Questa sarà la prima missione che ha come obiettivo primario Fobos. Tante altre missioni hanno osservato Fobos come obiettivo secondario, e tecnicamente ne sono partite altre con obiettivo primario Fobos ma non sono mai arrivate per un incidente durante il percorso.
La sonda farà tante cose interessanti, e l’orbita è una di queste.
Parlare di orbita attorno a Fobos è una cosa un po’ strana. Che io sappia, Fobos è l’unico satellite naturale che trasborda dalla propria sfera di Hill. Tecnicamente, un oggetto per orbitare attorno a un corpo celeste che orbita attorno a un altro corpo, deve stare dentro la sua sfera di Hill. Per la Terra, questa sfera è di 1,5 milioni di km di raggio, quindi se proviamo a mettere a orbitare qualche satellite a più di questa distanza viene perturbato dal Sole e orbiterà attorno al Sole.
Fobos ha una sfera di Hill di 16 km, un diametro di 27 km e una forma irregolare. C’è una montagnola la cui cima esce dalla sfera di Hill. Se ci trovassimo in piedi su quella montagnola, Marte ci strapperebbe via da Fobos. È anche questo il motivo per cui tra qualche milione di anni Fobos si sgretolerà.
Per questo motivo, tecnicamente MMX non sarà in un’orbita di Fobos, ma in una quasi-orbita. Sembrerà di essere in orbita attorno a Fobos, ma in realtà sarà in orbita attorno a Marte. Cercherò di descrivervi questa situazione in maniere semplice. Tutte le immagini sono prese da questa pubblicazione disponibile pubblicamente (tranne il video di youtube): https://earth-planets-space.springeropen.com/articles/10.1186/s40623-021-01546-6
MMX starà nei pressi di Fobos per un anno e mezzo in 5 quasi-orbite diverse (QSO), una alta, una media e 3 basse, le cui caratteristiche sono descritte in questa tabellina:
Prendiamo la prima, QSO-H, quella alta. Ci sono due periodi indicati, uno nel riferimento inerziale e uno non inerziale, molto diversi: 7 ore e mezzo uno e 32 giorni l’altro. MMX farà un giro attorno a Fobos in 32 giorni mentre Fobos e MMX insieme faranno un giro attorno a Marte in sole 7,5 ore.
Già qui la questione sembra complicarsi abbastanza rispetto alle normali orbite kepleriane a cui siamo abituati con i sistemi a due corpi, ed è anche una situazione anomala rispetto ad esempio ai satelliti intorno alla Luna. Solitamente il periodo dell’orbita di un satellite artificiale attorno a una luna è minore del periodo di rivoluzione della luna attorno al pianeta, LRO orbita in 2 ore e la Luna in 28 giorni, per dirne una. Qui MMX fa un giro completo attorno a Fobos mentre ne fa 100 attorno a Marte (Fobos fa poco più di 3 orbite al giorno, per 32 giorni).
Vista da Fobos, cioè fissato un sistema di riferimento in rotazione solidale con la rotazione di Fobos attorno a Marte, l’orbita di MMX appare così:
In a ci sono le 5 orbite menzionate sopra, 1 high 1 medium 3 low, in b e c è evidenziata l’orbita QSO_M. Vedete che le orbite sono ellittiche ma Fobos occupa il centro dell’ellisse, non uno dei fuochi come avviene nelle orbite kepleriane.
Quello che in realtà fa MMX è orbitare attorno a Marte in un’orbita ellittica con periodo quasi uguale a quello di Fobos e molto vicino a Fobos stesso. MMX va per la sua orbita e Fobos va per la sua. Quando MMX è più vicino a Marte, al periapside per esempio, va più veloce (modulo della velocità rispetto a Marte maggiore di quello di Fobos), supera Fobos e si allontana da Marte. Quando MMX è più distante di Fobos, passa da dietro, Fobos lo supera e MMX superato l’apoapside si riavvicina a Marte. Visto da Fobos sembra così che MMX gli stia girando intorno, quando in realtà sta percorrendo la sua orbita incurante del resto.
Se può aiutarvi, potete osservare l’orbita di un quasi satellite qualunque su Youtube, un corpo celeste che ha lo stesso periodo di rivoluzione del corpo principale, come per esempio questo con Cruithne e la Terra dal minuto 2:57
Vista in un sistema di riferimento che trasla (non ruota) con Fobos, l’orbita invece appare così:
In questa immagine Fobos è al centro e il Sole è a sinistra. Attenzione, il Sole, non Marte, è importante. Cosa ci dice questa immagine, ad esempio la prima in viola, QSO-H, con un tracciato di 16 giorni circa. Prima MMX fa un piccolo cerchio in 7,5 ore a sinistra, tra 100 e 200 km di distanza da Fobos verso il Sole. Al momento non ci importa niente di Marte.
Vuol dire che nella sua quasi orbita, MMX fa un giro completo attorno a Fobos e vede sempre la faccia illuminata dal Sole. Fobos è in blocco mareale con Marte, e punta sempre la stessa faccia a Marte. Quindi ha un ciclo di dì-notte di 7,5. Ma l’orbita speciale di MMX vedrà sempre il lato del dì di Fobos.
Man mano che passano i giorni, l’influenza gravitazione di Fobos perturba un po’ l’orbita di MMX. Dopo 16 giorni si troverà a orbitare a destra di questo grafico, e vedrà sempre il lato di notte di Fobos. Dopo 32 giorni, tornerà di nuovo a sinistra.
Questo spiega i valori che abbiamo visto nella tabella iniziale, dove per la stessa orbita erano indicati i due periodi diversi di 7,5 ore e 32 giorni.
Ci sono tante altre cose da pianificare quando si programma l’orbita di una missione così, come ad esempio il pericolo degli equinozi marziani, che comporta numerose eclissi che possono danneggiare la sonda, è tutto spiegato in dettaglio nella pubblicazione.
E Deimos? Pur chiamandosì così la missione, sarà principalmente dedicata a Fobos e Deimos sarà solo un’opportunità di osservazione. Una volta raccolti i campioni, infatti, quando MMX si allontanerà da Fobos per tornare a Terra, si piazzerà in orbite sempre più grandi fin quando ci sarà anche la possibilità di sorvolare Deimos.
Non orbiterà attorno a Deimos, ma ci passerà vicino solamente un paio di volte.
