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La missione GOCE

Un progetto internazionale per la misura del campo gravitazionale e la determinazione del geoide

GOCE (Gravity field and steady–state Ocean Circulation Explorer) è una missione dedicata alla misura del campo gravitazionale terrestre e alla determinazione del geoide. Selezionata dall'ESA nel 1999 - nell’ambito dell’ESA “Living Planet Program” - la missione è la prima delle “Earth Exploration CORE missions” ed è stata lanciata il 17 marzo del 2009

 

Gli obiettivi di GOCE sono i seguenti:

- determinare le anomalie del campo di gravità con un’accuratezza di 1 mGal;
- determinare il geoide con un’accuratezza di 1-2 cm;
- raggiungere gli obiettivi sopra citati con una risoluzione spaziale migliore di 100 km.

 
La determinazione del modello globale di campo di gravità e del geoide è essenziale per la comprensione della dinamica terrestre alle grandi scale nonché per la definizione di un unico sistema di riferimento delle quote a livello mondiale; le variazioni temporali di tale campo sono precisi indicatori di fenomeni geodinamici, quale ad esempio il postglacial rebound, determinanti nella comprensione della dinamica a placche. Inoltre, la misura del campo gravitazionale, se fatta su orbita sufficientemente bassa, come nel caso di GOCE, permette l’analisi dei fenomeni geofisici su scala regionale. La determinazione del geoide mediante i dati di GOCE è essenziale sia per  scopi cartografici in zone non raggiungibili con misure a terra sia, in combinazione con le misure altimetriche, per lo studio delle correnti oceaniche e delle loro proprietà.

 

 

 

Strumentazione a bordo

 

Lo strumento principale di GOCE è un gradiometro formato da sei accelerometri, distribuiti due su ognuno dei tre assi chiusi in contenitore a temperatura costante. Lo strumento è stato progettato specificatamente per la determinazione del campo di gravità stazionario. Il segnale misurato è la differenza di accelerazione gravitazionale di alcune masse di prova situate all’interno del satellite causata dalle anomalie di gravità del campo terrestre. A bordo è inoltre presente un ricevitore GPS con 12 canali e un retroriflettore laser per il tracciamento da terra. Il satellite ha una cross section molto piccola (cira 0.9 m2) ed è totalmente simmetrico per minimizzare l’influenza delle forze non gravitazionali.  L’orbita è sunsincrona, quasi circolare, con un altitudine di circa 250 Km. La durata nominale della missione è di 20 mesi, inclusi 3 mesi per la fase di commisioning.

 

 

Il contributo italiano

 

L’Italia, ha contribuito alla costruzione del satellite, essendo Thales Alenia di Torino il prime contractor del progetto per ESA. Inoltre il Politecnico di Milano, che da decenni lavora in campo internazionale per la realizzazione di una missione europea di misura del campo di gravità, è una parte fondante del Consorzio denominato HPF (Hight Level Processing Facility) che ha il compito di trasformare il dato del satellite in stima del campo terrestre. L’ASI finanzia il progetto GOCE-ITALY, che è svolto dai gruppi di ricerca del Politecnico di Milano, Università di Milano,Università di Padova, Università di Trieste, Istituto di Oceanografia e Geofisica Sperimentale (OGS) di Trieste, Altec e Galileian Plus, e prevede l’utilizzo da parte degli scienziati italiani dei prodotti della missione per il conseguimento dei seguenti obiettivi:

 

a) La determinazione di un modello globale del campo gravitazionale terrestre e del geoide con elevata risoluzione spaziale ed elevata accuratezza, integrando il dato spaziale con quello terrestre;

b) La determinazione di modelli locali del campo gravitazionale e del geoide basati sull’integrazione di misure gravimetriche in situ con i dati di GOCE;

c) La determinazione del geoide nel Mediterraneo;

d) La determinazione delle armoniche basse del campo gravitazionale, tramite la determinazione orbitale precisa (POD) da analisi dei dati GPS, e il miglioramento del modello delle maree oceaniche;

e) Lo sviluppo di applicazioni geodinamiche, in particolare lo sviluppo di modelli di postglacial rebound (PGR) per studiarne l’effetto sul campo gravitazionale sia a scala globale che regionale;

f) Lo sviluppo di applicazioni oceanografiche, in particolare l’uso combinato del geoide derivato da GOCE, eventualmente migliorato con dati gravimetrici in situ, e misure di altimetria da satellite, al fine di misurare le correnti nel Mar Mediterraneo;

g) Lo sviluppo di applicazioni geologiche, in particolare la determinazione di un modello avanzato della crosta nel territorio italiano e lo studio di bacini sedimentari a larga scala nella crosta inferiore o nel mantello superiore.

 

La responsabilità del coordinamento del team di ricerca è stata affidata al Politecnico di Milano. Alcune attività del progetto verranno svolte direttamente dal Centro ASI di Geodesia Spaziale “Giuseppe Colombo” tra cui il calcolo di serie temporali  del geopotenziale, utilizzando i dati SLR (Satellite Laser Ranging) della rete ILRS su diversi satelliti geodetici (i.e. LAGEOS – I e –II, Starlette, Stella, Ajisai etc.), la validazione  dell’orbita e il confronto tra il geoide calcolato utilizzando i dati di GOCE con quello derivato dalle informazioni di SLR.


Il 21 ottobre 2013 la missione ha avuto termine con il completo esaurimento del suo propellente.