Psyche: alla scoperta di un mondo di metallo

Venerdì 13 ottobre 2023 partirà una nuova missione di esplorazione planetaria: Psyche! La sonda partirà alla scoperta di un mondo fatto di metallo nella Fascia Principale degli Asteroidi che porta lo stesso nome, 16 Psyche. Si tratta di una missione che punta a rispondere ad alcune delle nostre domande fondamentali sull’origine dei pianeti e del Sistema Solare!

Il primo dei mai-pianeti

16 Psyche fu scoperto il 17 marzo 1852 da Annibale de Gasparis, all’epoca astronomo all’Osservatorio di Capodimonte (Napoli). Come suggerisce il numero di fronte al nome, 16 Psyche fu il sedicesimo asteroide a essere scoperto, ma fu il primo a non essere mai considerato un pianeta di qualche tipo!

I primi asteroidi, infatti, furono tutti inizialmente considerati veri e propri pianeti, semplicemente perché non si sapeva come altro chiamarli. Erano dei cosi luminosi che si spostavano rispetto alle stelle lontane, e quindi erano dei pianeti (dal greco antico πλάνητες ἀστέρες, plànētes astéres, “stelle vagabonde”). Tuttavia, per quanto ci si sforzasse di ingrandirli con i telescopi dell’epoca, non si riusciva in nessun modo a risolverne il disco. Era impossibile vedere dettagli della loro superficie o atmosfere, come avveniva invece per i pianeti classici.

Questa difficoltà portò Herschel a coniare il termine moderno per indicarli, aster-oides, cioè oggetti che rimanevano puntiformi anche se ingranditi, come stelle, ma che si comportavano come pianeti. In italiano potremmo dire stelloidi. Negli anni successivi alla scoperta del primo (1 Cerere, 1801) ci furono una decina di ulteriori scoperte di asteroidi, finché a metà ‘800 la cosa non cominciò a decollare. Arrivati a quindici gli astronomi si stufarono di inventare per ogni nuovo asteroide un simbolo apposta, in analogia ai pianeti, e l’astronomo tedesco Encke cominciò a usare un numero progressivo cerchiato. Ne parliamo anche nel nostro terzo libro, “Houston, abbiamo un problema“! Il simbolo per Psyche, una farfalla con una stella, venne quindi rimpiazzato da un 16 cerchiato prima ancora che divenisse di uso diffuso. Il cerchio infine divenne un set di parentesi, da cui la nomenclatura moderna, (16) Psyche, spesso con le parentesi omesse.

Un embrione planetario?

In quanto a dimensioni, 16 Psyche è uno degli oggetti più rimarchevoli del sistema solare. Con un diametro medio di circa 223 km occupa infatti il diciassettesimo posto nella classifica delle dimensioni fisiche, ma se si parla di massa ecco che tale asteroide occupa il decimo posto in classifica! La differenza tra i due posizionamenti è presto detta: 16 Psyche è molto più denso degli altri, e quindi ha una posizione più elevata nella classifica della massa. Da solo rappresenta l’1% della massa dell’intera Fascia Principale degli Asteroidi!

Oggi questa pista viene ritenuta più improbabile. Se Psyche fosse davvero un nucleo di ferro-nichel avrebbe densità comparabili a quella degli asteroidi composti da tali materiali: tra 7 e 8 kg/dm³. Il fatto che non sia così indica che Psyche è molto poroso e contiene un 50% di vuoto (cosa molto improbabile vista la sua dimensione). Oppure è un mix di fasi rocciose e fasi metalliche, come vediamo accadere nel caso di pallasiti e enstatiti. Vista tale composizione, 16 Psyche ha sicuramente molto da raccontarci sulla formazione planetaria!

Un asteroide da 10 trilioni di euro

Il fatto che 16 Psyche contenga molti più metalli dell’asteroide medio significa che possiede sicuramente significative quantità di quegli elementi che qua sulla superficie della Terra sono rarissimi: i metalli siderofili. Tutto ha origine nella differenziazione planetaria: un evento noto come “catastrofe del ferro”.

All’epoca della sua formazione la Terra era una palla abbastanza omogenea di materiale, che progressivamente si scaldava a causa degli impatti di accrescimento e del decadimento degli elementi radioattivi. L’aumento delle temperature interne causò la fusione di grandi volumi di roccia, dalla quale il ferro e il nichel cominciarono a separarsi. Queste gocce sprofondarono verso il centro, liberando energia potenziale e scaldando ancora di più il pianeta. In breve tempo, tutto il ferro e il nichel della Terra si accumularono al suo centro, andando a costituire un nucleo liquido di ferro-nichel. Intorno ad esso si formò invece un mantello di roccia fusa.

Ecco, insieme a ferro e nichel sono sprofondanti anche i metalli “sidero-fili”, amanti del ferro, perché entrano facilmente in lega con esso. Metallo come oro, platino, palladio, rodio, iridio, osmio… Elementi che oggi sulla crosta terrestre sono molto rari, perché sono arrivati dopo la differenziazione del pianeta e la catastrofe del ferro! La loro unica fonte è infatti la caduta di asteroidi metallici come Psyche.

Facendo una rapida stima del possibile contenuto metallico di 16 Psyche, applicando la composizione chimica che riscontriamo in meteoriti metallici rinvenuti sulla Terra, e moltiplicando per i valori di mercato si ottiene la stima nel titolo: 10 milioni di milioni di milioni di euro! Ovviamente è solo pourparler, perché quelle risorse sono oggi inaccessibili, e se lo fossero non avrebbero più tale valore fantasmagorico.

La sonda Psyche

L’asteroide 16 Psyche nasconde quindi molti segreti sulla nascita e formazione dei pianeti del sistema solare, ed è quindi particolarmente interessante come obiettivo per una missione di esplorazione spaziale. Ecco quindi che nel 2017 fu annunciata la selezione di una missione omonima pensata apposta per studiare questo mondo metallico, la quattordicesima del programma Discovery. Ora ci siamo: il 12 ottobre 2023 è previsto il decollo di questa missione, in cima a un Falcon Heavy di SpaceX!

Il lancio di Psyche arriva neanche un giorno dopo l’annuncio dei risultati di un’altra, ambiziosa, missione: OSIRIS-REx. I campioni raccolti dalla sonda sono atterrati il 24 settembre e sono stati svelati al pubblico l’11 ottobre. È un periodo frenetico per le missioni asteroidali, perché due anni fa partiva un’altra missione di esplorazione in tale ambito, Lucy, il cui primo flyby (presso il piccolo 152830 Dinkinesh) è previsto proprio per il 1° novembre di quest’anno. Un anno fa invece la missione DART spostava l’orbita di Dymorphos!

Struttura della sonda

La sonda Psyche è bella grossa: ha una massa complessiva di 2,6 tonnellate (propellente incluso) ed è alimentata da due giganteschi pannelli solari fotovoltaici, con un’area complessiva di ben 75 metri quadrati. La potenza sviluppata sarà di 4,5 kW, il tutto per poter usare lo speciale propulsore della sonda. Psyche è equipaggiata con un propulsore ionico a effetto Hall, una tipologia che non è mai stata impiegata al di là dell’orbita lunare. Questi sono i tipici propulsori dei satelliti per le telecomunicazioni, come geostazionari e Starlink, più avanzati dei propulsori ionici che hanno caratterizzato le missioni Dawn e DART. Psyche userà come propellente 922 kg di gas xenon, perfetto per queste applicazioni.

A bordo della sonda c’è una suite di quattro strumenti scientifici:

• Fotocamera multispettrale: per fotografare ad alta risoluzione la superficie e discernere i vari composti;
• Spettrometro a neutroni e raggi gamma: per analizzare a mappare la composizione dell’asteroide;
• Magnetometro: per mappare e caratterizzare l’eventuale campo magnetico dell’asteroide;
• Gravitometro in banda X: un esperimento che fa uso delle comunicazioni radio della sonda per mappare il campo gravitazionale dell’asteroide e studiarne l’interno.

A questi si aggiunge un pacchetto dimostrativo molto importante: DSOC, il Deep Space Optical Communications. In pratica un canale di comunicazione con la sonda che non fa uso delle onde radio, ma di luce laser! Il tutto dovrebbe aumentare anche di un fattore 100 l’efficienza delle comunicazioni e la larghezza della banda disponibile.

Un lungo e complicato viaggio

Viaggiare da un asteroide all’altro non è come prendere l’autostrada e uscire allo svincolo giusto. Le cose nel Sistema Solare sono in perenne movimento e bisogna pianificare in anticipo la traiettoria. Con il lancio del 13 ottobre, Psyche sarà messa su un’orbita che la porterà ad avventurarsi in profondità nella Fascia Principale, per poi ritornare nel sistema solare interno. Sperabilmente potrebbe già svolgere qualche incontro e osservazione con asteroidi vari strada facendo. A maggio del 2026 la sonda incontrerà Marte, e userà la gravità del pianeta rosso per farsi lanciare verso la propria destinazione, l’asteroide 16 Psyche appunto, che sarà raggiunto ad agosto del 2029!

Attenzione alla stagione giusta!

16 Psyche si trova infatti alla periferia esterna della Fascia Principale, tra 2,5 e 3,3 Unità Astronomiche dal Sole, e quindi non è immediato da raggiungere. Per un’interessante coincidenza l’anno di questo asteroide dura quasi esattamente come 5 anni terrestri (4,999)! La missione principale sarà di 2 anni e 3 mesi, quasi metà anno psychiano, e permetterà alla sonda di studiare ogni centimetro quadrato dell’asteroide o quasi.

Bisogna infatti tener conto di una caratteristica importante: 16 Psyche orbita completamente sdraiato, 98°, quasi esattamente come Urano! Questo significa che ci sono due periodi in cui l’asteroide rivolge al Sole uno solo dei suoi emisferi (l’estate e l’inverno) e due mezze stagioni in cui l’illuminazione è effettivamente uniforme nel corso di una rotazione.

Quattro fasi operative

L’arrivo avverrà durante una di queste stagioni intermedie, permettendo alla sonda di realizzare una mappa preliminare dell’intero asteroide dalla sua prima orbita scientifica, etichettata come A, da 709 km di quota. In tale fase raccoglierà anche dati sul campo magnetico. La sonda quindi accenderà i propulsori, e scenderà a 303 km di quota nell’orbita B1, dalla quale mapperà la superficie e la topografia.

Una nuova accensione porterà la sonda all’orbita più bassa di tutte, etichettata come D e ad appena 75 km di quota, per determinare la composizione chimica della superficie. Terminato tale compito la sonda riaumenterà la sua quota, fino ai 190 km dell’orbita C, per studiare il campo gravitazionale e magnetico. Un’ultima variazione di quota riporterà la sonda a 303 km, nell’orbita B2, per ultimare la mappatura e approfittare del cambiamento di illuminazione. Ciascuna fase dovrebbe durare circa 100 giorni.

Mentre le orbite A, B1, B2 e C sono polari (cioè sorvolano i poli dell’asteroide), l’orbita D è invece quasi equatoriale, e quindi la mappatura della composizione non sarà globale.

Tutto è quindi pronto per la prossima grande missione di esplorazione asteroidale, e siamo sicuri che vedremo cose mai viste prima! Il trucco è avere la pazienza di aspettare fino al 2029.