Chang'e 4 e il lato nascosto della Luna
loading

Chang'e 4 e il lato nascosto della Luna

L'Agenzia Spaziale Cinese ha aperto l'anno 2019 con l'allunaggio della missione Chang'e-4 sul lato nascosto della Luna, per la prima volta ripreso dal suolo. Una prova di forza impressionante quella cinese, che ha realizzato una missione resa molto complessa dalla impossibilità di avere un contatto diretto con il lander, irraggiungibile da Terra se non tramite un satellite-ponte. L'allunaggio è avvenuto il 3 gennaio 2019.

La missione

Contrariamente alle missioni statunitensi o europee, le missioni cinesi sono sempre molto coperte da un segreto ed è difficile conoscerne i dettagli. La missione Chang'e-4 è tuttavia destinata a rimanere nella storia.

La Chang'e-4 (嫦娥四号) è una missione di esplorazione del Sistema Solare parte del Chinese Lunar Exploration Program, missione che ha portato per la prima volta una sonda ad adagiarsi sul lato distante della Luna. Questa operazione, la prima di questo genere, è stata effettuata con successo il giorno 3 gennaio 2018 alle ore 02.26 UTC nel cratere Von Kàrmàn, nei pressi del polo sud lunare nell'Aitken Basin. Lo scopo della missione è tecnologico ma ovviamente anche scientifico, prefiggendosi la determinazione dell'età e della composizione della parte ancora inesplorata della Luna.

La Chang'e-4 va a completare il programma di esplorazione lunare da parte della Cina, iniziato con la Chang'e-1 nel 2007 e con la Chang'e-2 nel 2010, entrambe in grado di entrare in orbita lunare. Il programma è proseguito con la Chang'e-3 nel 2013, che riuscì ad allunare rilasciando il rover Yutu 1. La Chang'e-4 nasce come backup della missione 3 ma successivi adeguamenti sono stati apportati per dar vita a una missione tecnologicamente molto più complessa come la 4. L'ultimo step del programma lunare prevede la raccolta di campioni lunari e il loro arrivo sulla Terra attraverso le missioni Chang'e-5 e Chang'e-6 fino a sfociare nell'allunaggio di uomini cinesi finalizzato a costruire un avamposto nei pressi del polo sud.

Un programma simile ha richiesto, per la prima volta nella storia cinese, il coinvolgimento di finanziamenti di individui e imprese private, una spinta in grado di portare la Cina tra le massime potenze spaziali. 

OBIETTIVI SCIENTIFICI

Una grande collisione sulla Luna lasciò un grande cratere chiamato Aitken Basin, dalla profondità di circa 13 chilometri e quindi presumibilmente in grado di oltrepassare la crosta lunare raccogliendo materiale anche dal mantello. Il ritrovamento di questo materiale consentirebbe uno studio del Sistema Solare primitivo e fornirebbe una visione senza precedenti della struttura interna della Luna e delle sue origini.

Gli obiettivi si riassumono come: 

  • misurazione della temperatura e variazioni
  • misurazione della composizione chimica delle rocce e del suolo
  • osservazioni radio a bassa frequenza , avvantaggiate dalla totale assenza di interferenza radio terrestre sul lato nascosto
  • studio dei raggi cosmici
  • osservazione della corona solare e dei CME

Ultimo aggiornamento del: 04/01/2019 15:42:49

Gli strumenti

Un capolavoro dal punto di vista della comunicazione, con l'uso di un satellite ponte precedentemente lanciato e in grado di assicurare il controllo di lander e rover. Per il resto, trapela poco dall'ambiente cinese riguardo Chang'e-4

Struttura di lander e rover di Chang'e4
Struttura di lander e rover di Chang'e4

Chang'e-4 i compone di un lander e di un rover, questo ultimo chiamato Yutu2 (Coniglio di Giada 2), e il disegno iniziale prevede dodici mesi di attività per il lander e tre per il rover.

Il fatto di trovarsi sul lato nascosto della Luna, non raggiungibile direttamente dai comandi inviati via Terra, ha reso necessario l'utilizzo di un orbiter che faccia da ponte, il satellite Queqiao, lanciato prima e posto nel punto lagrangiano L2 del sistema Terra-Luna. Il lander dialoga con il satellite ponte, in grado di "vedere" sia il lander sia la Terra. Queqiao è stato lanciato il 20 maggio 2018 e utilizza una antenna da 4.2 metri per ricevere segnali in banda X dal lander e dal rover, inviandoli a Terra in banda S. L'ingresso al punto orbitale L2 è avvenuto a 65 mila chilometri dalla Luna dopo 24 ore dal lancio. A bordo di Queqiao è presente il Netherlands-China Low-Frequence Explorer (NCLE) dedicato a studi astrofisici tra 80 KHz e 80 MHz.

A far parte della missione sono anche due microsatelliti, ciascuno di 45 chilomgrammi, chiamati Longjiang-1 e Longjiang-2 (Fiume del Drago), lanciati insieme a Queqiao. Il primo satellite non è riuscito a entrare in orbita lunare mentre il secondo è attualmente operativo. Il loro compito è osservare il cielo a bassa frequenza, tra 1 e 30 Hz (tra 300 metri e 1 metro di lunghezza d'onda) per studiare sorgenti celesti in assenza del rumore provocato dalla Terra. 

Su lander e rover i dettagli noti sono pochissimi: è noto che il rover è alimentato dal Sole e che si muove su sei ruote. Il lander è equipaggiato con: 

  • Landing Camera (LCAM)
  • Terrain Camera (TCAM)
  • Low Frequency Spectrometer (LFS) per i burst solari
  • Lunar Lander Neutrons and Dosimetry (LND), sviluppato in Germania, per misurare le radiazioni che future missioni umane dovranno fronteggiare

Il lander porta con sé anche tre chilogrammi di "biosfera" con semi (patate, pomodori e fiori) e uova di insetto per verificare la possibilità di crescita in sinergia. Questi elementi vengono mantenuti in un container che presenta le stesse condizioni terrestri ad eccezione della gravità. Una camera in miniatura tiene d'occhio l'evoluzione dell'esperimento, progettato da 28 università cinesi, e la prima immagine è arrivata il 10 gennaio 2019, con un germoglio di cotone ben evidente e rappresentante la prima forma vivente cresciuta sul suolo lunare. Una vita molto breve, tuttavia, dal momento che la Chang'e-4 si è trovata subito a fronteggiare la notte lunare, lunga due settimane terrestri, con temperature ben al di sotto dei cento gradi: in queste circostanze il lander si pone in Safe Mode per risparmiare energia e il germoglio è andato congelato, per frantumarsi al ritorno del Sole. 

Il germoglio di cotone cresciuto a bordo del lander di Chang'e4, la prima forma vivente cresciuta sulla Luna
Il germoglio di cotone cresciuto a bordo del lander di Chang'e4, la prima forma vivente cresciuta sulla Luna

 

Il rover Yutu2 presenta: 

  • Panoramic Camera (PCAM)
  • Lunar penetrating radar (LPR)
  • Visible and Near Infrared Imaging Spectrometer (VNIS) per i materiali superficiali e l'atmosfera
  • Advanced Small Analyzer for Neutrals (ASAN), analizzatore di atomi neutri di origine svedese in grado di rivelare le interazioni tra vento solare e superficie lunare e, possibilmente, l'origine dell'acqua lunare.

Il rover Yutu 2 è dotato di sei ruote alimentate, il che consente di operare anche nel caso di malfunzionamento di una di queste. La velocità massima è di 200 metri orari e può scalare fino a 20° di inclinazione superando ostacoli fino a 20 centimetri di altezza. 

Il rover cinese ripreso sul suolo lunare. Crediti Agenzia Spaziale Cinese
Il rover cinese ripreso sul suolo lunare. Crediti Agenzia Spaziale Cinese
La posizione del lander Chang'e-4 ripresa da LRO, un ampio campo. Crediti NASA
La posizione del lander Chang'e-4 ripresa da LRO, un ampio campo. Crediti NASA
Il lander Chang'e-4 ripreso dalla sonda LRO, un close up che mostra i due pixel occupati dal lander. Crediti NASA
Il lander Chang'e-4 ripreso dalla sonda LRO, un close up che mostra i due pixel occupati dal lander. Crediti NASA

 

Ultimo aggiornamento del: 07/02/2019 21:08:12

Operazioni

Dal lancio rinviato in seguito alla variazione degli obiettivi da raggiungere fino a oggi, con lo storico touchdown sul suolo lunare finora inesplorato

Inizialmente pianificata per il lancio nel 2015, la variazione degli obiettivi e dei disegni ha imposto un ritardo. 

Lander e rover sono stati lanciati il 7 dicembre 2018 alle ore 18.23 UTC a bordo di un Long March 3B. La massa al lancio era di 1.200 chilogrammi, con il rover a occupare 140 chilogrammi.

La sonda è entrata in orbita lunare il 12 dicembre 2018 alle 08.45 UTC. L'orbita è stata abbassata a 15 chilometri il 30 dicembre 2018 alle ore 00.55 UTC fino al raggiungimento dell'allunaggio il 3 gennaio 2019 alle ore 02.26 UTC.  

Il luogo di allunaggio è una pianura liscia nel cratere Von Karman (45.47084 S, 177.60563 E) nel bacino Aitken. Il cratere misura 180 chilometri di diametro ed è dedicato a Theodore von Karman, PhD del fondatore del programma spaziale cinese. La International Astronomical Union (IAU) Working Group for Planetary System Nomenclature ha battezzato alcune strutture poste sul lato nascosto della Luna. Il luogo di atterraggio del lander Chang'e-4, raggiunto il 3 gennaio 2019, è stato battezzato Statio Tianhe in onore della Via Lattea espressa in cinese antico. Tianhe è il fiume di stelle che separa Niulang e Zhinyu secondo la tradizione locale. Oltre al sito di atterraggio sono stati assegnati altri quattro nomi: tre piccoli crateri che formano un triangolo intorno al sito stesso sono stati chiamati Zhinyu, Hegu e Tianjin. L'ultimo nome è Mons Tai, assegnato al picco centrale del cratere Von Kàrmàn posto circa 46 chilometri a nord ovest rispetto al lander.

Immagini dal lander in fase di discesa. Crediti Agenzia Spaziale Cinese
Immagini dal lander in fase di discesa. Crediti Agenzia Spaziale Cinese

A Settembre 2019 la discesa di Chang'e-4 è stata totalmente ricostruita da un team di ricerca di National Astronomical Observatories of Chinese Acade,y of Sciences (NAOC), sfidando il fatto che il tutto sia avvenuto su un lato non visibile direttamente. La traiettoria è stata dedotta dai dati forniti dal satellite Queqiao, il ponte tra Chang'e4 e la Terra (Descent trajectory reconstruction and landing site positioning of Chang'E-4 on the lunar farsideNature Communications - 2019)

La traiettoria di discesa di Chang'e4 ricostruita. Crediti NAOC
La traiettoria di discesa di Chang'e4 ricostruita. Crediti NAOC

Il rover cinese Yutu 2 ha subito rilasciato le primissime foto scattate dal suolo lontano della Luna dopo essersi spostato sul morbido terreno del nostro satellite, come le tracce lasciate testimoniano. 
"Un piccolo passo per il rover ma un grande passo per la nazione Cinese" sono state le parole, decisamente banali, di Wu Weiren, capo del Lunar Exploration Project, ma banalità a parte si tratta davvero di un deciso segnale di efficienza per l'agenzia spaziale orientale.

Le immagini sono state pubblicate dalla China National Space Administration il 3 gennaio 2019 e mostrano il lander Chang'e-4 durante la fase di landing e il suolo lunare della zona che da Terra non potremo mai vedere. La superficie della Luna è sofficie, simile alla consistenza della neve. 

La prima immagine del suolo lunare distante. Crediti Agenzia Spaziale Cinese
La prima immagine del suolo lunare distante. Crediti Agenzia Spaziale Cinese

Il rover Yutu2 ha ripreso i lavori il giorno 8 gennaio 2019 dopo cinque giorni di ibernazione. Lo stad-by era stato innescato per far fronte alletemperature di 200°C così come uno stand-by viene attivato durante la notte lunare, al fine di risparmiare energia e far fronte alle rigide temperature. Il primo starnd-by notturno è terminato il giorno 31 gennaio 2019, con rover e lander in ottime condizioni di salute. Durante la prima notte lunare, come dato scientifico, Chang'e-4 ha rilevato una temperatura più fredda di quanto atteso: -190°C. C'è da dire che le precedenti misurazioni erano state effettuate soltanto sul lato vicino della Luna e quindi in una zona chimicamente diversa e baciata comunque da una radiazione proveniente dalla Terra.

Una immagine del lato nascosto della Luna. Crediti Chang'e4
Una immagine del lato nascosto della Luna. Crediti Chang'e4/NAOC/CNSA

Maggio 2019 segna l'uscita di un lavoro basato sulle osservazioni del più grande cratere nel Sistema Solare : un a teoria emersa negli anni Settanta sostiene come nell'infanzia lunare un oceano di magma possa aver coperto la superficie. Con il raffreddamento, i minerali più leggeri sono risaliti mentre quelli più pesanti sono sprofondati. Il tutto avrebbe poi formato una crosta di basalto e un mantello di minerali densi come olivina e pirossene, con dominanza della prima. Con gli impatti subiti dalla superficie, parti del mantello sarebbero poi state richiamate verso la superficie e testare la composizione del mantello è un fattore critico per testare la vera esistenza di un oceano di magma passato, avallando la teoria.

Antenne di Queqiao. Crediti M. Klein Wolt/Radboud University
Antenne di Queqiao.
Crediti M. Klein Wolt/Radboud University

Chang'e-4 è atterrata nel bacino Aitken, ampio più di 2500 chilometri (metà della Cina), collezionando dati spettrali dal bacino che avrebbero dovuto quindi mostrare i segni del mantello esposto dagli impatti, ma l'unica cosa che è stata rinvenuta è l'olivina, componente primaria del mantello superiore terrestre. L'arricchimento di olivina nel mantello lunare è quindi ancora tutto da dimostare, a meno che il mantello lunare non sia diviso in parti uguali tra olivina e pirossene anziché essere dominato dal primo ("Chang'E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials", Nature - 2019).  

A fine novembre 2019 il satellite-ponte Queqiao, che consente di comunicare con Chang'e4, ha esteso le proprie antenne NCLE (Netherlands-China Low Frequency Explorer) anche se non tutto è andato come da manuale: le antenne, lunghe cinque metri, sono state estese soltanto in parte a causa del lungo periodo passato in orbita ma nonostante questo hanno iniziato a raccogliere dati. In modalità ridotta, i segnali che possono essere ottenuti dalle antenne riguardano l'universo fino a 800 milioni di anni dopo il Big Bang mentre una volta raggiunta l'estensione prevista si potrà arrivare a ridosso dell'inizio dell'universo.

Ultimo aggiornamento del: 28/11/2019 19:47:57