L’esplorazione del sistema di Saturno fu concepita fin dall’inizio con l’idea di espandere le scoperte effettuate dalle missioni Voyager fornendo un’immagine del pianeta e dei suoi anelli e satelliti che fosse la più approfondita possibile e che si configurasse come una vera e propria fase di esplorazione. Doveva quindi poter consentire l’osservazione su periodi lunghi, almeno quattro anni, con una suite di strumenti la più ampia possibile e con le migliori capacità permesse dalla tecnologia disponibile ed, inoltre, doveva chiarire uno dei maggiori misteri del nostro Sistema Solare ovvero la natura stessa della superficie di Titano altrimenti del tutto ignota dai dati Voyager. Era un compito arduo ed al limite delle possibilità sia tecnologiche che programmatiche. A cominciare dal poter portare in orbita intorno a Saturno un satellite di oltre tremila chili di peso a secco e quasi sette tonnellate con i carburanti, sette metri di altezza e più di quattro di diametro, e la capacità di sopravvivere a più di sei anni di viaggio e un minimo di altri quattro di operazioni. La prima sfida fu quindi progettare di conseguenza il satellite, gli strumenti e la sonda Huygens, provarli nelle condizioni estreme. Fu quindi necessario studiare una traiettoria che, pur considerato che si usava il lanciatore più potente dell’epoca, lo potesse far arrivare fino a Saturno in un congruo numero di anni e curare che tutte le parti di cui è composta la missione fossero adeguatamente progettate per resistere alle condizioni di temperatura più estreme. Tutto questo ha consentito alla agenzie spaziali che l’anno realizzata, NASA-ESA-ASI, di arrivare con successo intorno a Saturno di operare per il tempo previsto e di poter continuare ad operare per molti altri anni, realizzando quella che è tuttora la missione spaziale di maggior successo e risonanza a livello mondiale.

Come la Terra ha un ciclo idrologico, Titano (la grande luna di Saturno) ha un ciclo di metano. Questo ciclo comprende la formazione di nubi di metano, di pioggia di metano, di torrenti e fiumi, laghi e mari di grandi dimensioni. Ma quando la missione Cassini-Huygens arrivò nel sistema di Saturno nell'estate del 2004, si sapeva solo che c'era gas metano nell'atmosfera di Titano. Quando la sonda Huygens è discesa sulla superficie di Titano nel 2005, ha fotografato una rete di canali, e poi ciottoli arrotondati sul luogo di atterraggio. Ha scoperto nubi a una quota di 7 chilometri di altezza, e vapori di metano e altri idrocarburi provenienti dalla superficie.
L'orbiter Cassini ha scoperto canali fluviali, laghi, mari, e un nubifragio diffuso.
Si spiegherà come sono stati riuniti ed esaminati tutti questi dati, al fine di comprendere il ciclo del metano e le ragioni della ricerca di una grande fonte di metano nelle profondità di Titano che ne spieghi l'odierna persistenza.

La Missione Cassini-Huygens ha rivoluzionato la nostra conoscenza del sistema di Saturno, dei suoi satelliti e dei suoi anelli. Dal momento dell’inserimento in orbita intorno a Saturno avvenuto nel Luglio 2004 la sonda con i suoi molteplici “occhi” ha osservato da vicino per noi l’atmosfera violenta di Saturno, i remoti anelli, l’aspetto multiforme della corte di satelliti ghiacciati, fornendo immagini spettacolari e svelando molti segreti del gigante gassoso. In questo intervento si racconterà come è cambiata la nostra visione del sistema di Saturno, e quanto sia importante il contributo della scienza italiana per questa straordinaria missione di esplorazione.

In termini generali, un radar è uno strumento operante nella regione spettrale delle radiofrequenze, il quale invia energia elettromagnetica nella direzione nella quale si trova il bersaglio di suo interesse; quando l’onda elettromagnetica, emessa dal trasmettitore del radar, incontra un oggetto, parte di essa viene riflessa, generando un’eco che viene raccolta dall’antenna dello strumento ed inviata al suo ricevitore. L’elaborazione dell’eco, con la determinazione e l’analisi della sua caratteristiche, permette di ricavare informazioni sull’oggetto che lo ha generato.
Poiché il radar trasmette l’energia che “illumina” il bersaglio, esso è in grado di osservare anche di notte e, poiché le onde a radiofrequenza non sono ostacolate da coperture nuvolose, esso è in grado di osservare anche in loro presenza. Si dice pertanto che il radar è uno strumento “ogni tempo”, dove tempo ha sia l’accezione meteorologica che quella oraria (in inglese: all weather all time).
All’esportazione delle tecnologie radar in ambito spaziale, nel quale era facile prevederne una quantità di interessanti applicazioni, si opponevano rilevanti limitazioni tecnologiche ed è stato pertanto soltanto nel 1978 che, dopo alcune missioni di sperimentazione tecnologica, Seasat, primo satellite dotato di strumentazione radar, veniva inviato nello spazio dagli Stati Uniti, dimostrando con i suoi risultati (anche se purtroppo con una missione di brevissima durata) le enormi potenzialità di questa nuova famiglia di sensori per l’osservazione della Terra. Successivamente la NASA inviava sensori radar anche in un paio di missioni di esplorazione dei pianeti del sistema solare.
Alla fine degli anni ’70 anche l’ESA ed alcune agenzie spaziali nazionali, tra le quali l’ASI, iniziavano attività di ricerca, sia sistemistica che tecnologica, in questo nuovo ambito, cosa che generò importanti programmi, a partire da ERS-1 per l’ESA (1991) e da X-SAR per l’ASI congiuntamente all’Agenzia Spaziale Tedesca per una missione sullo Space Shuttle in collaborazione con la NASA.
Il consolidarsi delle competenze tecniche acquisite, l’apertura alle collaborazioni internazionali e l’interesse della comunità scientifica nazionale per questo nuovo potente strumento di indagine planetaria (peraltro oggetto di dichiarato interesse nelle strategie dell’ASI) creavano le condizioni per il coinvolgimento nel radar della missione Cassini-Huygens, la cui presenza a bordo era fondamentale per l’osservazione della luna Titano attraverso la sua densa atmosfera impenetrabile nella banda spettrale del visibile. Era soltanto l’inizio di una linea di radar interplanetari che vedeva la seconda concretizzazione nel radar della missione europea Mars Express, dedicato all’osservazione sub-superficiale alla ricerca di acqua nel sottosuolo del pianeta rosso, che proseguiva con il radar della sonda interplanetaria Mars Reconnaissance Orbiter della NASA.
Le tappe principali di questo percorso, che hanno portato l’Italia a posizionarsi tra i leaders mondiali nel settore dei radar spaziali sono ripercorse nell’intervento al convegno.

Il genio dell'astronomo Cassini ci ha permesso di sviluppare un grande interesse nell'esplorazione dei pianeti più lontani del Sistema Solare. La missione Cassini e' la realizzazione dei sogni di migliaia di scienziati di tutti i tempi. Anche gli scienziati di oggi con le loro aspirazioni e con il loro lavoro mantengono vivo il desiderio di conoscenza ed esplorazione. Fra questi, Angioletta Coradini, una delle più grandi esploratrici del Sistema Solare, rappresenta un esempio luminoso di come uno scienziato deve lanciarsi sempre in avventure che sembrano impossibili. Gli strumenti di Angioletta hanno viaggiato ed ancora viaggiano in tutte le regioni del Sistema Solare svelandoci realtà inimmaginabili. Il suo esempio deve incoraggiare i giovani scienziati a portare avanti il sogno dell'esplorazione, anche umana, di quei corpi celesti, oggi raggiungibili soltanto da satelliti automatici. L'esplorazione della Luna fu figlia della guerra fredda. L'esplorazione umana del Sistema Solare sarà forse figlia della pace?

Dopo aver ricordato rapidamente le caratteristiche delle sonde Cassini ed Huygens, descritto l'eccezionale percorso fino ad oggi effettuato e illustrato quello a venire, si cercherà di valutare in termini scientifici, tecnici ed economici i risultati, già ottenuti e previsti, nel corso di una missione di ampio respiro (come Cassini-Huygens) rispetto a quelle "small, quick, chip" che caratterizzano le recenti programmazioni delle maggiori agenzie spaziali del mondo.

La Missione Cassini-Huygens, realizzata dalle agenzie spaziali di Italia, Stati Uniti, e Europa, ha come scopo lo studio di Saturno e del suo sistema di satelliti ed anelli con particolare riguardo al satellite Titano. La missione è partita nell'Ottobre 1997, e, dopo un viaggio di sette anni, l’orbiter Cassini e la sonda Huygens hanno raggiunto il sistema di Saturno nel luglio 2004 e la sonda Huygens è felicemente atterrata sulla superficie di Titano il 14 gennaio 2005. Qual è stato lo stimolo per questa missione? Quali sono le scoperte più spettacolari realizzate da questa navicella spaziale? Quali sono i prossimi passi nell'esplorazione del sistema di Saturno e di tutto il sistema solare esterno? In questo intervento si spiegherà come dall’inizio di questa grande missione di esplorazione, con la scoperta delle tempeste su Saturno, dei mari di Titano e dei geyser di Encelado, sia cambiata la nostra immagine del nostro quartiere cosmico e perché si debba continuare l'audace esplorazione del sistema solare esterno iniziata da Cassini-Huygens.

La sonda Cassini ha portato scoperte straordinarie su Saturno, le sue lune e i suoi anelli. Questo patrimonio di conoscenza, fondamentale per il futuro dell'esplorazione del sistema solare, e' ulteriormente arricchito da contributi nel campo delle leggi fondamentali della natura, in particolare delle leggi della gravità di Newton e Einstein. In una sorta di "secondo lavoro", Cassini e' stata impiegata per mettere alla prova la teoria della relatività generale di Einstein in una verifica sperimentale assai stringente. Verifica superata brillantemente anche questa volta. La ricerca di violazioni della teoria di Einstein continuerà comunque nei prossimi anni con esperimenti sempre piu' precisi, tra cui quelli della missione BepiColombo a Mercurio. Per ora, tutta la navigazione interplanetaria continua ad essere basata sull'elegante costruzione della meccanica classica e relativistica, che ha permesso a Cassini di effettuare in assoluta sicurezza incontri ravvicinati con le molte lune del sistema di Saturno, compiendo osservazioni altrimenti impossibili.