Quanti pianeti simili alla Terra orbitano attorno alla zona abitabile di stelle simili al Sole? Come si formano e si evolvono i pianeti nei loro sistemi planetari? Come interagiscono con le proprie stelle? Queste sono alcune delle domande a cui la missione PLATO dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) è chiamata a rispondere, attraverso misurazioni molto accurate dei transiti e delle oscillazioni delle stelle (e infatti PLATO è l’acronimo di exoPLAnet Transits and Oscillation of stars). Le misurazioni dei “transiti” producono informazioni sulla dimensione dei pianeti, mentre le “oscillazioni stellari” ci danno la massa e l’età delle stelle, che sono fondamentali per valutare massa ed età dei pianeti ospitati. La qualità di tutte queste misurazioni è garantita da 26 telecamere con campo visivo ultra ampio che costituiscono gli occhi della missione PLATO.
È la prima volta che un satellite dedito allo studio dell’Universo adotta una batteria di telescopi invece di uno solo. La ragione di questa scelta insolita è guidata dalla scienza alla base di PLATO che richiede osservazioni di un gran numero di stelle “luminose” per intervalli di tempo lunghi e continui (da diversi mesi ad anni), con la precisione e la sensibilità che possono essere raggiunte solo dallo spazio con un telescopio di almeno 1 metro di dimensione. Tuttavia, un telescopio da 1 metro non è in grado di fornire l’ampio campo visivo necessario per osservare molte stelle luminose in un’inquadratura, come richiesto per soddisfare i requisiti scientifici, e questo limite è intrinseco ai sistemi ottici; solo i telescopi di piccole dimensioni possono fornire un campo visivo ampio come serve.
Da qui l’idea alla base del progetto PLATO: combinare una batteria di telescopi per ottenere allo stesso tempo la precisione necessaria e l’ampio campo visivo. Una singola telecamera del satellite PLATO osserva un campo visivo equivalente a circa 5.200 volte l’area coperta dalla Luna piena.
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La responsabile delle camere in ASI, Elisabetta Tommasi e il Telescope Scientist, Roberto Ragazzoni
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Modello di volo del banco ottico sul quale saranno integrate le 26 telecamere di PLATO (©OHB)
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Roberto ragazzoni insieme alla co-principal investigator della missione, Isabella Pagano
Questa prestazione è stata ottenuta grazie ad un progetto ottico innovativo: ogni telescopio è infatti un rifrattore con 6 lenti, ciascuna con dimensioni che vanno da 12 a 18 cm di diametro, realizzate con 5 diversi tipi di vetri scelti per ottenere la migliore resa ottica, il minimo rischio di invecchiamento nello spazio, la necessaria resistenza alle sollecitazioni meccaniche e acustiche dell’ambiente di lancio. La luce raccolta dal telescopio viene registrata da rilevatori CCD alloggiati nel piano focale fornito di una sua elettronica di front-end. L’isolante multistrato (MLI) e una serie di resistori e sensori completano ogni telecamera per controllarne la temperatura. Due delle telecamere, dette “veloci”, sono ottimizzate per osservare stelle molto luminose e servono anche per la guida precisa del satellite. Esse osservano con una cadenza di 2,5 s. Le altre 24 telecamere, dette “normali”, osservano con una cadenza di 25 s e utilizzano 4 CCD da 4510×4510 pixel ciascuno.
Le telecamere “normali” sono raggruppate in gruppi di sei e ciascun gruppo punta in una direzione del cielo distante 9 gradi dalla verticale al banco ottico, in quattro direzioni tra loro opposte. In questo modo, i campi osservati da ciascun set di telecamere sono parzialmente sovrapposti e il campo visivo totale osservato copre un’area di cielo equivalente a 10.500 volte la dimensione della Luna piena.
PLATO è la terza missione di classe Media del programma Cosmic Vision 2015-2025 dell’ESA. Il satellite PLATO sarà lanciato da Arian 6 dallo spazioporto europeo di Kourou alla fine del 2026 verso il punto Lagrangiano L2, distante 1,5 milioni di chilometri dalla Terra. Scienziati e ingegneri provenienti da 14 paesi membri dell’ESA, coordinati da ingegneri dell’ESA, hanno collaborato alla progettazione e alla produzione del carico utile del satellite.
Selezionata dal Programma Scientifico dell’ESA nel 2014 e adottata dal programma dell’ESA nel 2017, la missione è entrata nella fase di implementazione a pieno regime dopo la Mission and Payload Critical Milestone, superata con successo nel 2021.
Modello termo-strutturale del satellite PLATO durante i test in ESTEC (@ESA/G. Porter)
Con un notevole sforzo di coordinamento, gli istituti di ricerca e le industrie sparse in Italia, Francia, Portogallo, Spagna, Svizzera e Regno Unito, hanno iniziato a consegnare i modelli di volo dei sottosistemi dei telecamere fin dalla fine del 2022. I sottosistemi vengono assemblati in Belgio dove ogni telecamera è allineata e testata rispetto alle sollecitazioni meccaniche attese durante il lancio. Dopo l’integrazione, ogni telecamera si sposta in una delle tre strutture di test situate rispettivamente in Francia, Paesi Bassi e Spagna, dove vengono verificate le prestazioni ottiche in condizioni termiche simili a quelle che il satellite troverà nell’ambiente operativo.
L’intera catena di produzione, integrazione e test delle telecamere è coordinata dal 2020 da ingegneri e scienziati dell’ESA, dell’INAF (Torino, Catania, Padova, Brera, Bologna, e IAPS Roma) e dell’ASI, con il supporto dei colleghi del Consorzio della Missione PLATO.
“Ogni telescopio, prodotto e testato in Italia da Leonardo, deve essere assemblato con i rivelatori e con l’elettronica di lettura, realizzati in altri Paesi: l’insieme costituisce una delle 26 telecamere di PLATO”, spiega Elisabetta Tommasi che segue per ASI il notevole sforzo di coordinamento di queste attività, in carico a INAF. “L’Italia è intervenuta in un momento di crisi del progetto, proponendosi per assumere la responsabilità di questa delicata attività che conduce in collaborazione con ESA”, aggiunge.
“Il progetto ottico dei telescopi di PLATO è nato in INAF negli Osservatori di Padova, Catania e Brera” ricorda Isabella Pagano, dell’Osservatorio Astrofisico di Catania, co-principal investigator della missione e Camera Scientist. “Durante gli anni di sviluppo e realizzazione il team INAF ha lavorato fianco a fianco con gli ingegneri del reparto engineering spazio di Leonardo Firenze – in collaborazione con Thales Alenia Space (Torino) e le pmi Media Lario, Hst S.r.l. e Gestione Silo – e con il team che gestisce il progetto per l’Agenzia Spaziale Italiana”. I telescopi lasciano l’Italia dopo essere stati sottoposti a prove che ne garantiscono la resistenza alle sollecitazioni termiche e meccaniche che il satellite incontrerà al lancio e nell’ambiente in cui sarà operativo, e dopo aver misurato le prestazioni ottiche.
Ad oggi, 10 dei 26 modelli di volo dei telescopi sono stati consegnati dall’INAF all’ESA e poi alla OHB System AG, il Prime Contractor per il satellite PLATO. La cerimonia di inaugurazione di una struttura dedicata a PLATO presso la sede di Oberpfaffenhofen di OHB System AG il 12 marzo ha segnato l’inizio della fase di integrazione dei telescopi sul banco ottico.
Ognuna delle 26 fotocamere è stata nominata in onore di astronomi/scienziati che sono stati pionieri della scienza correlata a PLATO. Le telecamere per modelli di volo pronte per essere integrate sul satellite sono quelle dedicate a:
Arthur Eddington (1882 –1944): era un astronomo, fisico e matematico inglese. Ha postulato la tecnica di rilevamento del transito, la ricerca ha coinvolto le stelle variabili e la rotazione stellare. Eddington è stato direttore degli Osservatori Yerkes, McDonald, Leuschner e National Radio Astronomy.
Caroline Herschel (1750-1848): era un’astronoma e matematica inglese di origine tedesca. Scoprì diverse comete, inclusa la cometa periodica 35P/Herschel-Rigollet, che porta il suo nome.
Bengt Stromgren (1908 – 1987): era un astronomo svedese, professore all’Università di Copenaghen e direttore dell’Osservatorio universitario di Copenaghen. Diede contributi fondamentali allo studio della struttura stellare; sviluppato un sistema fotometrico per lo studio della Galassia. È stato presidente della IAU (1948 – 1952 and 1970 – 1973) e dell’Accademia Reale Danese delle Scienze e delle Lettere.
Angioletta Coradini (1946-2011). Era un’astrofisica e scienziata planetaria italiana, con interessi che spaziavano dai corpi minori ai pianeti esterni e al lavoro teorico sulla formazione del nostro Sistema Solare. È stata ricercatrice principale dello strumento Jiram per la missione Juno New Frontiers della NASA. A lei è stato intitolato un cratere su Vesta (Angioletta) e un crater su Plutone (Coradini).
Paul Ledoux (1914-1988): era un astronomo belga, professore all’Università di Liegi, l’unico padre fondatore delle oscillazioni non radiali delle stelle. I concetti di costante di Ledoux, scissione di Ledoux, criterio di convezione di Ledoux per la stabilità stellare, ecc., sono concetti ben noti nell’astrofisica stellare in generale e nell’asterosismologia in particolare.
Françoise Praderie (1937-2009): è stata un’astronoma francese, specialista delle atmosfere stellari. Ha partecipato all’introduzione dell’astronomia UV nella fisica stellare, quindi allo sviluppo della spettropolarimetria per lo studio dei campi magnetici stellari. Coinvolta nello studio della microvariabilità e dell’astrosismologia fin dai primi anni ’80, è stata tra i pochissimi pionieri che hanno lottato duramente per rendere questo nuovo campo dell’astrofisica una realtà, ideando progetti spaziali innovativi, proposti al CNES e all’ESA.
Robert Emden (1862-1940): era un astrofisico e meteorologo svizzero. Per prima cosa propose un modello matematico del comportamento degli oggetti stellari gassosi politropici sotto l’influenza della loro stessa gravità, noto come equazione di Lane-Emden. A lui prende il nome il cratere Emden sulla Luna.
Anneliese Schnell (1941-2015): studiò matematica e fisica, seguite da astronomia all’Università di Vienna. Co-curatrice di “Die Sterne” e “Sterne und Weltraum”, la sua ricerca si è concentrata sull’osservazione di stelle variabili, stelle centrali di nebulose planetarie e stelle chimicamente peculiari. Negli ultimi anni si occupò di temi di storia dell’astronomia, compresi i pianeti minori, ma anche di storia delle donne in astronomia. Si è impegnata a promuovere l’adesione dell’Austria all’ESO dal 1984. Ha anche svolto un ruolo fondamentale nella promozione delle donne in astronomia, con l’obiettivo di ottenere candidature di donne per cattedre all’Università di Vienna a partire dagli anni Novanta. È diventata presidente del gruppo di lavoro per le pari opportunità presso l’Università di Vienna.
Otto Struve (1897-1963): era un astronomo russo-americano di origine tedesca. La ricerca di Struve si concentrò principalmente sulle stelle binarie e variabili, sulla rotazione stellare e sulla materia interstellare. Fu uno dei pochi eminenti astronomi dell’era pre-era spaziale a esprimere pubblicamente la convinzione che l’intelligenza extraterrestre fosse abbondante, e quindi fu uno dei primi sostenitori della ricerca della vita extraterrestre. È stato direttore degli Osservatori Yerkes, McDonald, Leuschner e Nazionale di Radioastronomia.
Entro la fine del 2024 tutti i modelli di volo delle telecamere saranno pronti per l’integrazione sul satellite. Restate sintonizzati per scoprire insieme a noi i nomi degli altri scienziati che voleranno con PLATO alla ricerca di nuovi pianeti terrestri orbitanti attorno a stelle di tipo solare, on the road per cercare la vita oltre il nostro Sistema Solare.
Isabella Pagano e Daniela Sicilia
- Vedi anche il comunicato stampa congiunto ASI-INAF del 12 marzo 2024.
PLATO è una missione spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il carico utile PLATO è sviluppato congiuntamente dall’ESA e dal PLATO Mission Consortium (PMC). Il PMC contribuisce inoltre al segmento di terra della missione scientifica elaborando i dati PLATO. Il finanziamento della PMC è fornito dalle agenzienazionali, in particolare dalle agenzie che partecipano all’Accordo Multilaterale siglato con l’ESA: Austria, Belgio, Repubblica Ceca, Danimarca, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Norvegia, Portogallo, Spagna, Svezia, Svizzera, Regno Unito. I membri del PMC sono reperibili sul sito web del consorzio. Il sito web della missione ESA PLATO è: https://www.cosmos.esa.int/plato.