L'effetto fionda

Vorrei capire bene come funziona l'effetto fionda che le sonde spaziali usano per accelerare passando in prossimità di pianeti.
Dato che la gravità è simmetrica rispetto al centro di massa del pianeta, la sonda, mentre si allontana, dovrebbe perdere la velocità che ha guadagnato avvicinandosi. Da dove arriva l'energia in più che resta alla sonda?
Davide Provasi
17 gennaio 2005
Nella meccanica spaziale, le forze del moto sono essenzialmente quelle relative alla gravità dei corpi celesti, delle masse, che una sonda incontra nel suo percorso.
Quando dico “incontra” intendo: passa a una distanza sufficientemente ravvicinata per risentire della forza di gravità in modo significativo. Ricordo che la forza di attrazione gravitazionale è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra le due masse (sonda e pianeta).

Questo spiega perché una sonda cambia direzione quando passa vicino a un pianeta, perché la forza di attrazione gravitazionale produce un'accelerazione nella direzione della forza stessa, che muta la traiettoria della sonda, ma, come osserva il nostro lettore, non si spiega altrettanto semplicemente l'accelerazione o la decelerazione della sonda.

Mettiamoci allora nel sistema di riferimento del sistema solare, in cui tutti i pianeti si muovono di un moto di rivoluzione pressoché circolare attorno al Sole. La nostra sonda, in arrivo dalla Terra, si avvicina a un altro pianeta che non è fermo, e che trascina con sé la sonda stessa (per tutto il tempo che si esercita in modo significativo la forza di gravità tra esso e la sonda), trasferendole o raccogliendone una certa quantità di energia a spese della sua stessa energia di moto. In questa interazione a distanza sonda-pianeta, le loro traiettorie vengono modificate (quella del pianeta in modo inapprezzabile), ma succede anche che, se la sonda si muove piuttosto nello stesso verso del pianeta, la sonda rallenterà, se si muove in senso opposto essa accelererà.

Non so se può aiutare l'intuizione, ma suggerisco di immaginare la “fionda spaziale” come il gesto del giocatore di pelota basca: a seconda di come il giocatore (il pianeta) manovra la sua racchetta (geometria delle traiettorie), si riesce a smorzare la palla (sonda) o a rilanciarla più veloce.

Franco Malerba astronauta

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