Nel 1972, ci è voluto un astronauta durante una passeggiata spaziale per fare ciò che Lynn Carter ora può fare con pochi clic del mouse durante il pranzo.

Carter, un professore di scienze planetarie presso l'Università dell'Arizona Lunar and Planetary Laboratory, indica un piccolo, fotografia incorniciata sopra la sua scrivania. Mostra la navicella spaziale Apollo 17, l'ultima missione con equipaggio sulla luna, navigando in alto sopra il grigio, distesa craterizzata sottostante.

"Vedi quella piccola antenna che spunta là fuori? Quello era il primo radar planetario su una navicella spaziale, e mentre girava intorno alla luna, ha suonato la superficie, " ha detto. "Ogni volta che ha colpito uno strato di roccia diverso, rifletteva un segnale e lo registrava su pellicola."

Una delle cose che gli astronauti dell'Apollo 17 avevano il compito di fare era mappare la superficie della luna dalla vista a volo d'uccello del loro orbiter. Oltre a fotografare le ovvie caratteristiche topografiche come colline, crateri e massi:l'antenna radar ha permesso loro di rivelare caratteristiche geologiche nascoste sotto la superficie della luna. I dati radar sono stati registrati su cassette vecchio stile conservate sotto un portello accessibile solo dall'esterno del veicolo spaziale. Per recuperare il film, l'astronauta Ron Evans ha dovuto indossare una tuta spaziale e dimenarsi attraverso il portello della capsula Apollo mentre sfrecciava nello spazio da qualche parte tra la luna e la Terra a quasi 25 anni, 000 miglia orarie.

"Oggi, è completamente diverso, " dice Carter. "Tutto è digitale, e gli strumenti hanno una risoluzione molto migliore. Possiamo vedere cose su Marte dal nostro soggiorno che non potresti vedere nemmeno se potessi viaggiare lì e stare in superficie da solo".

Mappare altri mondi

Carter è specializzato nella creazione di mappe dell'invisibile:utilizzando i dati ottenuti con strumenti radar che penetrano nel terreno, visualizza e interpreta le caratteristiche sepolte sotto la superficie di corpi planetari come la luna, Marte e Venere.

A uno scienziato planetario come Carter, mappare un altro mondo è molto più che capire cosa si trova in superficie e come andare dal punto A al punto B (sebbene la navigazione stia diventando un obiettivo sempre più importante, con l'aumento degli sforzi per inviare astronauti verso nuovi orizzonti come Marte o asteroidi vicini alla Terra).

"Osserviamo i pianeti per capire come si sono formati, "Carter dice, "e anche per comprendere meglio le caratteristiche qui sulla Terra che sono state oscurate dai processi geologici che rendono speciale il nostro pianeta. Studiare altri oggetti nel sistema solare è un modo per studiare cose che non sono andate come sono andate qui su Terra."

Prendi Venere, Per esempio, Il vicino di casa della Terra e il "pianeta preferito di Carter, " come ammette prontamente. Anche con i telescopi più potenti, non riusciamo mai a vederne la superficie, che è permanentemente schermato alla vista da un rovente sudario di nuvole. Fino agli anni Sessanta, romanzi di fantascienza speculavano su un lussureggiante, mondo tropicale ricoperto di giungle.

"Il radar ha schiacciato quell'idea, mentre svelava un solido, superficie super calda con molti vulcani." Dice Carter. "All'improvviso, Venere non sembrava affatto ospitale."

A differenza degli esploratori e dei cartografi che si sono avventurati per mappare la Terra da terra e mare, gli scienziati planetari devono mappare da lontano, guardando attraverso i telescopi, o, se sono abbastanza fortunati da ottenere un finanziamento per una missione spaziale, dall'orbita.

Un tavolino da caffè su Marte?

Una delle missioni di visualizzazione di maggior successo è HiRISE, che è guidato dall'UA. HiRISE è una fotocamera ad alta risoluzione che ha fotografato Marte con dettagli senza precedenti mentre orbitava intorno al pianeta rosso a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter della NASA da oltre 10 anni. Le immagini sono così dettagliate che nel corso di un decennio, dopo aver scattato 62, 712 immagini, ha coperto solo il 3,5% della superficie marziana. Ma la copertura non è mai stata l'obiettivo, anzi, HiRISE è stato inviato su Marte per trovare futuri siti di atterraggio e per fornire immagini che aiuteranno gli scienziati a comprendere i processi geologici antichi e attuali di Marte. Il pianeta si è dimostrato sorprendentemente attivo nonostante sia un freddo, mondo polveroso privo di tettonica a zolle o di un campo magnetico e la cui atmosfera si è diffusa in gran parte nello spazio.

CiaoRISE, il cui occhio è abbastanza acuto da individuare un tavolino da caffè (se ce n'era uno) a terra da 180 miglia sopra, è ora alla sua quinta estensione e sta ancora andando forte. Al momento del lancio, mappe altrettanto dettagliate della Terra sono state classificate e accessibili solo agli individui al Pentagono, disse Alfred McEwen, Professore di Scienze Planetarie di UA Regents e ricercatore principale di HiRISE.

Da allora, HiRISE ha rivelato un pianeta straordinariamente bello. La visione stereo dello strumento, risoluzione senza precedenti e passaggi di imaging ripetuti hanno completamente cambiato il modo in cui gli scienziati hanno interpretato le precedenti immagini scattate del pianeta rosso, dice McEwen.

"Quelle che pensavamo fossero antiche dune, Per esempio, congelato nel tempo per forse milioni di anni, si è rivelato in continua evoluzione".

HiRISE ha visto un'intera serie di attività in corso tra cui nuovi crateri da impatto, dove il meteorite impattante ha fatto esplodere il ghiaccio d'acqua da sotto la superficie del pianeta, gole di erosione e altre caratteristiche, alcuni così soprannaturali che i geologi planetari come McEwen stanno ancora lottando per spiegare con certezza la loro origine.

"Continuiamo a trovare cose nuove, come le caratteristiche delle regioni polari che chiamiamo ragni, "Dice McEwen. "Pensiamo che siano causati dal gas di anidride carbonica che scorre sotto le calotte glaciali, scolpire la topografia superficiale. Un'altra scoperta recente sono i massi che si muovono lentamente in discesa, forse guidato dall'espansione e dalla contrazione stagionale del ghiaccio sotterraneo".

Scattare foto è solo il primo passo per generare una mappa di una superficie planetaria sufficientemente accurata da consentire ai lander di atterrare senza schiantarsi contro massi sconosciuti o impedire ai rover robotici di rimanere bloccati nella sabbia.

"Per fare una mappa, devi capire la geometria delle tue immagini e metterle insieme a mosaico. E poi devi cambiare la prospettiva in come appare verso il basso, a meno che gli originali non siano stati acquisiti in questo modo, " McEwen ha detto del processo chiamato ortorettifica.

L'ortorettifica è necessaria per ricavare la topografia da un'immagine, lui spiega. Gli scienziati dell'UA che hanno prodotto il primo atlante dettagliato della luna hanno usato un metodo piuttosto analogico, ma elegantemente semplice installazione per realizzare questo. In questi giorni, è fatto dagli occhi acuti di persone appositamente addestrate e software sofisticato.

I satelliti mutaforma di Giove

Alcune delle altre sfide che devono affrontare i cartografi del sistema solare sono come definire il livello del mare quando il tuo oggetto di studio non ha un mare o come inchiodare le coordinate su un oggetto che non è esattamente sferico o cambia costantemente la sua forma.

"Molti dei satelliti di Giove sono quelli che chiamiamo ellissoidi triassiali, " dice McEwen. "Le loro forme tridimensionali cambiano con le forti forze di marea sotto il campo gravitazionale di Giove, e questa è una vera sfida se vuoi fare una mappatura di precisione."

Misurare tali cambiamenti è interessante di per sé, però, perché rivela indizi sulle proprietà interne di quegli oggetti che sarebbe difficile o impossibile studiare altrimenti, McEwen aggiunge.

Scienziati e ingegneri dell'UA hanno spinto avanti il ​​campo progettando strumenti e telecamere che hanno volato in diverse missioni spaziali per mappare territori sconosciuti, compreso Mercurio, il pianeta più vicino al sole, le lune di Saturno Titano ed Encelado, e la luna di Giove Io. Stanno anche lavorando su strumenti proposti per futuri progetti di mappatura che includono la luna della Terra, Marte ed Europa, La grande luna di Giove il cui oceano d'acqua sotterranea è considerato un candidato caldo per la vita extraterrestre.

Più recentemente, Gli scienziati dell'UA stanno per completare la mappa più dettagliata mai realizzata di qualsiasi corpo del sistema solare, inclusa la Terra:le telecamere progettate presso l'UA stanno scansionando la superficie rocciosa di Bennu, un asteroide vicino alla Terra alto circa quanto l'Empire State Building, e il team della missione di restituzione del campione OSIRIS-REx guidata dall'UA ha mappato la superficie di Bennu fino al pollice. Essere in grado di selezionare un sito sicuro in cui far atterrare la navicella e prelevare un campione è un prerequisito logico per la missione, che è pronta a restituire un campione di materiale incontaminato di asteroidi sulla Terra nel 2023.

"Quando avremo finito con la caratterizzazione dei siti campione candidati, potremo vedere un oggetto delle dimensioni di un centesimo, "dice Daniella Della Giustina, scienziato responsabile dell'elaborazione delle immagini per OSIRIS-REx.

DellaGiustina aggiunge che oltre a garantire la sicurezza della missione, la mappatura con un dettaglio così senza precedenti offre "davvero fantastico, scienza incredibile."

"Ottenendo un set di dati di un intero asteroide e passando da quella scala fino all'imaging di pixel di dimensioni centimetriche, possiamo davvero iniziare a collegare gli asteroidi alla popolazione di meteoriti che abbiamo nei nostri laboratori, "dice Della Giustina.

Fare così, il team ha dovuto inventare nuove tecniche e aumentare il software di mappatura disponibile per catturare una rappresentazione accurata di Bennu, un oggetto di forma irregolare la cui superficie è costellata di massi, di cui alcune delle dimensioni di un garage e con sbalzo.

Navigare in tre dimensioni

"Un sistema di coordinate non è sufficiente, quindi stiamo lavorando sia in latitudine che longitudine e coordinate cartesiane tutto il tempo, " dice DellaGiustina. "Questo ci permette di generare nuvole di punti 3D e assegnare coordinate precise a ogni pixel".

Oltre a consentire future missioni di esplorazione umana su Marte, questa ricerca aiuta a rispondere a domande fondamentali su come il pianeta rosso è diventato quello che è oggi, Bramson spiega.

"Mappando il ghiaccio sotto la superficie, possiamo provare a ricostruire la storia climatica del pianeta, " dice. "Questo ci permette di capire i cambiamenti climatici naturali senza i fattori di confusione che abbiamo sulla Terra, come la popolazione umana, vegetazione e oceani”.