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L'atlante del cielo
La partecipazione piemontese al progetto Gaia
di Gabriella Bernardi
 Hipparcos era il nome del primo satellite per osservazioni astrometriche realizzato dall’ESA, l’Agenzia Spaziale Europea. Battezzato così a ricordo dell’astronomo greco Ipparco di Nicea, vissuto tra il 190 e il 120 a.C. e fra i primi a compilare un catalogo stellare, venne lanciato quasi duemila anni dopo, esattamente nel 1989, scandendo l’inizio dell’era moderna dell’astrometria, ovvero quella branca dell’astronomia che si occupa di misurare le posizioni e le velocità dei corpi celesti.
In passato, fare queste misurazioni era talmente complicato che i risultati erano poco affidabili sia per precisione sia per il numero di stelle incluse nei cataloghi fondamentali. Ad esempio il catalogo più avanzato disponibile era l’FK5, che nel 1975 elencava le posizioni di circa 5.000 stelle con la precisione di qualche centesimo di secondo d’arco. Dalle osservazioni di Hipparcos, invece, nacquero ben due cataloghi: il principale contiene le posizioni di circa 120.000 stelle con una precisione di pochi millisecondi d’arco, mentre il secondo, Tycho, ne conta circa 2,5 milioni, ma con una precisione almeno dieci volte inferiore. La missione si concluse ufficialmente nel 1997, quando in un congresso a Venezia furono presentati alla comunità scientifica i due cataloghi, ma già da alcuni anni si stava pensando ad un successore che potesse proseguire e migliorare l’opera di questo storico satellite.
Circa vent’anni di studi e di sviluppo dopo, l’ESA si appresta a far partire il satellite Gaia, che potrà fare misure molto più accurate per un numero maggiore di oggetti celesti: si prevede infatti che il catalogo di Gaia, disponibile verso il 2021, conterrà circa un miliardo di oggetti con accuratezze da dieci a cento volte migliori rispetto a Hipparcos.
Mario Lattanzi, dell’Osservatorio Astrofisico di Torino, ha lavorato a lungo sia sulla missione Hipparcos sia sulla missione Gaia, e per quest’ultima dal 2005 è responsabile scientifico della partecipazione italiana all'elaborazione dei dati di Gaia. È un progetto affidato al DPAC (Data Processing and Analysis Consortium), un consorzio intrnazionale costituito da circa 400 scienziati quasi esclusivamente europei, e il contributo italiano coordinato da Lattanzi vede la partecipazione di una settantina di ricercatori degli osservatori e delle Università di Bologna, Catania, Firenze, Napoli, Padova, Roma, Teramo e Torino. “L’Italia ha partecipato fin dall’inizio alla realizzazione del satellite Gaia”, spiega Lattanzi. “Nel 1993-94 quando mi trovavo a Baltimora come responsabile scientifico per conto dell’ESA di uno degli strumenti a bordo dell’Hubble Space Telescope, venni contattato per studiare il cuore ottico del satellite che originariamente combinava ben tre telescopi. In una conferenza tenutasi a Cambridge nel 1995 si definì l’idea messa a punto proprio dagli scienziati italiani di utilizzare direttamente i CCD, un’applicazione non convenzionale che rappresentava un’evoluzione significativa rispetto ad Hipparcos dato che, diversamente dal suo predecessore, Gaia avrebbe potuto misurare entrambe le coordinate degli oggetti osservati sul piano focale. Un altro contributo fu mettere in evidenza le potenzialità scientifiche del satellite, per esempio utilizzandolo per scoprire pianeti extrasolari. Questi contributi si sono sviluppati nel tempo, grazie anche all’Istituto Nazionale di Astrofisica guidato dal prof. Bignami. La partecipazione della comunità scientifica italiana continua tuttora e siamo, dopo la Francia, la seconda più numerosa componente nazionale del progetto”.
I risultati della missione verranno resi immediatamente pubblici a tutta la comunità scientifica. Per quale ragione è importante una partecipazione diretta nel suo sviluppo?
“Gaia è una missione di portata epocale e fortemente innovativa. In caso di successo, si profilano progressi immensi in un molte branche della scienza. In estrema sintesi tutto questo scaturisce dalla possibilità di avere una mappa completa e ad alta precisione, in sei dimensioni (posizioni e velocità) dell'intera galassia, e in particolare, dal fatto di poter misurare per la prima volta in maniera diretta le distanze delle stelle fino ai confini della Via Lattea. La disponibilità di questi dati, per esempio, ci permetterà di capire meglio, come si è formata e come si sta trasformando la nostra galassia, ma anche i dettagli più nascosti di come nascono e si evolvono le stelle. Si scopriranno migliaia di nuovi pianeti extrasolari, e si otterrà una comprensione senza precedenti di come funziona la gravità. Inoltre, conosceremo con più precisione le orbite di moltissimi corpi del Sistema Solare, comprese quelle di molti asteroidi le cui orbite intersecano il percorso della Terra, e che quindi sono potenzialmente pericolosi per il nostro pianeta. In definitiva, si può dire che tutti i campi dell’Astrofisica saranno completamente rivoluzionati dai risultati di questa missione. È chiaro però che, anche se tutti i dati fossero resi disponibili in tempo reale a chiunque, riuscire ad utilizzarli con profitto è molto difficile, e per farlo bisogna conoscere il meglio possibile i dati grezzi. Far parte del consorzio che si occupa della riduzione dati è il miglior modo per poter ottenere i risultati scientifici citati, come altri che ora non possiamo nemmeno immaginare e che magari richiederanno di utilizzare i dati grezzi in maniera diversa ed innovativa. Ecco, quest’ultimo aspetto è molto importante, è quello che si chiama il “potenziale di scoperta” di una nuova impresa. Per questo bisognerà avere le attrezzature adatte, specialmente da un punto di vista informatico, e anche in questo caso il coinvolgimento diretto è la maniera migliore per ottenere i risultati voluti.”
In che senso l’informatica è fondamentale per questi obiettivi scientifici?
 “Come in molte delle moderne attività scientifiche, Gaia produrrà una quantità enorme di dati, e la loro conservazione ed analisi costituisce a sua volta un traguardo ambizioso da un punto di vista informatico. Se immaginassimo di mettere tutti questi dati in normali CD, la loro pila sarebbe alta come l’Everest: ma la vera sfida sta nel fatto che è come se dovessimo fare muovere l’Everest veloce come una Ferrari! Grazie al supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) abbiamo ottenuto che uno dei sei centri di elaborazione dati della missione abbia sede proprio a Torino, nella zona del complesso aerospaziale di Corso Marche. Questo centro diventerà la più grande banca dati per astronomia in Italia e una delle più grandi in Europa. Ciò ha avuto una serie di importanti ricadute. Ha permesso di integrare l’hardware tecnologicamente più avanzato con il database Oracle che l’omonima casa madre ha messo a disposizione grazie ad una partnership strategica con l’INAF. Ha reso possibile sviluppare conoscenze informatiche avanzate, in sinergia con l’industria che ha potuto ricevere finanziamenti mirati dall’ASI per la missione, e ha richiesto nuove figure specializzate che si sono tradotte in assunzioni di giovani. Ovviamente non si tratta di grandi numeri, ma in questi casi si sa che i settori ad alta tecnologia funzionano poi da volano per ulteriori sviluppi economici. Questa grande banca dati sarà come avere uno strumento spaziale ma con la differenza che non si degraderà nel tempo e il valore dipenderà solo dalla nostra capacità scientifica di guardarci dentro. È quella che a me piace chiamare l’eredità di Gaia per gli astronomi e i tecnologi spaziali dei prossimi decenni!”
 Il lancio è previsto per il 20 dicembre ad opera del ben collaudato sistema Soyuz-Fregat, già usato in altre missioni quali, per esempio, Mars Express.
Dapprima il Soyuz, il lanciatore vero e proprio, porterà il sistema Fregat+Gaia in un’orbita di parcheggio a circa 180 chilometri di altezza. Dopo circa due giorni di stazionamento il Fregat immetterà Gaia in un’orbita di trasferimento che porterà il satellite sull’orbita operativa in circa un mese, che verranno sfruttati per effettuare le complesse operazioni di preparazione del satellite. L’orbita operativa di Gaia avrà un periodo di circa 180 giorni ed un’ampiezza tipica di circa 300.000×200.000 chilometri attorno al punto lagrangiano L2, che dista circa un milione e mezzo di chilometri dalla Terra, in direzione opposta al Sole.
Il satellite dovrebbe rimanere attivo per cinque anni, ma con la possibilità di un’estensione di un altro anno. Entro il 2021 il risultato di questo lavoro sarà un catalogo astrometrico senza precedenti, il più grande progetto di cartografia celeste mai tentato dall’uomo.
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