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News da Marte #16

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Bentornati su Marte!
In questo 16esimo appuntamento della rubrica vediamo le ultime notizie sulla missione del rover cinese Zhurong e le più recenti operazioni di Curiosity e Perseverance. Ne approfittiamo anche per un piccolo approfondimento tecnico di astrofotografia marziana. Si parte!

Zhurong ancora al buio
Alla fine di aprile è arrivata finalmente una comunicazione ufficiale dall’agenzia spaziale cinese CNSA sullo stato del suo primo rover ad operare sulla superficie di un altro pianeta, Zhurong, nell’ambito della missione Tianwen-1 (che include anche l’omonimo orbiter). Il silenzio era legato alla situazione incerta del robot, che non si è ancora risvegliato dallo stato di ibernazione in cui è stato programmato a maggio dello scorso anno. Ne ho parlato nella passata News da Marte #9.

La CNSA ha confermato, come del resto ipotizzato da alcuni mesi dalla comunità scientifica, i problemi di alimentazione del rover. È evidente che allo stato attuale non è ancora stata ottenuta una produzione di energia sufficiente ad alimentare i sistemi per uscire, in modo automatico, dall’ibernazione. La spiegazione più probabile è che grandi quantità di sabbia e polvere si siano accumulate sui pannelli. I tecnici cinesi mantengono tuttavia ancora un atteggiamento di fiducia sulla prosecuzione della missione grazie alle capacità del rover di resistere alle basse temperature.

Zhang Rongqiao, capo progettista della missione Tianwen-1, in una intervista al network asiatico CCTV ha snocciolato qualche numero: una copertura del 20% dei pannelli secondo i calcoli inizia a generare dei problemi di alimentazione; 30% richiede condizioni di illuminazione molto intensa per un risveglio; 40% di copertura significa missione fatalmente compromessa e rover destinato a non riprendere funzionalità. Il solstizio d’estate, previsto il 12 luglio, potrebbe essere quindi il termine ultimo per le speranze cinesi. Nel momento in cui il rover si risvegliasse sarebbe possibile intervenire con i comandi di movimentazione dei pannelli solari, liberandoli così dalle particelle di sabbia più grosse che non subiscono gli effetti di attrazione elettrostatica.

In questi mesi, nonostante il silenzio da parte dell’agenzia CNSA, la comunità scientifica mondiale ha avuto modo di dare una sbirciatina a Zhurong grazie alle immagini della camera HiRISE di Mars Reconnaissance Orbiter. A febbraio la NASA ha infatti diffuso una combinazione di foto riprese tra marzo 2022 e febbraio 2023.

Sequenza di immagini dell’area dove è fermo il rover Zhurong. NASA/JPL/University of Arizona

In queste immagini dal dettaglio impressionante distinguiamo con discreta chiarezza il rover Zhurong come un puntino di colore azzurro e persino l’ombra che proietta al suolo. E abbiamo così una conferma del fatto che, tra settembre e febbraio, il robot non si sia effettivamente mosso dalla posizione in cui è stato ibernato il 18 maggio 2023.

Un altro prelievo per Curiosity
Il mese di maggio, per il veterano dei rover, ha visto alcuni brevi spostamenti finalizzati all’avvicinamento ad alcune rocce interessanti che sono state battezzate Ekeni, Fazendinha e Sao Miguel. In questa fase le investigazioni scientifiche hanno coinvolto numerosi strumenti: le MastCam con i loro filtri a banda stretta; la ChemCam grazie al suo laser; MAHLI, camera macro montata sul braccio robotico; APXS, spettrometro a raggi-X simile a PIXL di Perseverance. Curiosity è stato comandato anche per eseguire delle panoramiche della zona come questa a 360° che vi presento composta da 141 singole immagini.

Panoramica di Curiosity del Sol 3815. NASAJPL-Caltech/Piras

Un’altra roccia, Ubajara, ha focalizzato le attenzioni dei geologi. Dopo alcuni Sol di osservazioni fotografiche aggiuntive, necessarie per capire la fattibilità di utilizzo del Dust Removal Tool, è stato possibile procedere con i piani di attività e svolgere un po’ di contact science.

Lo strumento DRT di Curiosity che consiste in una coppia di spazzole metalliche rotanti. NASA/JPL-Caltech
Curiosity impegnato nella pulizia della roccia Ubajara, Sol 3819 (5 maggio). NASA/JPL-Caltech
Abrasione superficiale completata come testimonia questa immagine ravvicinata della camera MAHLI montata sulla torretta multifunzione del rover, Sol 3819. NASA/JPL-Caltech

Le successive indagini su Ubajara hanno confermato la validità scientifica del target. Rispetto alla regione denominata Marker Band visitata alcuni mesi fa, ora Curiosity si trova alcune centinaia di metri più a sud e circa 25 metri più in alto rispetto all’ultimo prelievo di roccia eseguito nell’area Tapo Caparo

Nei Sol successivi Curiosity ha eseguito le consuete verifiche di precarico (pre-load test), appoggiando la punta del trapano su quattro punti della roccia da perforare. Questo viene fatto in modo da appurare che le forze a cui sono sottoposti la punta e il braccio rispettino le previsioni. Test di questo genere vengono talvolta eseguiti anche di notte perché le enormi escursioni termiche su Marte portano il rover a sperimentare notevoli dilatazioni e restringimenti, che possono aumentare gli stress a cui gli apparati meccanici sono sottoposti. La verifica notturna viene eseguita nell’eventualità che le operazioni si prolunghino e costringano il rover ad operare con il braccio dispiegato anche durante le ore di buio.

Nel Sol 3823 è arrivato il via libera per la perforazione di Ubajara, con l’operazione che è stata eseguita con successo il 9 maggio.

Successivamente Curiosity ha inserito parte del campione nello strumento CheMin per le prime analisi. È seguita una pausa nelle attività per iniziare a preparare le successive indagini con lo strumento più potente a bordo del rover, Sample Analysis at Mars (o SAM).

La doppia imboccatura dello strumento SAM fotografato nel Sol 3824. NASA/JPL-Caltech

Questo apparato consuma una grande quantità di energia, perciò il suo funzionamento deve essere inserito con alta priorità nel resto delle attività di Curiosity. È per questa ragione che il rover è fermo nella stessa posizione da alcune settimane, ma non è una novità quando si svolgono le attività di prelievo.

Gli ultimi aggiornamenti ci raccontano delle analisi del campione attualmente in corso, con alcune serie di fotografie volte a documentare l’oscuramento atmosferico da parte delle polveri, la ricerca di diavoli di polvere e l’osservazione di piccole variazioni nella sabbia attorno al rover per intuire direzione e forza dei venti.

Ancora abrasioni per Perseverance
Il più avanzato rover marziano continua le sue attività sul bordo del cratere Belva. Dopo l’abrasione Solva di cui vi ho raccontato nel precedente aggiornamento, Perseverance ha eseguito un’analoga operazione su una roccia 20 metri più a sud-ovest.

Possiamo osservare questa attività velocizzata di 100 volte, nella realtà è durata circa 10 minuti.

Fotografia della recente abrasione denominata Ozuel Falls, Sol 788 (9 maggio). NASA/JPL-Caltech

I geologi sono estremamente interessati agli esiti che daranno le analisi spettroscopiche di questa roccia appena esposta, e la ragione sono i grani di notevoli dimensioni (per confronto, il diametro dell’abrasione è di 5 cm).
I grani più grandi offrono maggiori opportunità di analisi della composizione minerale utilizzando strumenti come PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) e SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals). Questi strumenti forniscono informazioni sulla composizione chimica e minerale dei campioni. La dimensione dei grani è importante perché grani più grandi permettono una migliore risoluzione degli strumenti, facilitando così l’analisi della loro composizione.

Dal punto di vista geologico vale la pena soffermarsi sulla differenza tra grani polimineralici e monomineralici: i grani polimineralici sono composti da più di un minerale, mentre quelli monomineralici sono costituiti da un unico tipo di minerale. I grani polimineralici possono indicare la presenza di rocce di origine diversa nella zona di interesse, suggerendo la presenza di terreni di provenienza potenzialmente differenti.

Inoltre, i grani più grandi che sono polimineralici potrebbero conservare minerali che altrimenti non sarebbero sopravvissuti al trasporto sotto forma di grani individuali a causa delle loro dimensioni ridotte o della loro suscettibilità alla degradazione. Ecco spiegata l’importanza dello studio di Ozuel Falls.

Astrofotografia paesaggistica…da Marte
Scavando tra le recenti immagini di Perseverance ho trovato due coppie di immagini scattate dalle sue MastCam-Z. Il rover ha azionato sia la camera di sinistra che di destra, nel seguito dell’articolo farò riferimento solo alle immagini prodotte da quest’ultima ma il discorso si può applicare equivalentemente anche alle altre due immagini.

Immagini originali, Sol 785. NASA/JPL-Caltech

Si tratta di due lunghe esposizioni eseguite una di seguito all’altra durante la notte del Sol 785, quando in orario marziano era da poco passata la mezzanotte.

La luminosa scia di questi scatti è la luna maggiore di Marte, Phobos.
Visto che conosciamo con precisione la posizione di Perseverance e il momento dello scatto, possiamo provare a inserire questi dati in Stellarium e simulare la visuale risultante.

Data: 05/05/2023
Ora (corretta per il fuso orario italiano): 20:48:56
Coordinate: N 18° 26′ 44.52″ E 77° 27′ 2.87″
(in base alla vostra versione di Stellarium potrebbero essere già precaricate le coordinate di Perseverance. Visto che non siamo interessati a simulare particolari allineamenti possiamo trascurare di settare l’altitudine o una correzione per l’effettiva posizione del rover che dal momento dell’atterraggio si è spostato verso ovest di svariati km).

Con questi settaggi, qui corredati dalla simulazione del campo inquadrato dalla MastCam-Z a 26 mm di focale, otteniamo una fedele rappresentazione della visuale di Perseverance.

Le immagini risultano parecchio disturbate, sia da hot pixel che da numerose strisciature. Sono stato incuriosito da queste ultime, che sono orientate in due direzioni: verticali (numerosissime e parecchio intense) e, molto più deboli, oblique. Dal momento che nei minuti dello scatto il rover “guardava” molto vicino all’orizzonte (come documentato nei metadata delle immagini e confermato da Stellarium), l’angolo con cui le strisciature sono inclinate è compatibile con il movimento delle stelle alla latitudine di Perseverance.
Però le immagini sono inondate da rumore digitale, c’è un modo per provare a ridurlo?
Sì!

Mentre i due frame di cui sopra sono stati scattati con il filtro RGB della MastCam-Z, un terzo fotogramma è stato acquisito, pochi minuti prima, con il filtro solare ND5 con una trasmissibilità di solo lo 0.001%. Abbiamo così a disposizione quello che nel gergo fotografico si chiama dark frame: un’immagine che non presenta fonti luminose ma esclusivamente il disturbo digitale del sensore di acquisizione. Il dark frame viene matematicamente sottratto ai fotogrammi con informazione (i light frame) per migliorare l’immagine risultante.

Dark frame della MastCam-Z. NASA/JPL-Caltech

Ho potuto così combinare i due light frame e il singolo dark frame, una rapida sistemata ai livelli (ma non sono certo un elaboratore esperto) ed ecco a voi il risultato.

Phobos e startrail! NASA/JPL-Caltech/Piras

Uno startrail dalla superficie di Marte. C’è ancora un po’ di rumore residuo ma l’immagine è impressionante. Per aiutarci nel riconoscimento delle stelle ci viene ancora una volta in soccorso Stellarium che ci dà una mano a orientarci in questa regione di cielo a metà tra la costellazione di Orione e quella del Toro, rappresentate degnamente dalle loro alpha: Betelgeuse e Aldebaran. Perseverance si trova nell’emisfero nord di Marte, quindi ogni astrofilo sa riconoscere in quest’immagine un campo stellare che va a tramontare verso ovest.

Ritroviamo il profilo dell’orizzonte marziano nelle foto diurne della regione, in particolare in un’immagine scattata con la Right NavCam il giorno prima dell’osservazione di Phobos.

Right NavCam, Sol 784. NASA/JPL-Caltech/Piras

L’ultima considerazione sulla foto dello startrail riguarda le scie delle stelle e di Phobos, estremamente diverse tra loro in lunghezza.

Mentre le scie stellari sono dovute unicamente alla rotazione apparente del cielo, la scia di Phobos è invece dominata in massima parte dalla sua velocità orbitale attorno a Marte. La piccola luna compie un’orbita in meno di 8 ore, con il risultato che si sposta verso est molto più rapidamente della rotazione del cielo verso ovest: nel corso della lunga esposizione di Perseverance le scie delle stelle si disegnavano verso il basso mentre quella di Phobos si allungava verso l’alto.

Chiudo questo lungo articolo con un piccolo test per veri nerd dell’astronomia: provare a stimare la durata dell’esposizione delle due foto di Perseverance.
L’unico dato tecnico che dovrebbe servirvi riguarda il campo inquadrato della foto, che alla focale di 26 mm è pari a 25.6° x 19.2°. Suggerimento: servitevi delle immagini originali che metto a disposizione qui sotto, e occhio alla risoluzione.

Se avete piacere di cimentarvi nel calcolo, lasciate un commento nell’articolo o sui social con la vostra risposta. Vi darò la soluzione nel prossimo appuntamento di questa rubrica. Avviso: non usate i timestamp delle foto, in questo caso sono parecchio inaffidabili. E non vale usare Stellarium!
Le immagini originali (con cui vi incoraggio anche a provare delle rielaborazioni personali per ottenere dei risultati migliori dei miei) sono le seguenti:

https://mars.nasa.gov/mars2020-raw-images/pub/ods/surface/sol/00785/ids/edr/browse/zcam/ZR7_0785_0736583513_456ECM_N0390926ZCAM01071_0260LMJ02.png

https://mars.nasa.gov/mars2020-raw-images/pub/ods/surface/sol/00785/ids/edr/browse/zcam/ZR0_0785_0736583638_456ECM_N0390926ZCAM01071_0260LMJ02.png

https://mars.nasa.gov/mars2020-raw-images/pub/ods/surface/sol/00785/ids/edr/browse/zcam/ZR0_0785_0736583778_456ECM_N0390926ZCAM01071_0260LMJ02.png

Anche per oggi è tutto da Marte, alla prossima!