A bordo dell’orbiter Mars Express, una fotocamera trova nuova vita.
In alcune circostanze, le limitazioni possono stimolare l’innovazione. Un articolo recente illustra come i ricercatori stiano sfruttando la VMC (Visual Monitoring Camera) a bordo dell’ormai celebre orbiter Mars Express dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA).
Questo lavoro è frutto di una collaborazione tra l’ESA, l’Istituto di Astrofisica dell’IAA-CSIC in Andalusia in Spagna, l’Istituto di Astrofisica e Scienze Spaziali di Lisbona in Portogallo e l’Istituto di Geofisica e Planetologia delle Hawai’i presso l’Università delle Hawai’i.
Una Webcam di Marte
Mars Express è la prima missione dell’ESA su Marte. Lanciato con un razzo Soyuz, Mars Express ha raggiunto l’orbita attorno al Pianeta Rosso il giorno di Natale del 2003. La VMC è stata progettata per un unico scopo primario: monitorare il rilascio del malfato lander Beagle 2, che è stato liberato da Mars Express il 19 dicembre, poco meno di una settimana prima dell’inserimento in orbita. La fotocamera è stata spenta dopo il completamento del rilascio di Beagle 2, per poi essere riattivata nel 2007.
Una delle ultime immagini di Beagle 2, scattata dalla VMC poco dopo la separazione. Credito: ESA/Mars Express
“(La) fotocamera VMC era originariamente destinata a scattare solo alcune foto della fase di rilascio del lander,” ha affermato un rappresentante dell’ESA. “Successivamente, la fotocamera è stata ‘dimenticata’ per alcuni anni, fino a quando non è stata riattivata nel 2007 come test ingegneristico. Questo ha rivelato un grande valore per comunicazioni pubbliche e così ha iniziato a essere gestita regolarmente. Negli ultimi anni, le immagini VMC hanno cominciato a diventare sempre più popolari e hanno attirato l’attenzione della comunità per il loro potenziale scientifico.”
Un’Orbita Unica
La VMC era inizialmente incaricata di scattare immagini supplementari di Marte. Una collaborazione del 2016 ha portato a un aggiornamento per l’uso scientifico della fotocamera. Nel 2018, ha trovato un ruolo nel monitoraggio del meteo marziano. Mars Express si trova in un’orbita quasi polare. Il suo punto di vista distante di 11.560 chilometri in apogeo lungo la sua orbita di 7,5 ore è ideale per osservazioni dell’intero disco.
La piccola fotocamera VMC ha un campo visivo di 40 gradi per 30. Questo significa che può monitorare il meteo su Marte in modo completo. Inoltre, Mars Express offre il vantaggio di un’orbita più flessibile rispetto ad altre missioni, consentendo di osservare regioni in momenti e illuminazioni diverse.
Fotocamera IRIS-1 IC al centro della VMC. Credito: ESA
Mars Express come Satellite Meteorologico
“La VMC si è dimostrata un grande strumento nel monitoraggio globale dell’atmosfera marziana, integrandosi con tutti gli altri strumenti scientifici e fornendo informazioni molto utili su fenomeni meteorologici, principalmente aerosol atmosferici, nubi di ghiaccio e tempeste di polvere,” afferma il rappresentante dell’ESA. “Tra i molteplici contributi scientifici, la scoperta principale è stata la sorprendente nube ‘allungata di Arsia Mons’ avvistata nel 2018, una nube lunga 1.500 chilometri che non era stata segnalata da alcuna missione precedente.”
Evoluzione della nube vista su Arsia Mons. Credito: ESA/Mars Express.
Il flusso di lavoro di imaging della VMC utilizza frame di bias, flat e dark, simile a quanto utilizzato dagli astrofotografi amatoriali per elaborare le immagini. La VMC è simile alle vecchie webcam dei primi anni 2000 e produce immagini di piccole dimensioni facilmente trasmissibili sulla Terra.
Questo consente anche alla VMC di condurre seri studi scientifici. Lo strumento è calibrato per la fotometria di disco completo, utile per monitorare il meteo e i cambiamenti su Marte. Anche se la VMC ha un intervallo dinamico limitato, l’uso di esposizioni varie consente l’imaging HDR (High Dynamic Range) necessario per rivelare caratteristiche elusive. Le fotocamere per smartphone utilizzano questo genere di ‘trucco’ per estrarre dettagli.
Evoluzione di una Fotocamera per Marte
“VMC è simile a una ‘economica’ fotocamera standard di cellulare dei primi anni 2000, con meno di 0,2 megapixel,” afferma il rappresentante dell’ESA. “Questo non può fornire un alto livello di dettaglio, ma si trova in un ‘luogo straordinario’, sorvolando Marte. Ciò consente di acquisire decine di immagini del disco completo di Marte ogni giorno per monitorare le nubi atmosferiche e le tempeste di polvere, cosa che non potremmo fare con altri strumenti. Questo tipo di fotocamera ‘economica’ ha dimostrato di essere molto utile, quindi ora stiamo spingendo per utilizzare una fotocamera aggiornata nelle future missioni, con maggiore risoluzione e migliori prestazioni per migliorare il monitoraggio globale del pianeta.”
Tuttavia, la VMC ha avuto altre problematiche da affrontare per fornire dati scientifici cruciali. In primo luogo, l’orologio interno di Mars Express non è del tutto preciso. Inoltre, gli ingegneri hanno fissato la VMC sul telaio della navetta spaziale, il che significa che punta nella stessa direzione di Mars Express durante le operazioni. Oltre a utilizzare immagini di campi stellari per ottenere una posizione della navetta, il team utilizza i transiti delle lune Fobos e Deimos attraverso il disco di Marte come un orologio per calibrare le immagini e verificare i timestamp.
Un montaggio di immagini VMC. Credito: ESA.
La VMC non è l’unico strumento a monitorare il meteo marziano. Anche Mars Hope degli Emirati Arabi Uniti esegue imaging dell’intero disco e può aiutare a vedere cosa sta succedendo attualmente. Questi punti di vista opposti sono utili durante la stagione delle tempeste di polvere. Altri strumenti come JunoCam a bordo della missione Juno della NASA in orbita attorno a Giove sono progettati esclusivamente intorno a una simile forma di collaborazione pubblica.
Piccole Fotocamere per Piccole Missioni
Infine, questi tipi di fotocamere di base sono diventati attrezzatura standard sui piccoli satelliti. Esempi nella scienza planetaria includono i cubesat Mars Cube One MarCO-A e B, che hanno viaggiato insieme al lander Mars Insight che ha sorvolato Marte nel 2018, i lander Minerva-II a bordo della missione Hayabusa 2 sugli asteroidi, e la missione LICIACube dell’Agenzia Spaziale Italiana che ha testimoniato l’impatto DART nell’asteroide Dimorphos nel 2022.
Certamente, questo rappresenta un cambiamento significativo per le previsioni del meteo marziano. È affascinante vedere le immagini uniche di Marte fornite dalla VMC, come dimostrazione di come l’hardware obsoleto nello spazio possa trovare un nuovo scopo.