1 ANTARES SU MARTE

2 LA SONDA MARS EXPRESS Ha lasciato la Terra nel giugno del Nell’agosto del 2003 i due pianeti si trovavano alla minima distanza, una disposizione che si ripresenta ogni 26 mesi, ma non sempre in condizioni simili, poiché non sempre avviene al perielio per entrambi i pianeti. In quella occasione i due pianeti erano distanti “solo” km, praticamente la minima distanza possibile. La sonda ha impiegato 6 mesi per raggiungere Marte alla velocità media di km/h. Cinque giorni dopo ha rilasciato sulla superficie il lander Beagle 2. Poi la sonda orbitale ha raggiunto un'orbita molto ellittica per eseguire le sue osservazioni.

3 Il viaggio da Terra a Marte Released 13/08/2003 4:41 pm. Copyright ESA Illustration by Medialab. Released 13/08/2003 4:41 pm. Copyright ESA Illustration by Medialab. Mentre i due pianeti si trovavano al massimo avvicinamento degli ultimi anni, la sonda dell’ESA passava il punto di mezzo del suo viaggio verso Marte Mentre i due pianeti si trovavano al massimo avvicinamento degli ultimi anni, la sonda dell’ESA passava il punto di mezzo del suo viaggio verso Marte.

4 MarsExpress e Marte

5 Antares e Marte nel 2003 L'Associazione Antares organizzò presso l'Osservatorio Comunale una serata speciale per l'opposizione di Marte del 2003, che ebbe un grande successo di pubblico. Ecco una foto fatta dal socio Stefano Checcucci con un rifrattore da 90mm, focale 1300mm e webcam. Si vede bene la calotta polare Sud.

6 La camera VMC La Camera di monitoraggio visuale (Visual Monitoring Camera, VMC) è collocata sulla Mars Express. All’inizio doveva servire solamente per controllare la separazione del lander Beagle con semplici fotografie. Ora però è utilizzata come 'Mars Webcam'. Non è uno strumento scientifico ma ci fornisce fantastiche foto di Marte non ottenibili dalla Terra.

7 'Mars Webcam' Dal 2007 la VMC è stata utilizzata dal team dell’ESA per ottenere foto di Marte, semplici foto ma scattate a poche migliaia di km alla superficie del pianeta! È stato quindi possibile osservare la variazione del clima durante le stagioni marziane e le principali conformazioni geologiche. Le foto sono messe a disposizione di tutti nel canale Flickr.

8 Visione del polo nord Mars seen at 01:53:24 UTC on 16 May Credit: ESA

9 Specifiche tecniche Sensore CMOS (IMEC IRIS-1)Sensore CMOS (IMEC IRIS-1) filtri B/N e RGB Dimensione immagine: 640x480 pixelsDimensione immagine: 640x480 pixels dinamica: 8 bitsdinamica: 8 bits Campo di vista: 40 x 31 gradiCampo di vista: 40 x 31 gradi Distanza dalla superficie di Marte: kmDistanza dalla superficie di Marte: km Risoluzione calcolata a km: 11.5 km/pixelRisoluzione calcolata a km: 11.5 km/pixel Risoluzione calcolata a 300 km: km/pixelRisoluzione calcolata a 300 km: km/pixel Massa: 430 gMassa: 430 g Dimensioni: 65 x 60 x 108 mmDimensioni: 65 x 60 x 108 mm La VMC non è controllata dagli scienziati come gli altri strumenti di bordo, ma dal Team di controllo del volo della Mars Express (Mars Express Flight Control Team, MEFCT) situato a Darmstadt, Germania.La VMC non è controllata dagli scienziati come gli altri strumenti di bordo, ma dal Team di controllo del volo della Mars Express (Mars Express Flight Control Team, MEFCT) situato a Darmstadt, Germania. Il MEFCT carica le immagini VMC in un account Flickr con una procedura automatica che rende le immagini disponibili liberamente al pubblico poco dopo essere state scaricate dalla sonda.Il MEFCT carica le immagini VMC in un account Flickr con una procedura automatica che rende le immagini disponibili liberamente al pubblico poco dopo essere state scaricate dalla sonda.

10 VMC Si notano su tutte le immagini riprese due artefatti (che potrebbero essere stati causati da detriti spaziali che si sono depositati o hanno graffiato l’ottica); altri artefatti compaiono occasionalmente. Il MEFCT e' sempre all'opera per definire le migliori condizioni di esposizione, poiche' l’illuminazione e la composizione variano ad ogni nuova orbita.

11 Durante la congiunzione con il Sole, quando Marte è dalla parte opposta del Sole rispetto alla Terra, c’è un periodo di cinque settimane durante il quale le comunicazioni devono essere interrotte. Nel 2015, durante questo periodo, il team della Mars Express ha interrotto i lavori scientifici quattro giorni prima per realizzare un progetto speciale.

12 The VMC Schools Campaign Grazie a questa iniziativa, gruppi di astrofili o di studenti e centri scientifici posso usufruire delle foto scattate dalla VMC per progetti amatoriali e di ricerca.

13 Campagna di osservazioni Dal 25 al 27 maggio 2015 i vari gruppi che coinvolgono giovani in tutto il mondo hanno proposto gli obiettivi per le riprese della VMC. Questi obiettivi dovevano: essere compatibili con le orbite della Mars Expressessere compatibili con le orbite della Mars Express avere una valenza scientifica o artisticaavere una valenza scientifica o artistica Ne sono stati selezionati 25 (tra cui il nostro!) I risultati saranno pubblicati sul blog dell’ESA (blogs.esa.int/VMC)

14 Il nostro obiettivo La regione di Marte scelta dal nostro team è Cavi Angusti, (in nome latino come quasi tutte le strutture geologiche di Marte): si trova nella zona polare sud del pianeta, ed e' caratterizzata da vaste e profonde vallate dove la sottile atmosfera di Marte puo' produrre nebbie o foschie a sviluppo diurno.

15 Il nostro progetto Durante il mese di maggio 2015, l'estate sta finendo nell'emisfero sud di Marte, e su Cavi Angusti si alternano giorno e notte come sulla Terra, in attesa di immergersi per diversi mesi nella notte polare continua. Il Sole basso proiettera' lunghe ombre e le variazione di temperatura tra notte e giorno potrebbero dare luogo alla condensazione e dissoluzione di basse nubi di vapore acqueo o anidride carbonica. Il Sole basso proiettera' lunghe ombre e le variazione di temperatura tra notte e giorno potrebbero dare luogo alla condensazione e dissoluzione di basse nubi di vapore acqueo o anidride carbonica.

16 L'aspettativa Durante i giorni dedicati al progetto, la sonda Mars Express ha sorvolato varie volte Cavi Angusti a una distanza media di circa 3000 km, in diverse ore della giornata marziana, permettendo cosi' di studiare la zona con un dettaglio di pochi chilometri, sufficiente a rivelare eventuali formazioni di nuvole.

L’atmosfera di Marte 1 La pressione atmosferica I Marte è in media di 600 pascal (0.087 psi), circa lo 0.6% della Terra di kilopascals (14.69 psi). Varia da un minimo di 30 pascal ( psi) sul Monte Olimpo fino a oltre 1,155 pascal ( psi) nella depressione di Hellas Planitia. Questa pressione è ben al di sotto del limite di Armstrong per la protezione del corpo umano dalle radiazioni solari. La massa complessiva dell’atmosfera di Marte di 25 teratonnes a confronto con quella della Terra di 5148 teratonnes con un’altezza di circa 11 kilometri (6.8 mi) contro i 7 kilometri (4.3 mi) della Terra.

L’atmosfera di Marte 2 È composta dai seguenti strati: BASSA ATMOSFERA: zona calda influenzata dal calore del terreno e delle tempeste di sabbia. ATMOSFERA DI MEZZO: zona in cui soffiano le correnti a getto. ATMOSFERA SUPERIORE O TERMOSFERA: zona con temperature molto alte, causata dal calore solare. I gas atmosferici iniziano a separarsi tra loro a queste altitudini. ESOSFERA: Inizia a 200 km e oltre, in questa zona le ultime tracce di atmosfera svaniscono nel vuoto. C’è anche una zona di IONOSFERA e uno strato di ozono stagionale sopra il Polo Sud.

L’atmosfera di Marte 3 Il grafico mostra l’abbondanza % dei 5 gas nell’atmosfera di Marte, come misurato dal rover della NASA nel Il grafico usa una scala logaritmica per poter riportare i valori di concentrazioni molto differenti. Il gas di gran lunga più abbonante l’anidride carbonica (diossido di carbonio CO 2 ) che raggiunge il 95.9 % del volume Gli altri quattro gas più abbonanti sono nell’ordine argon (Ar), azoto (N) e monossido di carbonio (CO). Questi dati sono ottenuti dal rover CURIOSITY situato nel cratere GALE e non hanno mai mostrato condizioni ambientali favorevoli alla vita.

Clima 1 Tra tutti i pianeti del sistema solare Marte è quello con il clima più simile a quello terrestre per via dell'inclinazione del suo asse di rotazione. Le stagioni tuttavia durano circa il doppio dato che la distanza dal Sole lo porta ad avere una rivoluzione di poco meno di 2 anni. Le temperature variano dai −140 °C degli inverni polari a 20 °C dell'estate. La forte escursione termica è dovuta anche al fatto che Marte ha un'atmosfera sottile (e quindi una bassa pressione atmosferica) e una bassa capacità di trattenere il calore del suolo.

Clima 2 Entrambe le calotte polari sono composte principalmente da ghiaccio ricoperto da uno strato di circa un metro di anidride carbonica solida (ghiaccio secco) al polo nord, mentre lo stesso strato raggiunge gli otto metri in quello sud, la sovrapposizione del ghiaccio secco sopra a quello d'acqua è dovuta al fatto che il primo condensa a temperature molto più basse e quindi successivamente a quello d'acqua in epoca di raffreddamento. Entrambi i poli presentano dei disegni a spirale causati dall'interazione tra il calore solare disomogeneo e la sublimazione e condensazione del ghiaccio. Le loro dimensioni variano inoltre a seconda della stagione.

22 Celestia Il software Celestia (gratuito) permette di vedere i pianeti del sistema solare come se fossimo in una astronave in orbita attorno al pianeta. È stato utilizzato per identificare i tempi esatti dei passaggi della Mars Express su Cavi Angusti. L'ESA ha fornito uno script per Celestia che permette di visualizzare esattamente l'orbita della sonda nel periodo di interesse.

23 Marte visto dal telescopio spaziale Hubble nella opposizione del Si vede la calotta polare Sud, in primavera avanzata. Nella foto a destra si vede nettamente il Monte Olimpo al centro della pianura settentrionale.

24 Dettaglio della foto di HST della calotta polare Sud. Cavi Angusti e' sotto la cappa dei ghiacci. La scala e' circa 7 km/pixel, ma la zona polare e' vista molto inclinata e la risoluzione e' quindi molto peggiore.

25 Lo studio La calotta Sud di Marte vista su due carte geografiche realizzate coi dati della missione Viking orbiter. Insieme al software Celestia sono state usate per identificare i crateri sulla superficie di Marte.

26 I ragazzi di Antares Studenti in visita all'Osservatorio per osservare Venere e Giove al crepuscolo.Studenti in visita all'Osservatorio per osservare Venere e Giove al crepuscolo.

27 Le immagini ottenute Le foto della VMC sono state prese a intervalli di un minuto con tempi di posa di 1s, 0.5s, 0.25s; questo per poter visualizzare bene zone che fossero sature con la pose piu' lunghe. Nel nostro caso, data la luce radente, anche le pose da 1s sono leggermente sottoesposte. Delle tre orbite dedicate al progetto dal team ESA, solo una e' risultata utilizzabile per noi, in quanto negli altri due passaggi su Cavi Angusti era notte. In totale 48 foto, di cui 16 ben esposte (80/255 conteggi). Non e' stato quindi possibile ricercare effetti di formazione di foschia in ore diverse della giornata, come da progetto originale. La distanza minima della sonda da Cavi Angusti e' stata di 1980 km.

28 Piano B Abbiamo quindi sviluppato il nostro progetto in tre parti: Realizzazione di un filmato del sorvolo della zona polare Sud utilizzando tutti i fotogrammi ben esposti.Realizzazione di un filmato del sorvolo della zona polare Sud utilizzando tutti i fotogrammi ben esposti. Misura del diametro della calotta polare, del cratere principale di Cavi Angusti e del vicino cratere Schmidt.Misura del diametro della calotta polare, del cratere principale di Cavi Angusti e del vicino cratere Schmidt. Ricerca di possibili variazioni di colore del suolo a causa della diversa quantita' di atmosfera marziana frapposta tra la sonda e il suolo durante il transito.Ricerca di possibili variazioni di colore del suolo a causa della diversa quantita' di atmosfera marziana frapposta tra la sonda e il suolo durante il transito.

29 Il filmato Per realizzare il filmato abbiamo usato come riferimento le foto con posa lunga 1s. Abbamo poi inserito immagini fisse realizzate con Celestia e fotogrammi singoli con sovrascritte. Il video e' stato montato con iMovie Infine e' stata aggiunta la colonna sonora e i titoli di testa.

30 Fare partire il video separatamente

31 Misurazioni Il diametro dei crateri e' stata realizzata solo sulle immagini da 1s per avere un miglior rapporto Segnale/Rumore. Le misure sono state effettuate col programma free GIMP, utilizzando lo strumento righello, e zoommando le immagini x4 in modo da minimizzare l'errore di posizione del mouse. La distanza Mars Express - Cavi Angusti e' stata ricavata col programma Celestia, usando lo script ESA per identificarne la posizione al momento di ciascuna foto. Assumendo il campo di vista della VMC dalle specifiche tecniche, abbiamo calcolato in approssimazione piana la scala angolare per pixel, e da questa la scala lineare sulla superficie.

32 La zona di Cavi Angusti al centro della immagine VMC e la corrispondente carta di Marte corrispondente carta di Marte. Sulla verticale di Cavi Angusti. Distanza 2280 km, scala 2.48 km/pixel

33 Cavi Angusti Polo Sud in alto Cavi Angusti al centro Cratere Schmidt in basso Scala 2.5 km/pix molto meglio della immagine HST, e lo vediamo dall'alto !!

34 La teoria Dalle specifiche tecniche la scala angolare della VMC risulta di 225”/pixel. Il diametro apparente d (in radianti) di un cratere di diametro D(km) a distanza r(km) e' d=tan(D/r); Se l'angolo e' piccolo (meno di 2 gradi) tan(alfa)=alfa e quindi d=D/r. Passando ai secondi d'arco (arcsec) invece dei radianti, da=D/r* (numero di secondi d'arco in un radiante). Per passare dalla misura in secondi d'arco a quella in pixel basta dividere per il fattore di scala nominale su menzionato (225"/pix). Per un cratere di 100 km abbiamo che il diametro in pixel (dp) dp=D/r*917. Per cui il diametro in km e' D=dp*r/917 Abbiamo misurato i diametri in pixel di tre formazioni: Cavi Angusti, Schmidt, Calotta Polare innevata.

35 Andamento aspettato Misure dei diametri nelle varie immagini a diversa distanza: le curve indicano i valori aspettati in pixel in base alla scala angolare. I nostri valori sono In buon accordo con quelli ricavati dalla carta del Viking: Cratere Noi Viking Schmidt Cavi Ang Calotta P. 460

36 Assorbimento atmosferico atmosferico Abbiamo tentato di verificare se la presenza dell'atmosfera marziana produce effetti visibili nella VMC. Durante il sorvolo, l'altezza della Mars Express sopra l'orizzonte di Cavi Angusti e' variata da 40 a 90 gradi: di conseguenza lo spessore di atmosfera e' variato da 1.55 a Il rapporto Blu/Rosso misurato e' cambiato da 1.13 a 1.64 La differenza di colore del suolo e' visibile nelle due immagini.

37 Conclusioni Questo progetto ha permesso di svolgere diverse operazioni con importante contenuto didattico: realizzare un lavoro di squadra con suddivisione dei compiti. realizzare un lavoro di squadra con suddivisione dei compiti. utilizzare un software astronomico per la misura della distanza della sonda Mars Espress dalla superficie del pianeta.utilizzare un software astronomico per la misura della distanza della sonda Mars Espress dalla superficie del pianeta. familiarizzarci con la geografia marziana e i sistemi di coordinate.familiarizzarci con la geografia marziana e i sistemi di coordinate. misurare le dimensioni di alcune strutture con successo.misurare le dimensioni di alcune strutture con successo. comprendere la struttura informatica di immagini a colori.comprendere la struttura informatica di immagini a colori. Quando riosserveremo Marte al telescopio lo vedremo con occhi ben piu' consapevoli.