettuare un'indagine spettrofotometrica nel visibile e vicino infrarosso di alcuni centauri e transnettuniani, i corpi localizzati rispettivamente oltre l'orbita di Giove e nel Sistema Solare esterno (Kuiper belt) che sembrano aver mantenuto praticamente inalterata la composizione dei planetesimi primordiali e le cui caratteristiche superficiali sono molto simili a quelle dei nuclei cometari.

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Introduzione La ricerca svolta durante il dottorato e stata mirata alla caratterizzazione scienti ca dellaWide Angle Camera del sistema di imaging OSIRIS della missione spaziale Rosetta edallo studio sico di corpi minori del Sistema Solare, in particolar modo di 4979 Otawara,obiettivodiun yby della sonda.Rosetta e la missione cornerstone dell'ESA dedicata allo studio dei corpi minori del Si-stema Solare. Verra lanciata il 13 gennaio 2003 ed ha come target primario la cometa46 P/Wirtanen, una cometa a corto periodo della famiglia di Giove il cui rendez-vousverra e ettuato nel novembre del 2011. La sonda orbitera attorno alla cometa per circaun anno ed un probe scendera sulla sua super cie per studiarne la composizione e le suecaratteristiche siche, morfologiche e mineralogiche. Dal momento che la sonda seguira la cometa sino a quando essa si avvicinera al perielio, Rosetta sara in grado di e ettuareuno studio unico ed importantissimo sull'evoluzione del nucleo e della chioma cometariacon l'approssimarsi al Sole.L'orbita di avvicinamento alla cometa prevede inoltre due y-by con gli asteroidi OtawaraeSiwa (luglio 2006 e luglio 2008 rispettivamente).Rosetta permetteradiinvestigare e studiare il materiale primordiale costituente cometeed asteroidi e di risalire ai processi chimici e sici che hanno interessato le fasi primordialidi formazione del Sistema Solare.La missione ha una complessa strumentazione di bordo dedicata sia al remote sensing cheall'analisi in situ della cometa. Durante il dottorato ho lavorato sulla Wide Angle Camera(WAC) del sistema di imaging OSIRIS della sonda, camera realizzata a Padova dal Centrodi Scienze ed Attivita Spaziali (CISAS).La camera WACavra come obiettivo lo studio del nucleo della cometa, del gas e del- la polvere della chioma e delle principali caratteristiche degli asteroidi. In particolare ilgrande campo della WACe nalizzato allo studio delle deboli emissioni di gas e polvere 5

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Parole chiave

asteroidi
fotometria
luce diffusa
missioni spaziali
proprietà ottiche
ray tracing
riflettanza
spettroscopia
sistema solare
missione rosetta

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