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New Horizons
Riepilogo

La navicella spaziale New Horizons è stata lanciata il 19 gennaio 2006, dando inizio alla sua odissea su Plutone e sulla Cintura di Kuiper. New Horizons è stata la prima missione di Plutone, che ha completato la ricognizione spaziale dei pianeti iniziata 50 anni prima. Fu anche la prima missione ad esplorare la "terza zona" recentemente scoperta del sistema solare, la regione al di là dei pianeti giganti chiamata Cintura di Kuiper.
Ma New Horizons ha cominciato molto prima del lancio, iniziando con molti anni di lavoro per progettare e proporre la missione, costruire la navicella spaziale e la sua gamma di strumenti, e pianificare le operazioni e le osservazioni scientifiche che avrebbero messo a fuoco questi nuovi mondi per la prima volta. Il sorvolo di Plutone, il 14 luglio 2015, è stato un successo clamoroso, e New Horizons ha inviato dati a casa che hanno portato a profonde nuove intuizioni su Plutone e le sue lune. Questi dati continueranno ad essere analizzati per molti anni a venire.
New Horizons continua ora il suo impareggiabile viaggio di esplorazione con il sorvolo ravvicinato di un oggetto della fascia di Kuiper chiamato 2014 MU69 - soprannominato Ultima Thule - il 1 ° gennaio 2019.
La fascia di Kuiper è una frontiera scientificamente ricca. La sua esplorazione ha implicazioni importanti per una migliore comprensione delle comete, dei piccoli pianeti, del sistema solare nel suo insieme, della nebulosa solare e dei dischi attorno ad altre stelle. È un laboratorio per studiare materiale primitivo ben conservato dall'era della formazione planetaria 4,5 miliardi di anni fa.
New Horizon affronterà Ultima Thule tre volte più vicino di quanto non sia venuto a Plutone, ottenendo immagini ancora più dettagliate e altri tipi di dati. Il veicolo spaziale otterrà le prime mappe geologiche e composizionali ad alta risoluzione di un piccolo oggetto della fascia di Kuiper (KBO), mentre effettuerà ricerche sensibili per l'attività atmosferica, i satelliti e gli anelli.
La Missione estesa della Cintura Kuiper di New Horizons, tuttavia, è molto più che il sorvolo ravvicinato di Ultima Thule. La missione sfrutta anche le capacità uniche di New Horizons come piattaforma di osservazione nella fascia di Kuiper per studiare dozzine di altri KBO in più modi che non possono essere fatti dalla Terra. New Horizons realizzerà anche misure pionieristiche della polvere e dell'ambiente al plasma eliosferico attraverso la fascia di Kuiper.

Il viaggio
L'Inizio: i primi 13 mesi hanno compreso verifiche agli strumenti e al veicolo spaziale, calibrazioni, piccole manovre di correzione della traiettoria e prove tecniche per l'incontro con Giove. New Horizons ha superato l'orbita di Marte il 7 aprile 2006 e ha rintracciato un piccolo asteroide, in seguito denominato "APL", nel giugno 2006.

L'incontro con Giove: l'approccio più ravvicinato si è verificato il 28 febbraio 2007. Spostandosi a circa 51.000 miglia all'ora (circa 23 chilometri al secondo), New Horizons ha volato circa tre o quattro volte più vicino a Giove rispetto alla sonda Cassini, arrivando a 1,4 milioni di miglia (2,3 milioni di chilometri ) del grande pianeta.

La Crociera interplanetaria: le attività durante la crociera di circa otto anni verso Plutone hanno compreso verifiche annuali del veicolo spaziale e della strumentazione, correzioni della traiettoria, calibrazioni e prove per l'incontro con Plutone.

Durante la crociera, New Horizons ha anche attraversato le orbite di Saturno (8 giugno 2008), Urano (18 marzo 2011) e Nettuno (25 agosto 2014).

Arrivo al sistema di Plutone
Nel gennaio 2015, New Horizons è entrato nella prima di diverse fasi di avvicinamento culminate con il primo sorvolo ravvicinato di Plutone il 14 luglio 2015. Nel punto più vicino la sonda è arrivata a circa 12.500 da Plutone e circa 28.800 chilometri dalla sua luna più grande, Caronte.

Oltre Plutone: possibilità della cintura di Kuiper
New Horizons è stato progettato per volare oltre il sistema Plutone ed esplorare ulteriori oggetti della fascia di Kuiper. New Horizons trasporta idraziona come carburante extra per un sorvolo di un oggetto KBO; il suo sistema di comunicazione può funzionare oltre Plutone e i suoi strumenti scientifici possono funzionare con livelli di luce ben inferiori al quella riflessa da Plutone.
Il team di New Horizons ha dovuto effettuare una ricerca specifica sui piccoli oggetti KBO che il veicolo spaziale avrebbe potuto raggiungere che nei primi anni 2000 non erano ancora stati scoperti. La National Academy of Sciences ha indicato a New Horizons alcuni oggetti KBO tra 20 e 50 chilometri di diametro che hanno maggiori probabilità di essere corpi primitivi e meno formati rispetto a pianeti come Plutone.
Nel 2014, utilizzando il telescopio spaziale Hubble, i membri del team scientifico di New Horizons hanno scoperto tre KBO, tutti nell'intervallo compreso tra 20 e 55 chilometri, e tutti con possibili date di passaggio al volo nel 2018 o 2019 - un miliardo di miglia oltre Plutone.
Nell'estate 2015, dopo il sorvolo di Plutone, il team di New Horizons ha lavorato per scegliere il migliore fra tre candidati e ha optato per un piccolo oggetto KBO noto come MU69 2014 (ora soprannominato Ultima Thule) che orbita attorno a Plutone a circa un miliardo di miglia di distanza. Nell'autunno 2015 gli operatori hanno attivato i motori a bordo di New Horizons - al momento ottimale per ridurre al minimo il carburante necessario per raggiungere l'obiettivo selezionato - per iniziare il viaggio.
Tutte le missioni della NASA che cercano di effettuare più esplorazioni oltre i loro obiettivi principali presentano una proposta alla NASA per finanziare un'estensione della missione; l'agenzia l'ha approvata per New Horizons nel luglio 2016.

Specifiche Tecniche

Progettato e integrato presso l'Applied Physics Laboratory (APL) della Johns Hopkins University a Laurel, nel Maryland - con il contributo di aziende e istituzioni negli Stati Uniti e all'estero - la sonda New Horizons è un osservatorio robusto e leggero che ha resistito al lungo e difficile viaggio dalla piattaforma di lancio sulla Terra alle frontiere più fredde e più oscure del sistema solare. Il carico di strumentazioni scientifiche di New Horizons è stato sviluppato sotto la direzione del Southwest Research Institute (SwRI), con il contributo dello SwRI, dell'APL, del Goddard Space Flight Center della NASA, dell'Università del Colorado, della Stanford University e della Ball Aerospace Corporation. Completamente alimentato, l'agile sonda da piano ha pesato 478 chilogrammi (1.054 libbre) al momento del lancio. Progettato per funzionare con una fonte di energia limitata - un singolo generatore termoelettrico radioisotopo (RTG) - New Horizons ha bisogno di meno energia di un paio di lampadine da 100 watt per svolgere la sua missione.
In media, ciascuno dei sette strumenti scientifici utilizza tra 2 e 10 watt - circa la potenza di una luce notturna - quando acceso. Gli strumenti inviano i dati ai due banchi di memoria a stato solido integrati, in cui i dati vengono registrati prima della successiva riproduzione sulla Terra. Durante le normali operazioni, il veicolo spaziale comunica con la Terra attraverso l'antenna ad alto guadagno larga 2,1 metri (83 pollici). Le antenne più piccole forniscono comunicazioni di backup. Quando il veicolo spaziale era in letargo per lunghi tratti del suo viaggio, il suo computer era programmato per monitorare i suoi sistemi e riportare il suo stato sulla Terra con un segnale a bassa energia appositamente codificato.
Il design simile a un "thermos" di New Horizons consente di trattenere il calore e mantenere la navicella che opera a temperatura ambiente senza grandi riscaldatori. Oltre a coperture protettive su cinque strumenti che sono stati aperti poco dopo il lancio e una piccola copertura protettiva aperta dopo l'incontro con Giove, New Horizons non utilizza ulteriori meccanismi dispiegabili o piattaforme di scansione. Dispone di dispositivi di backup per tutti i principali dispositivi elettronici, delle telecamere di navigazione e dei registratori di dati.
New Horizons utilizza un controllo di assetto a Stabilizzazione di Spin durante la navigazione tra i pianeti, e anche in una modalità di "puntamento" a tre assi che consente di puntare gli strumenti durante le calibrazioni e gli incontri planetari (come il sorvolo di Giove e di Plutone). I piccoli propulsori nel sistema di propulsione gestiscono le correzioni di puntamento, rotazione e rotta. Il veicolo spaziale naviga usando il giroscopio di bordo, il sistema di puntamento delle stelle e i sensori solari. La parabola ad alto guadagno dell'astronave è collegata a un'elettronica avanzata e modellata per ricevere anche i più deboli segnali radio da casa (una necessità primaria quando l'obiettivo della missione si trova a più di 3 miliardi di miglia dalla Terra e la luce impiega più di quattro ore e mezza per raggiungere la navicella spaziale!).

Struttura
La struttura principale di New Horizons comprende un cilindro centrale in alluminio che sostiene i pannelli della carrozzeria della nave spaziale, l'interfaccia tra la nave spaziale e la sua sorgente di energia RTG e ospita il serbatoio del propellente. E' servita anche come raccordo dell'adattatore del acrico collega il veicolo spaziale al veicolo di lancio.
Mantenendo la massa verso il basso, i pannelli che circondano il cilindro centrale sono caratterizzati da un'anima a nido d'ape in alluminio con fogli in alluminio ultrasottile (spesso quanto due pezzi di carta). Per mantenerlo perfettamente bilanciato per le operazioni di filatura il veicolo spaziale è stato pesato e quindi bilanciato con pesi aggiuntivi appena prima del montaggio sul veicolo di lancio.

Comando e gestione dei dati
Il sistema di comando e gestione dei dati - un processore da 12 megahertz Mongoose V guidato da un complesso software di volo - è il "cervello" della sonda. Il processore distribuisce i comandi operativi a ciascun sottosistema, raccoglie ed elabora i dati degli strumenti e le sequenze di informazioni inviate a Terra. Inoltre esegue algoritmi avanzati di "autonomia" che consentono al veicolo spaziale di controllare lo stato di ciascun sistema e, se necessario, correggere eventuali problemi, passare ai sistemi di backup o contattare gli operatori sulla Terra per ricevere istruzioni.
Per l'archiviazione dei dati New Horizons dispone di due registratori a stato solido a bassa potenza (di cui uno è un backup) che possono contenere fino a 8 gigabyte ciascuno. Il processore principale raccoglie, comprime, riformatta, ordina e memorizza i dati scientifici e di telemetria sul registratore - simile a una scheda di memoria flash per una fotocamera digitale - per la trasmissione al Terra attraverso il sottosistema di telecomunicazioni.
Il sistema di Comando e Gestione dei Dati è contenuto in un modulo elettronico integrato che contiene anche un computer di guida, il sistema di comunicazione e parte dello strumento REX.

Controlli Termici
New Horizons è progettato per trattenere il calore come una thermos. La navicella spaziale è rivestita in un leggero isolante termico multistrato color oro - come una coperta da campeggio - che trattiene il calore dell'elettronica operativa per mantenere calda la navicella spaziale. Il calore dell'elettronica ha mantenuto il veicolo spaziale operativo tra i 10 e i 30 gradi Celsius durante il viaggio.
Il sofisticato sistema di riscaldamento automatizzato di New Horizons monitora i livelli di potenza all'interno del motore per garantire che l'elettronica funzioni con un wattaggio sufficiente a mantenere temperature sicure. Qualsiasi calo al di sotto di tale livello operativo (circa 150 watt) attiverà i piccoli riscaldatori per compensare la differenza. Quando la nave spaziale si trovava più vicina alla Terra e al Sole le feritoie (essenzialmente delle bocchette di calore) sono state aperte quando le temperature interne sono risultate troppo elevate.
Il rivestimento termico - 18 strati di tessuto in fibra di Dacron inseriti tra film di Mylar e Kapton alluminato - consente inoltre una protezione dai micrometeoriti.

Propulsione
Il sistema di propulsione su New Horizons viene utilizzato per le correzioni di rotta e per puntare il veicolo spaziale. Non serve ad aumentare la sua velocità perchè ciò è stato fatto sia dal veicolo di lancio che dalla fionda gravitazionale con Giove. Però è utile per piccole correzioni sulla traiettoria di volo e leggere modifiche alla velocità per assicurarsi che New Horizons arrivi nel punto dove può fare le osservazioni migliori. Ad esempio, dopo l'incontro con Pluto, la sua traiettoria verso Ultima Thule è stata lievemente modificata.
Il sistema di propulsione New Horizons comprende 16 piccoli propulsori a propellente di idrazina montati sulla navicella spaziale in otto punti, un serbatoio di carburante e il relativo impianto idraulico di distribuzione. Quattro di questi propulsori, ciascuno dei quali fornisce 4,4 Newton (1 libbra) di forza, vengono usati per correzioni di rotta. Gli operatori impiegano anche 12 propulsori più piccoli, ognuno dei quali fornisce 0,8 Newton (circa 3 once) di spinta ciascuno per puntare, far ruotare e far girare la navicella. Otto dei 16 propulsori a bordo di New Horizons sono considerati il ​​set principale; gli altri otto comprendono il set di backup (ridondante).
Al momento del lancio il veicolo spaziale trasportava 77 chilogrammi di idrazina, immagazzinati in un serbatoio di titanio leggero. Il gas elio spinge poi il carburante attraverso il sistema verso i propulsori. Con l'aiuto gravitazionale di Giove e il progetto della missione che ha scelto di effettuare i sorvoli di Plutone e Ultima Thule (anziché le entrate in orbita) la quantità di propellente necessario per la missione è stata enormemente ridotta.

Guida e Controllo
New Horizons deve essere orientato con precisione per poter raccogliere dati con i suoi strumenti scientifici, comunicare con la Terra e manovrare nello spazio.
La determinazione dell'assetto - come sapere in quale direzione New Horizon deve essere rivolto - viene eseguita utilizzando fotocamere a rilevamento stellare, l'unità di misurazione inerziale (IMU) (contenenti giroscopi e accelerometri sofisticati che misurano la rotazione e il movimento orizzontale / verticale) e sensori solari digitali. Il controllo dell'assetto per la navicella spaziale, sia in modalità di puntamento fissa a tre assi che in modalità a Stabilizzazione di Spin, viene realizzato utilizzando i propulsori.
Le IMU e i sensori stellari forniscono informazioni posizionali costanti al processore di guida e controllo della sonda, che come il processore di Comando e Gestione dei Dati è un Mongoose V 12. New Horizons ha due copie di ciascuna di queste unità per la ridondanza. Le telecamere dei sensori stellari memorizzano una mappa di circa 3.000 stelle; 10 volte al secondo una delle telecamere scatta un'immagine grandangolare dello spazio, confronta le posizioni delle stelle con la sua mappa integrata e calcola l'orientamento del veicolo spaziale. L'IMU misura le velocità angolari di veicoli spaziali 100 volte al secondo. Se i dati mostrano che New Horizons è al di fuori di una posizione predeterminata i piccoli propulsori di idrazina si attivano per riorientare la navicella. I sensori solari eseguono le attività come backup ai sensori stellari: avrebbero diretto New Horizons verso il Sole (con la Terra vicina) se gli altri sensori non fossero riusciti a funzionare per un'emergenza.
Gli operatori utilizzano i propulsori per manovrare il veicolo spaziale che non possiede ruote di reazione. I suoi propulsori più piccoli sono utilizzati per il puntamento di precisione; i propulsori che sono circa cinque volte più potenti vengono usati durante le manovre del percorso di traiettoria che guidano New Horizons verso i suoi obiettivi. New Horizons gira - tipicamente a 5 giri al minuto (RPM) - durante le manovre di correzione della traiettoria e lunghi contatti radio con la Terra, e mentre "iberna" durante i lunghi periodi di crociera. Gli operatori sono fermi e puntano il veicolo spaziale durante le osservazioni scientifiche e le verifiche degli strumenti.

Comunicazioni
Il sistema di comunicazione X-band di New Horizons fornisce il collegamento alla Terra restituendo dati scientifici, scambiando comandi e informazioni sullo stato e consentendo un preciso tracciamento radiometrico attraverso la rete DSN delle antenne.
Il sistema include due antenne a fascio largo, a basso guadagno, su lati opposti del veicolo spaziale, che sono state utilizzate nelle prime fasi della missione per le comunicazioni vicino alla Terra; così come un'antenna parabolica a guadagno medio con diametro di 30 centimetri (12 pollici) e un'antenna parabolica ad alto guadagno con diametro di 2,1 metri (83 pollici). Il gruppo di antenne sul ponte superiore della navicella è costituito dalle antenne a guadagno basso, alto, medio e avanzato; questo design impilato offre un chiaro campo visivo per l'antenna a basso guadagno e il supporto strutturale per i piatti ad alto e medio guadagno. Gli operatori puntano le antenne ruotando la navicella verso la Terra. Il raggio ad alto guadagno è largo solo 0,3 gradi, quindi deve puntare direttamente sulla Terra. Il fascio più largo a guadagno medio (4 gradi) viene utilizzato in condizioni in cui il puntamento potrebbe non essere accurato. Tutte le antenne hanno alimentazioni di polarizzazione circolare destra e sinistra.
Le velocità dei dati dipendono dalla distanza del veicolo spaziale, dalla potenza utilizzata per inviare i dati e dalla dimensione dell'antenna sul terreno. Per la maggior parte della missione New Horizons ha utilizzato l'antenna ad alto guadagno per scambiare dati con le antenne più grandi della Deep Space Network, di 70 metri di diametro. Anche a Ultima Thule, poiché New Horizons si troverà a più di 4 miliardi di miglia dalla Terra e i segnali radio impiegheranno più di sei ore per raggiungere il veicolo spaziale, potranno inviare informazioni a circa 1.000 bit al secondo e saranno necessari 20 mesi per inviare alla Terra il set completo dei dati scientifici del sorvolo di Ultima Thule.
New Horizons sta utilizzando il ricevitore digitale più avanzato mai utilizzato per le comunicazioni nello spazio profondo. I progressi raggiunti includono la rigenerazione del segnale e la bassa potenza energetica: il ricevitore consuma il 66% in meno di energia rispetto ai precedenti ricevitori deep-space. Anche il Radio Science Experiment (REX) che ha esaminato l'atmosfera di Plutone è integrato nel sottosistema di comunicazione.
L'intero sistema di telecomunicazione di New Horizons è ridondante, tranne la struttura dell'antenna ad alto guadagno tutte le altre componenti hanno un'unità di backup.

Rigenerazione
New Horizons è la prima missione che utilizza un sistema di rigenerazione per tracciare la distanza tra il veicolo spaziale e la Terra. Quando una navicella è lontana da casa il segnale inviato da Terra per misurare la distanza risulta debole (o tecnicamente "rumoroso") nel momento in cui raggiunge il sistema di comunicazione della nave spaziale. Normalmente il veicolo spaziale in risposta amplifica e invia il segnale rumoroso alla Terra aggiungendo altri errori alla misurazione della distanza. Ma ora l'elettronica avanzata della sonda traccia e "rigenera" il segnale eliminando il rumore. In questo modo la stazione sulla Terra riceve un segnale molto più chiaro, dando a navigatori e operatori un valore più preciso della distanza della nave spaziale e migliorando la loro capacità di guidare New Horizons attraverso il sistema solare.

Potenza
L'energia elettrica di New Horizons proviene da un singolo generatore termoelettrico radioisotopo (RTG). L'RTG fornisce energia attraverso il naturale decadimento radioattivo del combustibile al biossido di plutonio, che genera un'enorme quantità di calore. A differenza di un normale reattore, il plutonio 238 utilizzato nell'RTG non può subire una reazione a catena. Ma il suo normale tasso di decadimento è abbastanza alto (cioè, la sua emivita è abbastanza breve) da rilasciare sempre calore ad alta velocità. Quel calore viene convertito direttamente in energia elettrica tramite termocoppie.
L'RTG New Horizons, fornito dal Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti, trasporta circa 11 chilogrammi (24 libbre) di biossido di plutonio. I sistemi di bordo gestiscono il consumo energetico del veicolo spaziale in modo che non superi l'uscita costante dall'RTG, che è diminuita di circa 3,5 watt l'anno dal lancio.
Tipico dei sistemi basati su RTG, come nelle passate missioni del pianeta esterno, New Horizons non ha una batteria per immagazzinare energia.
All'inizio della missione, l'RTG ha fornito circa 245 watt (a 30 volt di corrente continua) - l'unità di regolazione dello shunt della sonda mantiene un input costante dall'RTG e dissipa l'energia che la navicella non può utilizzare in un dato momento. Entro gennaio 2019 (quando New Horizons sorvolerà Ultima Thule) tale rifornimento si ridurrà a circa 190 watt alla stessa tensione, quindi New Horizons abbasserà il consumo della sua limitata fonte di energia utilizzando a rotazione gli strumenti scientifici durante il sorvolo.
L'unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) completamente ridondante della nave spaziale - con 96 connettori e oltre 3.200 fili - sposta efficacemente la potenza attraverso i sistemi vitali e gli strumenti scientifici della nave spaziale.

Carico Scientifico

Il carico scientifico di New Horizons è composto da sette strumenti: tre strumenti ottici, due strumenti al plasma, un sensore di polvere e un ricevitore / radiometro per le scienze radio. Questo carico utile è stato progettato per investigare la geologia globale, la composizione della superficie e la temperatura, e la pressione atmosferica, la temperatura e la velocità di fuga di Plutone e delle sue lune.
Lo stesso carico utile viene ora utilizzato per esplorare Ultima Thule, l'oggetto più distante mai puntato per un sorvolo.
Il carico utile è incredibilmente efficiente dal punto di vista energetico - con gli strumenti che assorbono complessivamente meno di 28 watt - e rappresenta un grado di miniaturizzazione che non ha precedenti nell'esplorazione planetaria. Gli strumenti sono stati progettati specificamente per gestire condizioni di freddo e bassi livelli di luce nella Fascia di Kuiper.


Alice
MASSA: 4,5 chilogrammi
POTENZA MEDIA: 4.4 watt
SVILUPPATORE: Southwest Research Institute
OBIETTIVO: Studio composizione atmosferica e struttura
Alice è uno spettrometro a raggi ultravioletti sensibile progettato per sondare la composizione e la struttura dell'atmosfera di Plutone. Quando uno spettrometro separa la luce nelle sue lunghezze d'onda costitutive (come un prisma), uno "spettrometro di imaging" separa entrambe le diverse lunghezze d'onda della luce e produce un'immagine del bersaglio a ciascuna lunghezza d'onda. La gamma spettroscopica di Alice si estende lungo le lunghezze d'onda ultraviolette da circa 500 a 1.800 Angstrom. Lo strumento ha rilevato una varietà di sostanze chimiche importanti nell'atmosfera di Plutone e ne ha determinato l'abbondanza relativa, dando agli scienziati la prima immagine completa della composizione atmosferica di Plutone. Alice ha stabilito i limiti più stretti sulla densità massima di qualsiasi ionosfera attorno a Plutone e su quella di qualsiasi atmosfera intorno alla più grande luna di Plutone, Caronte. Inoltre ricercherà qualsiasi atmosfera o esosfera presenti intorno a Ultima Thule.
Alice è costituito da un telescopio compatto, uno spettrografo e un rilevatore elettronico sensibile con 1.024 canali spettrali in ciascuna delle 32 posizioni spaziali separate nel suo lungo campo visivo rettangolare. Alice ha due modalità operative: una modalità "airglow" che misura le emissioni ultraviolette dai componenti atmosferici e una modalità "occultazione", in cui vede il Sole o una stella luminosa attraverso l'atmosfera e rileva i componenti atmosferici in base alla quantità di luce solare che assorbono . L'assorbimento della luce solare da parte dell'atmosfera a Plutone (o Ultima Thule, se ne ha una) si presentava come caratteristici "tuffi" e "bordi" nella parte ultravioletta dello spettro di luce che Alice misurava. Questa tecnica è un metodo efficace per misurare anche tracce di gas atmosferico.
Una versione di prima generazione di Alice di New Horizons (più piccola e un po 'meno sofisticata) è volata a bordo della sonda spaziale Rosetta dell'Agenzia spaziale europea, utilizzata per esplorare l'atmosfera in fuga e la superficie complessa di una cometa. Versioni successive sono in volo o programmate per volare a bordo del Lunar Reconaissance Orbiter, Juno, Juice ed Europa Clipper.

Ralph
MASSA: 10,3 chilogrammi
POTENZA MEDIA: 6,3 watt
SVILUPPATORE: Ball Aerospace Corporation, NASA Goddard Space Flight Center, Southwest Research Institute
OBIETTIVO: Studio geologia e morfologia superficiale, ottenere mappe della composizione della superficie e della temperatura superficiale.
Ralph è il principale "occhio" di New Horizons ed è incaricato di creare le mappe che mostrano come appaiono Plutone, le sue lune e altri oggetti della Fascia di Kuiper. (Lo strumento è così chiamato perché è accoppiato con lo spettrometro ultravioletto di Alice nel pacchetto di rilevamento a distanza di New Horizons - un riferimento noto ai fan del programma televisivo "The Honeymooners".)
Ralph è costituito da tre immagini pancromatiche (in bianco e nero) e quattro colori nella sua MVS (Multispectral Visible Imaging Camera) e da uno spettrometro di mappatura a infrarossi chiamato LISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array). LEISA è uno spettrometro a infrarossi a lunghezza d'onda corta miniaturizzato (1,25-2,50 micron) avanzato fornito da scienziati del Goddard Space Flight Center della NASA. MVIC opera su banda passante da 0,4 a 0,95 micron. La suite di otto rivelatori di Ralph - sette dispositivi con accoppiamento di carica (CCD) come quelli presenti in una fotocamera digitale e un singolo rivelatore a matrice infrarossa - sono alimentati da un singolo telescopio ingranditore sensibile con una risoluzione più di 10 volte migliore dell'occhio umano posso vedere. L'intero pacchetto funziona con meno della metà della potenza di una lampadina dell'apparecchio.
Ralph ha ripreso le immagini ad una frequenza crescente man mano che New Horizons si avvicinava a Plutone e poi ha guardato indietro al sistema binario. Le immagini MVIC hanno aiutato gli scienziati a mappare la superficie (sia in bianco e nero che a colori) con una risoluzione ottimale di circa 250m per pixel, creare immagini stereo per determinare la topografia superficiale e perfezionare i raggi e le orbite di Plutone e delle sue lune. Con lo strumento LORRI ha individuato nuvole ed elementi nell'atmosfera di Plutone e ha cercato anelli e satelliti aggiuntivi attorno al pianeta. Ha anche ottenuto immagini del lato coperto di Plutone, illuminato dalla luce riflessa di Caronte. Allo stesso tempo LEISA ha mappato le quantità di azoto, metano, monossido di carbonio e acqua ghiacciata e altri materiali, inclusi composti organici, sulle superfici illuminate di Plutone e delle sue lune.
Ha permesso inoltre agli scienziati di mappare le temperature superficiali attraverso Plutone e Caronte rilevando le caratteristiche spettrali dell'azoto congelato, dell'acqua e del monossido di carbonio.

Radio Science Experiment (REX)
MASSA: 100 grammi
POTENZA MEDIA: 2,1 watt
SVILUPPATORE: Laboratorio di fisica applicata dell'Università Johns Hopkins, Stanford University
OBIETTIVO: misurare la temperatura e la pressione atmosferica (fino alla superficie); misurare la densità della ionosfera; ricerca di atmosfere attorno a Charon e altri KBO
REX consiste solo di un piccolo circuito stampato contenente un'elettronica sofisticata per l'elaborazione dei segnali integrata nel sistema di telecomunicazioni di New Horizons. Poiché il sistema di telecomunicazioni è ridondante all'interno di New Horizons, il veicolo spaziale trasporta due copie di REX. Entrambe possono essere utilizzate contemporaneamente per migliorare il ritorno dei dati dell'esperimento di Radioscienza.
REX ha usato una tecnica di occultazione per sondare l'atmosfera di Plutone e per cercare un'atmosfera attorno a Caronte. Dopo che New Horizons ha sorvolato Plutone, la sua antenna a piatto da 2,1 metri (83 pollici) ha puntato verso la Terra. Sulla Terra potenti trasmettitori delle più grandi antenne Deep Space Network della NASA hanno trasmesso segnali radio al veicolo spaziale mentre passava dietro a Plutone. Le onde radio si sono così piegate in base al peso molecolare medio del gas nell'atmosfera e alla temperatura atmosferica.
Le missioni spaziali tipicamente conducono questo tipo di esperimento inviando un segnale dalla nave spaziale attraverso l'atmosfera di un pianeta e di nuovo sulla Terra (che prende il nome di "radio downlink".) New Horizons è stato il primo a usare un segnale dalla Terra - dato che il veicolo spaziale era così lontano da casa e si muoveva così rapidamente oltre Plutone e Caronte che solo una grande antenna a terra poteva fornire un segnale abbastanza forte - e questa nuova tecnica, chiamata "radio uplink", rappresenta un importante passo avanti rispetto alle precedenti missioni Gli scienziati hanno usato i dati di REX per ricavare misurazioni della temperatura diurne e notturne accurate a livello globale. Inoltre, usando REX per tracciare lievi cambiamenti nel percorso della nave spaziale, gli scienziati hanno misurato le masse di Plutone e Caronte. Calcolando la lunghezza delle occultazioni radio di Plutone e Caronte, REX ha prodotto anche misurazioni dei raggi dei pianeti più accurate.

Long Range Reconnaissance Imager (LORRI)
MASSA: 8.8 chilogrammi
POTENZA MEDIA: 5,8 watt
SVILUPPO: Laboratorio di fisica applicata dell'Università Johns Hopkins
OBIETTIVO: studiare la geologia; fornire un approccio ad alta risoluzione e immagini del sorvolo ad alta risoluzione.
LORRI, l'occhio di falco di New Horizons, è un imager ad alto ingrandimento pancromatico, costituito da un telescopio con un'apertura di 20,8 centimetri (8,2 pollici) che focalizza la luce visibile su un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD). È essenzialmente una fotocamera digitale con un grande telescopio teleobiettivo - solo fortificato per operare nei dintorni freddi e ostili vicino a Plutone e oltre.
Durante l'incontro le immagini di LORRI sono state il primo pacchetto scientifico del sistema di Plutone a partire circa 180 giorni prima del sorvolo. Plutone e le sue lune erano ancora poco più di punti luminosi ma queste viste a livello di sistema hanno aiutato i navigatori a mantenere la navicella in rotta e gli scienziati a perfezionare i loro calcoli orbitali su Plutone e le sue lune. Circa 60 giorni prima dell'approccio più vicino, verso la metà di maggio 2015, le immagini LORRI hanno iniziato a superare la risoluzione della qualità di Hubble, fornendo ogni giorno dettagli mai visti prima. All'approccio più vicino, LORRI ha esaminato alcune sezioni della superficie di Plutone illuminata dal Sole alla risoluzione delle dimensioni di un campo da calcio, mostrando le caratteristiche a circa 50 metri di diametro.
Questa gamma di immagini ha fornito agli scienziati uno sguardo senza precedenti sulla geologia di Plutone e delle sue lune, compreso il numero e la dimensione dei crateri su ciascuna superficie, rivelando la storia di impatto di oggetti in quella regione lontana. LORRI ha anche fornito importanti informazioni sulla storia della superficie di Plutone, ha cercato attività come i geyser su quella superficie e nebbie nell'atmosfera di Plutone. LORRI fornirà le immagini a più alta risoluzione e sensibilità di molti oggetti della fascia di Kuiper quando New Horizons li raggiungerà durante l'estensione della missione.
LORRI non possiede filtri di colore o parti mobili: gli operatori scattano le immagini puntando il lato della navicella su cui è posizionato LORRI direttamente sul bersaglio. L'innovativa costruzione in carburo di silicio dello strumento mantiene i suoi specchi focalizzati attraverso i cali di temperatura estremi che New Horizons ha sperimentato attraverso la fascia di Kuiper.

Solar Wind Around Pluto (SWAP)
MASSA: 3,3 chilogrammi
POTENZA MEDIA: 2,3 watt
SVILUPPO: Southwest Research Institute
OBIETTIVO: Studio interazioni vento solare e fuga atmosferica
Lo strumento SWAP misurerà le interazioni di Plutone con il vento solare - il flusso di particelle cariche veloci che fluiscono dal Sole. L'incredibile distanza di Plutone dal Sole richiedeva al team SWAP di costruire lo strumento a maggiore apertura mai usato per misurare il vento solare.
I gas atmosferici che sfuggono alla debole gravità di Plutone lasciano il pianeta come atomi e molecole neutre. Questi atomi e molecole sono ionizzati dalla luce solare ultravioletta (simile all'atmosfera superiore della Terra e alla ionosfera). Una volta caricati elettricamente, gli ioni e gli elettroni vengono "sollevati" e trasportati dal vento solare. Nel processo, questi "ioni pickup" guadagnano energia sostanziale (migliaia di elettron-volt). Questa energia proviene dal vento solare, che viene di conseguenza rallentato e deviato attorno a Plutone. SWAP misura interazioni a bassa energia, come quelle causate dal vento solare. Misurando il modo in cui il vento solare è perturbato dall'interazione con l'atmosfera di fuga di Plutone, lo SWAP ha contribuito a determinare il tasso di fuga del materiale atmosferico da Plutone.
Al vertice della sua gamma di energia, SWAP può rilevare alcuni "ioni pickup" (fino a 6,5 ​​kiloelettronvolt). SWAP combina un analizzatore di potenziale ritardante (RPA) con un analizzatore elettrostatico (ESA) per consentire misurazioni energetiche estremamente precise e accurate del vento solare, consentendo a New Horizons di misurare i cambiamenti minuscoli nella velocità del vento solare. La quantità di atmosfera di Plutone che sfugge nello spazio fornisce importanti approfondimenti sulla struttura e sul destino dell'atmosfera stessa.

Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI)
MASSA: 1,5 chilogrammi
POTENZA MEDIA: 2,5 watt
SVILUPPO: Laboratorio di fisica applicata dell'Università Johns Hopkins
OBIETTIVO: Studiare la densità, la composizione e la natura delle particelle e dei plasmi energetici derivanti dalla fuga dell'atmosfera di Plutone
PEPSSI, lo spettrometro di particelle energetiche direzionale più compatto e di più bassa potenza lanciato su una missione spaziale, ha cercato atomi neutri che sfuggono all'atmosfera di Plutone e si caricano della loro interazione con il vento solare. Rileva il materiale che fuoriesce dall'atmosfera di Plutone (come l'azoto molecolare, il monossido di carbonio e il metano), che si rompe in ioni ed elettroni dopo aver assorbito la luce ultravioletta del Sole, e scorre lontano da Plutone tramite gli "ioni pick-up" trasportati dal vento solare .
Usando i dati PEPSSI per contare le particelle, e conoscendo la distanza di New Horizons da Plutone in un dato momento, gli scienziati saranno in grado di dire quanto velocemente l'atmosfera del pianeta stia fuggendo e ottenere nuove informazioni sulla sua composizione.
PEPSSI è un classico strumento a "tempo di volo": le particelle entrano nel rivelatore e scaricano altre particelle (elettroni) da una lamina sottile; successivamente si comprimono verso un altro foglio prima di colpire un rilevatore a stato solido. Lo strumento registra il tempo che intercorre tra la collisione dei due fogli per indicare la velocità della particella (misurandone la massa) e calcola la sua energia totale quando raggiunge il rilevatore a stato solido. Da questo gli scienziati possono determinare la composizione di ciascuna particella. PEPSSI è in grado di misurare particelle energetiche fino a 1.000 kiloelettronvolt (keV) molte volte più energetiche di quanto possa misurare lo SWAP. Insieme i due strumenti costituiscono una potente combinazione per lo studio del sistema Plutone.

Venetia Burney Student Dust Counter (SDC)
MASSA: 1,9 chilogrammi
POTENZA MEDIA: 5 watt
SVILUPPO: Laboratorio di fisica atmosferica e spaziale, Università del Colorado a Boulder
SCOPO: misurare la concentrazione di particelle di polvere nel sistema solare esterno
Progettato e realizzato dagli studenti dell'Università del Colorado a Boulder, la DSC rileva grani di polvere microscopici prodotti da collisioni tra asteroidi, comete e persino oggetti della cintura di Kuiper durante il lungo viaggio di New Horizons. Ufficialmente un progetto della New Horizons Education and Public Outreach, la SDC è il primo strumento scientifico su una missione planetaria della NASA progettata, costruita e seguita dagli studenti. La SDC conta e misura le dimensioni delle particelle di polvere, producendo informazioni sui tassi di collisione di tali corpi nel sistema solare esterno. Su Plutone la SDC è stata anche utilizzata per cercare la polvere che potrebbe essere generata da collisioni di piccoli oggetti sulle lune di Plutone.
Lo strumento include due pezzi principali: un gruppo rivelatore da 18 x 12 pollici, che è montato all'esterno del veicolo spaziale ed esposto alle particelle di polvere; e una scatola elettronica all'interno della navicella che, quando si verifica un colpo sul rivelatore, decifra i dati e determina la massa e la velocità della particella. Poiché nessun rivelatore di polvere ha mai operato oltre le 18 unità astronomiche dal Sole (circa 1,7 miliardi di miglia, la distanza da Urano al Sole), i dati della SDC stanno fornendo agli scienziati uno sguardo senza precedenti sulle fonti e sul trasporto di polvere nel sistema solare.
Con il supporto delle Facoltà, gli studenti dell'Università del Colorado hanno distribuito e archiviato i dati dallo strumento e hanno portato i risultati e le esperienze nelle aule di tutti i gradi.
Nel giugno 2006 lo strumento è stato dedicato a Venetia Burney che all'età di 11 anni propose il nome "Plutone" per il nono pianeta del Sistema Solare scoperto nel 1930.

Cronologia Missione
19-01-2006 New Horizons: lancio da Cape Canaveral
28-02-2007 New Horizons: Sorvolo di Giove
06-12-2014 New Horizons: risveglio dall'ibernazione
14-07-2015 New Horizons: Sorvolo di Plutone e Caronte
01-01-2019 New Horizons: Sorvolo di 2014-MU69 (Ultima Thule)
Oggetti
  • Giove
    Gigante gassoso

    Il pianeta più grande del sistema solare, ha una composizione simile a quella del Sole e il suo intenso campo gravitazionale perturba le orbite degli altri pianeti.

  • Plutone
    Pianeta nano

    Plutone è un pianeta nano orbitante nella parte esterna del sistema solare, nella fascia di Kuiper. Assieme alla sua luna Caronte forma un sistema binario poichè il baricentro giace all'esterno di entrambi gli oggetti.

  • Caronte
    Satellite naturale

    E' il più massiccio dei cinque satelliti naturali di Plutone e possiede metà del suo diametro e un ottavo della sua massa.

  • Notte
    Satellite naturale

    Satellite naturale di Plutone, il suo nome deriva da quello di Notte, o Nyx, personaggio femminile della mitologia greca.

  • Idra
    Satellite naturale

    Satellite naturale di Plutone che ha un periodo di rotazione non costante, dovuto sia alla sua forme che alla variabilità dell'iterazione con il campo gravitazionale del sistema binario del pianeta.

  • Cerbero
    Satellite naturale

    Cerbero ha un diametro stimato tra 13 e 34 km ed è la seconda luna più piccola di Plutone dopo Stige.

  • Stige
    Satellite naturale

    Stige è il quinto satellite conosciuto di Plutone nonché il più piccolo del sistema plutoniano.

  • 2014 MU69 (Ultima Thule)
    Oggetto transnettuniano

    Soprannominato non ufficialmente Ultima Thule, è un asteroide binario a contatto situato nella fascia di Kuiper.

  • 132524 APL
    Asteroide della Fascia principale

    Asteroide della Fascia principale ripreso dalla sonda New Horizons come test di tracciamento degli oggetti in rapido movimento.

Obiettivi

La missione New Horizons vuole approfondire la conoscenza dei mondi ai margini del nostro sistema solare effettuando la prima ricognizione del pianeta nano Plutone e avventurandoci più in profondità nella misteriosa e distante Cintura di Kuiper, una reliquia della formazione del sistema solare.
L'invio di un veicolo spaziale in questo lungo viaggio consentirà di rispondere a domande basilari sulle proprietà superficiali, la geologia, la composizione interna e l'atmosfera di questi corpi.
La National Academy of Sciences ha classificato l'esplorazione della Fascia di Kuiper - tra cui Plutone - della massima priorità per l'esplorazione del Sistema Solare. In generale, New Horizons cerca di capire dove Plutone e le sue lune si incastrino con gli altri oggetti del Sistema Solare, come i pianeti rocciosi interni (Terra, Marte, Venere e Mercurio) e i giganti gassosi esterni (Giove, Saturno, Urano e Nettuno).

I cambiamenti nel sistema di Giove

Il viaggio della navicella spaziale New Horizons verso Plutone attraverso il sistema di Giove ha fornito una visione a volo d'uccello di un pianeta che era cambiato dai precedenti sorvoli ravvicinati delle altre sonde.
New Horizons ha superato Giove il 28 febbraio 2007, sfruttando la gravità del pianeta per aumentare la sua velocità e accorgiare di tre anni il suo viaggio verso Plutone. E' stata l'ottava navicella spaziale a visitare Giove - ma una combinazione di traiettoria, tempismo e tecnologia gli ha permesso di esplorare dettagli mai visti prima, come un fulmine vicino ai poli del pianeta, il ciclo di vita di nuove nuvole di ammoniaca, ammassi di macigni attraverso i deboli anelli del pianeta, le strutture all'interno di eruzioni vulcaniche sulla sua luna Io, e il percorso di particelle cariche che attraversano la lunghezza precedentemente inesplorata della lunga coda magnetica del pianeta.
"L'incontro con Giove è andato ben oltre i nostri sogni" ha affermato Alan Stern, Principal Investigator di New Horizons. "Non solo ha testato la nostra navicella spaziale portandola a raggiungere Plutone nel 2015, ma è stata una possibilità per noi di verificare strumenti sofisticati su luoghi del sistema di Giove dove altri veicoli spaziali non potevano andare e di restituire dati importanti per la comprensione del più grande pianeta del Sistema Solare, delle sue lune, degli anelli e dell'atmosfera ".
Da gennaio a giugno 2007, i sette strumenti scientifici di New Horizons hanno realizzato più di 700 osservazioni separate del sistema gioviano - il doppio delle attività pianificate su Plutone - con la maggior parte effettuati negli otto giorni precedenti al sorvolo nel punto più vicino a Giove. "Abbiamo accuratamente selezionato le osservazioni che hanno completato le precedenti missioni in modo da concentrarci su questioni scientifiche di rilievo che necessitavano di ulteriori indagini", afferma il leader del team Jupiter Science New Joriz Jeff Hore, del NASA Ames Research Center, Moffett Field, California. "Il sistema di Giove è in costante cambiamento e New Horizons era nel posto giusto al momento giusto per vedere alcuni sviluppi interessanti. "
La metereologia di Giove è stato in cima alla lista, poiché gli strumenti di rilevamento a distanza a luce visibile, infrarossi e ultravioletti di New Horizons hanno sondato l'atmosfera di Giove per i dati sulla struttura e la composizione delle nuvole. Hanno visto le nuvole formarsi dall'ammoniaca risalire dall'atmosfera inferiore e dai fulmini indotti dal calore nelle regioni polari - il primo fulmine polare mai osservato oltre la Terra, a dimostrazione del fatto che il calore si sposta attraverso le nuvole d'acqua praticamente a tutte le latitudini di Giove. Hanno fatto le misure più dettagliate e le misurazioni della velocità di "onde" che corrono lungo il pianeta e indicano attività di violente tempeste al di sotto. Inoltre New Horizons ha scattato le prime immagini ravvicinate della Piccola Macchia Rossa, una tempesta nascente di circa la metà delle dimensioni della Grande Macchia Rossa di Giove e circa il 70% del diametro della Terra, raccogliendo nuove informazioni sulle dinamiche della tempesta.
Sotto una vasta gamma di luci e angoli di visuale, New Horizons ha anche catturato le immagini più chiare di sempre del tenue sistema di anelli di Giove. In essi gli scienziati hanno individuato gruppi di detriti che potrebbero indicare un impatto recente all'interno degli anelli o qualche altro fenomeno esotico; i video realizzati con le immagini di New Horizons offrono anche uno sguardo senza precedenti sulla dinamica degli anelli, con le minuscole lune interne Metis e Adrastea che guidano i materiali attorno agli anelli. Una ricerca di lune più piccole all'interno degli anelli - e possibili nuove fonti di materiale polveroso - non ha trovato corpi più larghi di un chilometro.
Le indagini della missione sulle quattro più grandi lune di Giove si sono concentrate su Io, il più vicino a Giove e i cui vulcani attivi fanno esplodere tonnellate di materiale nella magnetosfera gioviana (e oltre). New Horizons ha individuato 11 diversi pennacchi vulcanici di varie dimensioni, tre dei quali sono stati visti per la prima volta e uno - una spettacolare eruzione di 200 miglia di altezza sopra il vulcano Tvashtar - che ha offerto un'opportunità senza precedenti di tracciare la struttura e il movimento del pennacchio mentre si condensava in alta quota e ricadeva sulla superficie lunare. Inoltre, New Horizons ha individuato il bagliore infrarosso di almeno 36 vulcani di Io e ha misurato le temperature della lava fino a 1.900 gradi Fahrenheit, simili a molti vulcani terrestri.
La mappa globale di New Horizons della superficie di Io ha confermato lo status di tale luna come il corpo più attivo del Sistema Solare, mostrando più di 20 cambiamenti geologici da quando la sonda Galileo ha fornito l'ultimo sguardo ravvicinato nel 2001. Anche gli imager remoti hanno tenuto d'occhio Io in l'oscurità dell'ombra di Giove, notando misteriose nubi di gas incandescente sopra dozzine di vulcani. Gli scienziati sospettano che questo gas aiuti a rifornire l'atmosfera di Io.
Il sorvolo di New Horizons sulla rotaia magnetica di Giove ha fornito uno sguardo senza precedenti sull'ampia regione dominata dal forte campo magnetico del pianeta. Osservando specificamente i flussi di particelle cariche che scorrono a centinaia di milioni di miglia oltre il pianeta gigante, i rilevatori di particelle di New Horizons hanno osservato prove del fatto che tonnellate di materiale proveniente dai vulcani di Io si muovono lungo la coda in grumi grandi, densi e lenti. Analizzando le variazioni osservate nei flussi di particelle su una vasta gamma di energie e scale, gli scienziati di New Horizons stanno studiando in che modo i gas vulcanici di Io sono ionizzati, intrappolati e stimolati dal campo magnetico di Giove, e quindi espulsi dal sistema.

Le scoperte su Plutone

Il sorvolo del 15 luglio 2015 di Plutone è stato il culmine di una ricerca lunga decenni per vedere e comprendere il pianeta più distante del Sistema Solare. Ma si è rivelato un nuovo inizio, rivelando per la prima volta la potenziale complessità dei piccoli (o nani) sistemi planetari nella fascia di Kuiper. I sette strumenti di New Horizons hanno acquisito oltre 50 Gb di dati a Plutone - in avvicinamento, passando attraverso il sistema e alla partenza. Plutone si è rivelato un mondo geologicamente e meteorologicamente attivo. Le sue dimensioni e densità sono state determinate con precisione e nel primo caso si è rivelato essere nella gamma superiore delle precedenti stime effettuate da Terra. Plutone rimane, per ora, il mondo fisicamente più grande nella fascia di Kuiper. Realizzato in gran parte di roccia, per circa 2/3 della massa, ma con materiale consistente di ghiaccio e carbonio (organico), Plutone sembra essersi differenziato, possedendo un nucleo di roccia e prevalentemente un manto di ghiaccio d'acqua. Strati superficiali e depositi di gelidi volatili come azoto (N2), metano (CH4) e monossido di carbonio (CO), insieme a materia organica scura, rossastra, denominata tolina, hanno completato il quadro.
I gelidi venti di Plutone possono sublimare e condensare sotto l'influenza anche della debole luce del sole a distanza di Plutone, e il ghiaccio N2 in particolare è abbastanza morbido da fluire attraverso la superficie incredibilmente fredda di Plutone (circa 40 K misurati da New Horizons). E il flusso lo fa, dai terreni ricchi di acqua alta, ricchi di ghiaccio, attraverso le fessure nelle montagne, e giù fino a un vasto mare ghiacciato chiamato Sputnik Planitia (SP in breve). Questa piana ghiacciata è in realtà una gigantesca calotta glaciale, che riempie a una profondità di diversi chilometri un bacino di grande impatto oltre 1000 km di diametro, a sua volta il prodotto della collisione di un oggetto di fascia Kuiper di grandi dimensioni (circa 200 km) con Plutone oltre 4 miliardi anni fa. Nel complesso la topografia di Plutone è robusta, con alcuni blocchi di ghiaccio d'acqua congelata che raggiungono altezze di 5 km. La densità dei crateri d'impatto su Plutone varia molto, dai terreni fortemente craterizzati a Cthulhu Regio, che devono risalire ai primi giorni del Sistema Solare, sino alla stessa Sputnik Planitia, che rivela i crateri da impatto nelle immagini ad alta risoluzione di New Horizons (circa 70 m / pixel). Il ghiaccio solido di azoto nella SP è organizzato in celle di convezione giganti che si agitano lentamente su una scala temporale di 100.000 anni trasportando verso l'esterno il modesto calore interno di Plutone. La posizione di SP sull'asse di marea di Plutone (la linea immaginaria che attraversa i centri di Plutone e Caronte) potrebbe non essere una coincidenza; piuttosto, potrebbe essere la prova dello slittamento, o del vagare polare, della superficie di Plutone ad un orientamento preferito. Un tale slittamento è una prova circostanziale che sotto il manto di ghiaccio d'acqua di Plutone, forse a una profondità di quasi 150 km, si trova un oceano interno di acqua.
L'atmosfera di Plutone è stata misurata dalle occultazioni solari e radiofoniche UV di New Horizons. Attualmente è piuttosto sottile, circa 11,5 μbar in superficie, e dominato dal gas N2 in equilibrio di vapore-pressione con la superficie di ghiaccio N2. Il metano è il gas più abbondante e sono stati scoperti anche diversi idrocarburi semplici. La temperatura nell'atmosfera aumenta durante i primi 25 km di altitudine, raggiungendo un picco di circa 115 K e gradualmente diminuendo con l'aumentare dell'altitudine. La temperatura dell'esobase di Plutone, 100s di km sopra la superficie, era molto più bassa di quanto si pensasse in precedenza, il che significa che l'atmosfera di Plutone non sta fuggendo così velocemente come creduto in precedenza. Ancora più interessante, la fuga di gas dominante è la componente più leggera, CH4, non N2. Sottile quanto l'atmosfera di Plutone, è in grado di trasportare ghiacci sublimati da una parte della superficie di Plutone a un'altra, e la velocità del vento verso il basso sono abbastanza grandi da formare "dune di sabbia" di particelle di metano sul bordo della SP. Ma la sorpresa più grande è stata conservata per ultima. Voltando le telecamere di New Horizons per guardare indietro a Plutone dopo il sorvolo sono stati avvistati più strati di foschia che avvolgono completamente il pianeta estendendosi sino a 100 km di altezza sopra la superficie.
Anche i satelliti di Plutone non hanno deluso le aspettative. Caronte, la grande luna, ha una superficie dominata da acqua ghiacciata e senza atmosfera. Lo spettrometro LEISA di New Horizons ha confermato la presenza di alcune forme di ghiaccio di ammoniaca su gran parte della superficie, insieme a concentrazioni associate a crateri da impatto. I poli di Caronte sono apparentemente macchiati di rosso dal CH4 che fugge da Plutone ma resta intrappolato dal freddo e dalle radiazioni. Oggi Caronte non è geologicamente attivo e ha sulla sua superficie un numero sufficiente di crateri da impatto che i membri del team scientifico di New Horizons stimano si avvicini a 4 miliardi di anni. Ma ciò non significa che il suo passato geologico sia tutt'altro che spettacolare. Gran parte dell'emisfero nord di Caronte, visibile a New Horizons all'approccio più vicino, viene spezzato in grandi blocchi di crosta e canyon di molti chilometri di profondità. Al contrario, l'emisfero australe è composto da pianure un po 'più giovani, denominate in modo informale Vulcan Planitia (VP), e sembrano essere riemerse da una serie di densi e ghiacciati flussi criovulcanici. Nel complesso la storia geologica di Caronte suggerisce che anch'essa fosse differenziata e possedeesse un oceano interno, ma a causa delle dimensioni più piccole di tale luna rispetto a Plutone si raffreddò e il suo oceano si congelò, provocando l'espansione e la rottura della superficie, che a sua volta facilitò il criovulcanismo riscontrato su Vulcan Planitia.
A completare il tour del sistema di Plutone sono stati studiati i 4 piccoli satelliti, Stige, Notte, Cerbero e Idra. Queste lune, scoperte dopo l'inizio della missione New Horizons, sono state fotografate con la massima risoluzione possibile. Sono irregolari, dell'ordine da 10 a 50 km e altamente riflettenti. Lo spettro a infrarosso ha indicato superfici di ghiaccio d'acqua quasi puro. Queste lune orbitano nello stesso piano di Plutone e Caronte ma a distanze sufficientemente grandi che le forze di marea non hanno rallentato nessuna delle piccole lune sino a creare una rotazione sincrona comune già vista in alcuni satelliti presenti in altre parti del Sistema Solare. In effetti, alcuni degli stati di rotazione individuati sono alquanto bizzarri: tutti e quattro gli oggetti molto allungati ruotano molto più velocemente di quelli sincroni, con i loro poli di rotazione molto inclinati rispetto a quelli di Plutone e Caronte (che sono allineati). Le relatività e le composizioni superficiali delle piccole lune di Plutone sono molto diverse dalla maggior parte degli oggetti della fascia di Kuiper nella loro classe di dimensioni, che sono molto più scuri e spettralmente privi di caratteristiche, ma sono compatibili con detriti causati dal gigantesco impatto che ha formato il sistema binario Plutone-Caronte all'inizio della storia del sistema solare.

Ultima Thule

Il team di New Horizons ha usato il telescopio spaziale Hubble per cercare l'obiettivo del sorvolo successivo a Plutone nella Fascia di Kuiper. Utilizzando le osservazioni fatte con Hubble il 26 giugno 2014 il team scientifico ha scoperto un oggetto che New Horizons avrebbe potuto raggiungere con il suo combustibile a disposizione. L'oggetto è stato successivamente nominato 2014 MU69, data l'assegnazione come Pianeta Minore numero 485968 e, con il contributo del pubblico, soprannominato non ufficialmente "Ultima Thule" (che significa "oltre il mondo conosciuto").
Ultima Thule si trova nella Fascia di Kuiper, oltre l'orbita di Nettuno, e alle 12:33 (EST) del 1 gennaio 2019, New Horizons ha sorvolato l'oggetto a una distanza di 3.500 chilometri. Ultima Thule si trova a circa 6,5 ​​miliardi di chilometri (4 miliardi di miglia) dal Sole rendendo questo il più breve sorvolo planetario della storia ma il primo sguardo ravvicinato a un oggetto del Sistema Solare di questo tipo.
Ultima Thule misura circa 30 chilometri di diametro ed è di forma irregolare. Nel luglio 2017 Ultima Thule è passata davanti a una stella vista dalla Terra (con il fenomeno dell'occultazione stellare), consentendo agli astronomi di determinare che la sua forma è molto probabilmente simile a una binaria a contatto (due corpi toccanti) o un sistema binario chiuso (due oggetti che si orbitano a vicenda).
Non sapremo quale sia la superficie di Ultima Thule fino a quando New Horizons non invierà indietro le prime immagini ravvicinate, anche se possiamo basarci su osservazioni di oggetti del Sistema Solare di dimensioni simili, ma sarà quasi certamento ricoperta da crateri da impatto. L'illuminazione della sua superficie è molto debole in quanto riceve solo lo 0,05% della luce proveniente dal Sole però sappiamo che Ultima Thule ha un colore rossastro, probabilmente causato dall'esposizione di idrocarburi ai raggi solari per miliardi di anni.
Il sorvolo ci mostrerà anche se possiede lune o anelli. Ultima Thule appartiene a una classe di oggetti della Fascia di Kuiper chiamati "oggetti classici freddi", che hanno orbite quasi circolari con basse inclinazioni rispetto al piano solare e che non sono stati più turbati sin dalla loro formazione forse sino a 4,6 miliardi di anni fa. L'Ultima Thule sarà quindi l'oggetto planetario più primitivo non ancora esplorato e ci rivelerà quali sono le condizioni di questa parte così lontana del Sistema Solare condensata dalla nebulosa solare.

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