Tra poco meno di una settimana, la missione Lucy della NASA partirà per una missione di 12 anni volta allo studio di una particolare famiglia di asteroidi del Sistema Solare: i Troiani di Giove. La finestra utile per il lancio si aprirà il 16 Ottobre alle ore 11.30 italiane e rimarrà aperta per 21 giorni. Se il lancio non si dovesse effettuare il 16, United Launch Alliance (che opera il vettore Atlas V) avrà a disposizione per le tre settimane successive una finestra quotidiana di circa un’ora.
Destinazione della missione saranno gli asteroidi Troiani di Giove, che non hanno ancora ricevuto “visite” da parte di missioni scientifiche. I Troiani sono distribuiti in due zone del Sistema Solare. I due sottogruppi precedono e seguono di circa 60° il gigante gassoso lungo la sua orbita, localizzandosi nelle vicinanze dei punti lagrangiani L4 ed L5 del sistema Giove-Sole.
I punti lagrangiani sono punti di equilibrio gravitazionale tra due corpi, in questo caso Giove e il Sole, dove la forza gravitazionale e la forza centrifuga si bilanciano. Questa loro particolare caratteristica li rende particolarmente indicati per ospitare – generalmente in piccole orbite attorno a questi punti – dei satelliti o delle sonde spaziali. E’ il caso ad esempio del James Webb Space Telescope, che opererà nei dintorni del punto lagrangiano L2 del sistema Terra-Sole.
Lucy intende fare luce sulla natura ed origine di questo gruppo di asteroidi, che con ogni probabilità sono residui del disco di accrescimento protoplanetario del Sistema Solare. Questi “rimasugli” non hanno mai raggiunto uno stato di aggregazione tale da costituire un pianeta, e vagano da miliardi di anni attraverso il Sistema Solare. Il fatto che siano rimasti pressoché immutati nel tempo li rende una fonte di dati preziosissima per reperire informazioni sulle prime fasi di vita del Sistema Solare. I Troiani sono infatti da tempo oggetto di studi da Terra. Queste ricerche ci hanno permesso di ricavare alcune informazioni di base sulle loro caratteristiche. Alcuni dati, però, richiedono indagini ravvicinate che solo una sonda come Lucy potrà svolgere.
Il profilo di missione prevede una durata di 12 anni, durante i quali Lucy visiterà un asteroide della fascia principale e sei Troiani di Giove (due del gruppo di L5 e quattro del gruppo di L4).
La traiettoria seguita da Lucy è un capolavoro di meccanica orbitale. Il lanciatore Atlas V inserirà la sonda in un’orbita eliocentrica non molto diversa dal percorso che la Terra segue attorno alla nostra stella. Il periodo orbitale sarà di circa un anno, con una eccentricità leggermente maggiore (l’orbita di Lucy sarà dunque più ellittica).
Questa orbita verrà modificata negli anni a venire tramite tre fly-by del nostro pianeta. Il primo avverrà il 15 Ottobre 2022, il secondo il 12 Dicembre 2024. Queste manovre fungeranno da gravity assist, una particolare manovra spesso utilizzata per raggiungere il Sistema Solare esterno. In sostanza, l’attrazione gravitazionale della Terra (o di altri pianeti), opportunamente sfruttata, è in grado di fornire un boost di velocità che fa risparmiare alle sonde grandi quantità di propellente.
Al termine del secondo fly-by della Terra, Lucy si troverà su una traiettoria che al porterà a visitare il suo primo obiettivo: l’asteroide Donaldjohanson della fascia principale. Il fugace incontro avverrà il 20 Aprile 2025 e servirà come prova generale dei successivi. Seguiranno due anni e mezzo di viaggio solitario nello spazio profondo, che porteranno la sonda al primo obiettivo: l’asteroide Eurybates e il suo satellite Queta, Troiani di L4. Il sorvolo avverrà il 12 Agosto 2027, seguito il 15 Settembre da Polymele, il 18 Aprile 2028 da Leucus e l’11 Novembre da Orus.
Dopo questo anno di fuoco, Lucy tornerà verso la Terra per ricevere il terzo gravity assist il giorno di Natale del 2030. Questo la indirizzerà verso i Troiani di L5 – che seguono Giove nella sua orbita – che raggiungerà il 3 Marzo 2033 con il sorvolo del sistema binario Patroclus-Moenotius.
Questo sarà il vero piatto forte della missione. I due asteroidi hanno pressoché la stessa massa e si orbitano a vicenda a una distanza di 680 kilometri. Trovare due oggetti con queste particolarità all’interno dell’orbita di Nettuno è un evento più unico che raro, e poterli studiare così da vicino è un’occasione che i planetologi non intendono lasciarsi sfuggire. Questi due corpi potrebbero infatti contenere le informazioni più succulente a proposito dell’infanzia del Sistema Solare.
Vi è una particolare zona della fascia di Kuiper, nota con il nome di “Cold Classical Kuiper Belt”, che si ritiene sia rimasta pressoché immutata dalle origini del Sistema Solare. Grazie al telescopio Hubble, sappiamo che in quella zona la maggior parte dei corpi celesti è organizzata in sistemi binari del tutto simili a Patroclus-Moenotius. I planetologi ritengono che le prime strutture a organizzarsi nel Sistema Solare siano stati proprio questi sistemi binari. Lucy tenterà di fare luce sulla loro origine a partire dai dati ricavati con l’ultimo sorvolo.
Nel seguente video è rappresentata, in rosso, la traiettoria della missione Lucy, a partire dalla Terra, in Blu. L’orbita in verde è quella di Giove, e di conseguenza dei suoi asteroidi troiani.
Il sorvolo di Patroclus e Moenotius segnerà la fine della missione primaria di Lucy. Se i suoi sistemi di bordo saranno giudicati in buone condizioni e se la quantità di propellente residua lo permetterà, è possibile che la missione venga estesa. La particolare orbita eliocentrica di Lucy avrà un periodo di poco inferiore a 6 anni, vale a dire la metà del periodo orbitale di Giove. Questo la porterà a visitare periodicamente i Troiani di L4 ed L5, in una danza particolarmente stabile che si stima possa continuare per almeno 700mila anni.
Se, come si spera, Lucy verrà estesa, potrebbe eseguire fly-by di altri asteroidi Troiani, accrescendo ulteriormente la nostra conoscenza su di essi. Per via di questo lunghissimo peregrinare all’interno del Sistema Solare, sulla sonda è stata montata una placca recante nomi, citazioni e immagini che si spera possa essere recuperata da futuri esploratori spaziali umani.
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