Credit: ESA

Introduzione

L’ESA ha rilasciatoalla comunità scientifica e al pubblico in generale i suoi primi dati sul Solar Orbiter. Gli strumenti che contribuiscono a questo rilascio di dati provengono dalla suite di strumenti in situ che misurano le condizioni che circondano la navicella.

Gli strumenti del Solar Orbiter

Questi strumenti sono l’Energetic Particle Detector (EPD), lo strumento Radio e Plasma Waves (RPW) e il Magnetometro (MAG). I dati del quarto strumento in situ, il Solar Wind Plasma Analyser (SWA), saranno rilasciati nel corso di quest’anno. Gli strumenti di telerilevamento del Solar Orbiter inizieranno il loro funzionamento solo nel novembre 2021. Continueranno ad eseguire test e calibrazioni durante brevi intervalli fino ad allora.

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Non appena una missione è nello spazio, le squadre lavorano per mettere in funzione gli strumenti e iniziano a raccogliere dati scientifici. Non appena le informazioni iniziano a fluire, l’interesse cresce verso il primo rilascio dei dati.

Nel caso di molte missioni spaziali, il primo rilascio dei dati avviene di solito dopo sei mesi o un anno, per premiare le squadre che hanno costruito gli strumenti con un primo sguardo esclusivo ai dati. Molto prima del lancio, tuttavia, ci si aspettava che il Solar Orbiter sarebbe stato diverso.

Vogliamo che Solar Orbiter sia una delle missioni spaziali più aperte. Questo significa aperta a tutto il mondo, non solo alle squadre che hanno costruito gli strumenti“, dice Yannis Zouganelis, Solar Orbiter Deputy Project Scientist per l’ESA.

Sulla base dell’approccio di successo delle precedenti missioni di fisica solare, è stato deciso che il tempo che intercorre tra la ricezione dei dati sulla Terra e il loro rilascio al mondo sarà al massimo di 90 giorni. Durante questo periodo, le squadre di strumenti calibrano i dati presi da Solar Orbiter dalla sua distanza – sempre mutevole – verso il Sole. Nel migliore dei casi si tratterebbe di una rapida inversione di tendenza; con le sfide senza precedenti che si stanno affrontando a causa della pandemia di quest’anno, raggiungere la scadenza è un doppio successo.

Fare questo durante l’emergenza COVID-19 è stato molto impegnativo”, dice Yannis, “Ma siamo pronti a consegnare i dati alla comunità scientifica secondo il piano, in modo che possano farne scienza“.

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Il duro lavoro per la raccolta dati

Il lavoro inizia molto prima del lancio, con i vari team di strumenti che si preparano a ricevere ed elaborare i loro dati. Le squadre stesse sono composte da decine di persone, spesso in molti paesi diversi.

Una volta che gli strumenti stanno raccogliendo i dati, la missione entra in una fase di calibrazione in cui ogni squadra di strumenti svolge un lavoro intenso per capire come funziona il loro strumento nello spazio, se i dati che tornano indietro sono quelli previsti e quali effetti strumentali e spaziali devono essere corretti. Ad esempio, le letture degli strumenti dipendono dalla temperatura del rivelatore, ma spesso i termometri sono necessariamente situati ad una certa distanza. Pertanto, i dati devono essere calibrati con l’effettivo comportamento termico “in orbita” del veicolo spaziale.

Una volta compreso lo strumento di lavoro, le squadre elaborano i dati e li inviano al Centro Europeo di Astronomia Spaziale dell’ESAC, vicino a Madrid. Lì i dati vengono archiviati presso il Centro dati scientifici dell’ESAC e resi accessibili al pubblico.

È uno sforzo coordinato che coinvolge decine di persone provenienti da molti team diversi, da molti paesi diversi, e tutte le parti devono lavorare insieme, come un’orchestra, per assicurarsi che tutto sia pronto al momento giusto“, dice Yannis.

La preparazione dei dati

Questa orchestra è diretta dallo scienziato dell’archivio dell’ESA Solar Orbiter, Pedro Osuna, in concerto con l’ESAC Science Data Centre. Lo sforzo richiede un impegno concreto da parte di tutti i team di strumenti per trasformare i dati grezzi in prodotti calibrati per l’analisi scientifica.

Quando i dati vengono ricevuti sul campo sono dati grezzi, solo uno e zero“, dice Javier Rodríguez-Pacheco, Università di Alcalá, e il Principal Investigator dell’EPD. “Questo ci viene inviato e lo trasformiamo in unità fisiche che possono essere utilizzate per scopi scientifici“.

Per questo primo rilascio di dati, Javier afferma che la maggior parte dei dati sono stati “puliti” e calibratia a mano, ma in futuro, una volta che avranno compreso appieno le risposte dei diversi sensori EPD, cercheranno di creare una pipeline di dati che sarà in grado di automatizzare ampiamente il processo. Anche se qualcuno supervisionerà sempre il processo.

I dati che vengono rilasciati da RPW provengono da letture effettuate dopo il 15 giugno perché il periodo precedente era la fase di messa in servizio piuttosto che la fase scientifica. “Nel periodo di messa in servizio, facciamo ogni sorta di cose strane con lo strumento“, dice Jan Soucek, Istituto di Fisica dell’Atmosfera dell’Accademia delle Scienze di Praga e co-investigatore capo di RPW.

Dati per poter fare scienza

In questa modalità, le letture vengono raccolte in diversi modi e questo le rende poco adatte alla scienza. “Se si vuole guardare le statistiche, è necessario assicurarsi di misurare le cose in modo coerente, quindi se si gioca con lo strumento tutto il tempo, non è molto logico“, dice Jan.

Ma come gli altri strumenti, una volta noto il suo comportamento, i dati possono essere elaborati con relativa facilità e rapidità.

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Nel caso di MAG, il lavoro consisteva nel conoscere tutti i piccoli campi magnetici che la navicella spaziale stessa genera quando i suoi vari circuiti e le sue apparecchiature vengono accesi e spenti. Tim Horbury, Imperial College, e Principal Investigator di MAG, afferma che il fatto che i dati siano pronti in tempo è la testimonianza del duro lavoro del team di ingegneri dell’Imperial College.

Hanno lavorato duramente negli ultimi mesi. È stata un’immensa mole di lavoro“, dice. “C’è molto che stiamo rilasciando e che nessuno ha ancora analizzato nei minimi dettagli. Quindi sono sicuro che ci sarà anche tutta una serie di meraviglie in più – solo che non sappiamo ancora quali siano. C’è una quantità enorme di cose da fare per la gente, e spero davvero che la gente si appassioni“.

Il quarto strumento in situ, SWA, sta ancora lavorando all’elaborazione dei dati e alla calibrazione. “Abbiamo avuto una serie di sfide iniziali per operare in sicurezza con le alte tensioni che sono parte integrante di tutti e tre i nostri sensori“, dice Christopher Owen, Mullard Space Science Laboratory, University College London, e ricercatore principale della SWA. “Di conseguenza, non siamo stati in grado di raccogliere così tanti dati o di dedicare così tanto tempo alla comprensione delle prestazioni come avremmo voluto“.

Tuttavia, Chris è ottimista. “I sensori stessi sono fondamentalmente sani e possiamo vedere dai dati in nostro possesso che sono in grado di fornire una grande scienza e di svolgere gli importanti ruoli che hanno nella realizzazione degli obiettivi unici della scienza della missione“, dice.

Nel frattempo, ci sono più che sufficienti dati provenienti dagli altri strumenti per consentire alla comunità scientifica di iniziare a lavorare. In concomitanza con la pubblicazione dei dati, è in corso di pubblicazione un numero speciale della rivista Astronomy and Astrophysics che contiene le descrizioni delle missioni e degli strumenti.

Ora qualsiasi scienziato di qualsiasi paese può ottenere i dati e fare scienza con essi. In realtà, ci sono già centinaia di scienziati che lavorano insieme per dare un senso a questi dati unici“, dice Yannis.