giovedì 31 dicembre 2015

Il Kennedy Space Center: un tuffo nella nostra storia più bella

Il 19 Dicembre scorso ho visitato il Kennedy Space Center della NASA ed è stata una delle giornate più belle della mia vita. Sapevo cosa avrei visto, che avrei ripercorso gli anni incredibili dell'esplorazione spaziale rivivendoli in prima persona, ma non avrei mai potuto immaginare le emozioni mi avrebbero travolto e la nuova consapevolezza sull'impatto che questa parte della nostra storia ha davvero avuto sulla nostra società.

Ho percorso in autobus tutto il centro passando attorno alle rampe di lancio. Ho attraversato le stesse strade battute da decine di astronauti, da coloro i quali non ce l'hanno più fatta, come l'equipaggio di Apollo 1, agli uomini straordinari che hanno passeggiato per primi sulla Luna. Ho visto le storiche rampe di lancio delle missioni Apollo e dello Shuttle, dei mostri d'acciaio che hanno ospitato tra le imprese più ambiziose e pericolose della nostra storia, ancora lì al loro posto, immutate dopo oltre 40 anni.
Ho attraversato il giardino dei razzi, dove sono esposti tutti i vettori antecedenti alla conquista della Luna e le relative capsule dagli spazi angustissimi. Sì, un giardino fatto di razzi che si possono toccare, ammirare, temere e rispettare perché rappresentano la nostra voglia di libertà, la nostra voglia di sognare e di esplorare.

Poi, ho ripercorso l'epopea della conquista della Luna in un'epoca nella quale i computer erano grandi come stanze e migliaia di volte meno potenti di uno smartphone. Nel susseguirsi frenetico di emozioni mi sono accorto del peso di certe affermazioni, alcune delle quali scritte anche nei miei libri: davvero oltre il 90% della nostra tecnologia e in generale del nostro benessere deriva direttamente o indirettamente da quei quindici anni esploosivi che hanno visto dapprima nascere la scienza aerospaziale e poi culminare con l'uomo che camminava sulla Luna. Centinaia di miliardi di dollari di investimenti per oltre 400 mila lavoratori, soldi ancora di molto inferiori a quelli sprecati nelle moderne guerre (Iraq e Afghanistan), che invece di portare morte per molti e ricchezza per pochissimi hanno fatto fare un gigantesco balzo all'umanità in termini di qualità e diritto alla vita. Aveva proprio ragione Neil Armstrong: "Un piccolo passo per un uomo, un gigantesco passo per l'umanità". Nessuno sapeva ancora quanto quel passo fosse stato gigantesco, però. Oggi lo sappiamo e non dovremo mai dimenticarlo, perché la storia insegna sempre, non solo quando racconta errori e atrocità. E questa, volenti o nolenti, è la pagina della storia più bella della nostra intera esistenza su questo pianeta.

Avrei potuto davvero vivere in uno dei motori del Saturn V, proprio come ho scritto nel mio libro "Conoscere, capire, esplorare il Sistema Solare", alto come palazzo di oltre 30 piani e che tra qualche anno perderà il primato del razzo più grosso e potente mai costruito. Ci vorrà pazienza, ma l'esplorazione spaziale non si è fermata e proseguirà anche nei prossimi decenni.

Ho toccato una roccia lunare; sì, una roccia proveniente dalla Luna e riportata a terra dagli astronauti di una delle missioni Apollo, disponibile a tutti i visitatori per cercare di viaggiare con la mente nello spazio e nel tempo. Era una roccia normale, fredda, nera e levigata dal passaggio di milioni di mani sopra di essa, eppure a me non sembrava proprio come un normale sasso che raccolgo per strada.

Ho visto uno Space Shuttle, vero, appeso al soffitto di un palazzo. Atlantis ha volato per ben 26 volte nello spazio e il suo scudo termico ne porta tutti i segni dell'infuocato calore che ha dovuto subire ogni volta che rientrava sulla Terra.
Ho anche provato l'esperienza di una partenza dello Shuttle, a bordo di uno dei più realistici simulatori che si trovano in giro (a detta degli astronauti) e per un attimo mi sono sentito un esploratore anche io, riscoprendo quell'antica e istintiva sensazione che ha caratterizzato tutta l'evoluzione della nostra specie. Senza curiosità, senza voglia di esplorare, infatti, saremmo ancora rimasti a vivere nelle caverne, a mangiare cibo non cotto e con un'aspettativa di vita di qualche decina di anni.

Ricordiamoci della parte più pura e bella di noi stessi, della curiosità e della voglia di esplorare il mondo e migliorarlo, a partire da noi stessi e dalle nostre vite. Perché non c'è errore più grande che possiamo fare che smettere di sperare in qualcosa di migliore per noi, per il pianeta, per la società, per i nostri cari. Farsi sopraffare dagli eventi, spesso tristi, della vita e della società vorrebbe dire rinnegare tutto ciò che gli oltre 100 miliardi di persone vissute fino a questo momento hanno fatto per farci uscire dalle caverne e insegnarci a guardare in alto, senza limiti, senza arrenderci, senza rinnegare la nostra natura di esploratori e sognatori, a volte sacrificando persino le loro stesse vite. Ma preferisco sacrificare la mia vita per un sogno, anche irraggiungibile, che buttare 70-80 90 anni di una vita preziosissima rinunciando alla consapevolezza e abbracciando un cinismo che farebbe morire la nostra anima, ben prima che il tempo lo faccia con il nostro corpo.

Il giardino dei razzi, all'ingresso del Kennedy Space Center.

Il modulo lunare come quelli che hanno toccato la superficie lunare. Sapete perché è appeso? Perché è stato costruito per la gravità lunare. Sulla Terra la sua struttura è così fragile che il LEM non si reggerebbe sulle sue sottili zampe e collasserebbe su sé stesso!

Il modulo di servizio con cui gli astronauti arrivavano in orbita lunare e tornavano poi verso la Terra.

Una vera roccia lunare da toccare. 4,5 miliardi di anni di storia a portata di mano.

La vera capsula con cui gli astronauti della missione Apollo 14 hanno affrontato il viaggio verso la Luna e il successivo rientro in atmosfera. Si vedono nella parte bassa le bruciature dovute all'enorme calore durante la fase d rientro in atmosfera.

La tuta lunare dell'astronauta Alan Shepard di Apollo 14. Questa è la tuta usata per passeggiare sulla Luna. Sulle ginocchia si nota la sottile e appiccicosa polvere lunare che ha sporcato il bianco candido della tuta!

Lo Shuttle Atlantis, l'ultimo ad aver volato nel Luglio 2011, in mostra in tutta la sua maestosità.

Uno dei 5 mastodontici motori del primo stadio del razzo Saturn V, l'unico con la potenza sufficiente a portare tre astronauti fin sulla Luna.
Dove la storia è stata fatta: la rampa di lancio delle missioni Apollo e di molte missioni Shuttle è ancora lì, in tutta la sua impressionante altezza.
 
La reale sala di controllo in cui si fece il primo importante passo verso la conquista della Luna. Da qui venne lanciata la missione Apollo 8 che per prima portò tre uomini in orbita attorno al nostro satellite.

Il retro del Satur V, il razzo più potente e grosso mai costruito.



Quel mostro d'acciaio sulla sinistra non è un palazzo ma il gigantesco "trattore" con cui venivano trasportati i grandi razzi dall'edificio in cui venivano preparati fino alle rampe di lancio. Questo immenso mostro su cingoli sprigiona centinaia di migliaia di cavalli e ha trasportato sulle sue spalle anche i mastodontici Saturn V, i razzi con cui l'umo ha raggiunto la Luna.

lunedì 28 dicembre 2015

La maledizione marziana

Marte non è il pianeta a noi più vicino; il primato spetta infatti a Venere, che può arrivare fino a poco più di 40 milioni di chilometri dalla Terra. Tuttavia il pianeta rosso, nonostante non si avvicini a più di 56 milioni di chilometri, è di certo il più interessante del Sistema Solare.
La ricerca della vita intelligente prima e di quella microscopica attualmente è il motore trainante dell’esplorazione marziana, un mistero ancora non risolto nonostante le numerose spedizioni automatiche.
Sono questi i motivi per cui Marte è stato il pianeta più studiato dalle sonde interplanetarie, sin dagli albori dell'era spaziale. 
Naturalmente nessuna astronave con equipaggio umano ha raggiunto Marte e quasi certamente non lo farà almeno per i prossimi 30 anni, ma dopo la Luna è stato il corpo celeste più esplorato, con ben 43 missioni attualmente all’attivo.

Marte è anche l’unico pianeta sul quale è possibile atterrare e muoversi senza problemi. L’altro candidato, Venere, ha condizioni così terrificanti che le uniche capsule che hanno raggiunto la superficie sono state distrutte dopo pochi minuti di funzionamento.
La superficie di Marte, invece, è relativamente tranquilla. La pressione è quasi 100 volte inferiore all’atmosfera terrestre, la temperatura è bassa ma non troppo, tanto che all’equatore d’estate si possono raggiungere i +20°C e le condizioni atmosferiche non creano grandi problemi, nemmeno quando generano le enormi tempeste di sabbia, che a causa della scarsa densità dell’atmosfera non causano i danni che si potrebbe immaginare.

Non è quindi un caso neanche dal punto di vista prettamente tecnologico se Marte sia il pianeta sul quale sono atterrate più sonde, l’unico che ha ospitato dei rover in grado di muoversi per diversi chilometri e compiere preziose analisi.Neanche sulla Luna sono giunte macchine così complesse.

Tuttavia, raggiungere Marte, in particolar modo la sua superficie, è un’impresa tutt’altro che semplice. Un dato su tutti forse può aiutare a comprendere meglio la situazione: delle 19 sonde lanciate dall’Unione Sovietica prima e dalla Russia poi, nessuna ha raggiunto sana e salva il pianeta rosso, tanto che tra i tecnici si parla apertamente di maledizione marziana.
La superficie di Marte, in effetti, è ancora un’esclusiva tutta americana. L’unico tentativo europeo, con la capsula inglese Beagle 2 nel 2003, è fallito ma non si sa in che modo. All'inizio si pensava a uno schianto dovuto al fallimento di una delle delicate fasi della discesa. Tuttavia nel 2013, 10 anni dopo, la sonda Mars Reconnaissance Orbiter l'ha ripreso nelle sue immagini ad altissima risoluzione e sembra che fosse atterrato sano e salvo su Marte. A quanto pare la maledizione marziana, oltre a non colpire solo i russi, si diverte nel creare ogni tipo di malfunzionamento, anche quando sembra che tutto sia andato per il verso giusto!
 
Al momento, il bilancio delle missioni che hanno provato ad atterrare sul pianeta rosso è in passivo: sono più quelle che si sono schiantate rispetto a quelle che effettivamente sono riuscite ad effettuare un atterraggio dolce. 

Perché è così difficile posarsi sulla rossa sabbia del pianeta?
Prima di tutto non si può controllare manualmente la sonda. La distanza che devono percorrere le onde radio è così grande che il segnale viene ricevuto diversi minuti dopo essere stato trasmesso. Poiché la discesa sul pianeta rosso ha una durata inferiore ai 10 minuti, ne consegue che quando si registra il segnale di ingresso della sonda in atmosfera, dopo circa 14 minuti, i giochi sono stati già fatti.
Tutto deve quindi essere gestito in automatico dal computer di bordo della sonda, che non sempre, naturalmente, funziona in modo adeguato.
E di inconvenienti ne possono succedere parecchi. Dal classico crash, odiatissimo anche sui nostri pc, all’errore di conversione di unità di misura, come successe nel 1999 a Mars Climate Orbiter; dall’avaria di qualche sistema al sovraccarico e a falsi allarmi.

Se tutta la parte software funziona nel modo giusto, non è detto che altrettanto faccia la complessa parte hardware.Marte, in effetti, è un incubo per gli ingegneri e i tecnici di missione che devono far giungere qualcosa sulla superficie sano e salvo.
L’atmosfera è abbastanza spessa da creare attrito, quindi un fortissimo calore quando qualsiasi sonda vi impatta, rendendo necessario uno scudo termico per evitare l’esplosione della sonda.Ma allo stesso tempo, la densità non è sufficiente per poter atterrare con un semplice paracadute, come facevano le capsule lunari con gli astronauti di ritorno dalla Luna.
Per questo motivo servono dei sistemi per frenare la corsa, come ad esempio dei razzi. Ma lasciare comandare totalmente in automatico al computer di bordo il controllo dei razzi per atterrare senza problemi sulla superficie, è una scommessa azzardata che poche volte è riuscita.
Per evitare questo problema i tecnici della NASA per le ultime missioni hanno inventato un sistema molto semplice e infallibile per atterrare. Dopo aver superato il calore dell’atmosfera, l’astronave apriva un paracadute che ne rallentava la discesa, poi, in prossimità della superficie una serie di airbag ricoprivano tutta la capsula, che terminava la sua corsa precipitando sulla superficie marziana a circa 300 km/h. Dopo qualche rimbalzo alto fino a 30 metri, finalmente si fermava; il grappolo di palloni si sgonfiava e liberava la capsula contenente il rover, senza che avesse subito alcun danno. 

Con questo sistema poco ortodosso ma efficiente, la NASA portò sani e salvi sulla superficie tre rover su altrettante missioni.
Il metodo degli aribag, però, ha dei limiti evidenti: non si può scegliere con precisione la zona dove si fermerà la corsa della capsula, e non può essere utilizzato per grandi e delicati carichi.
Così, la NASA, con la missione Mars Science Laboratory, che trasportava un grande rover da 900 kg di peso (Curiosity), ha giocato d’azzardo, con un piano d’atterraggio fantascientifico.
La capsula contenente il complesso rover si è immessa nell’atmosfera marziana a una velocità di diversi chilometri al secondo. Durante la discesa, il computer di bordo ha effettuato rapidissime correzioni per dirigersi con la massima precisione verso la zona di atterraggio.
A pochi chilometri dal suolo, diminuita la velocità dalla resistenza dell’atmosfera, un grande paracadute ha rallentato la discesa fino a una velocità di 320 km/h, ancora però decisamente elevata per un comodo atterraggio.
A questo punto il paracadute è stato tagliato e la capsula ha azionato automaticamente i razzi di manovra e discesa, che l’hanno rallentata e guidata verso il punto di atterraggio.
A pochi metri dal suolo, i razzi hanno stabilizzato la capsula come se fosse un elicottero in sospensione nell’aria e un verricello ha calato il rover sulla superficie. Questa manovra è stata necessaria perché se i razzi si fossero avvicinati troppo al suolo la polvere sollevata avrebbe potuto rovinare la strumentazione di bordo.
Con il rover poggiato al suolo, i cavi sono stati tagliati e la capsula ha dato piena potenza ai razzi, consumando il carburante residuo e precipitando a una distanza di sicurezza dal prezioso carico lasciato in superficie.
Tutto questo ha richiesto sette minuti, gestiti completamente in automatico dai computer di bordo, anche perché il segnale per arrivare sulla Terra alla velocità della luce impiegava 14 minuti, quindi quando i tecnici hanno ricevuto i dati che testimoniavano l’ingresso della sonda nell’atmosfera di Marte, essa era già arrivata, integra o in mille pezzi, sulla superficie da circa sette minuti. 

Su Venere o sul satellite di Saturno Titano è sufficiente un semplice paracadute, che aumenta drasticamente le possibilità di successo e limita di molto i costi della missione. Ma la superficie di Venere è troppo calda, mentre Titano è tremendamente lontano, quindi Marte resta comunque l’obiettivo preferito.

venerdì 25 dicembre 2015

Quante sono state le missioni spaziali?

Dall’inizio dell’era spaziale, nel 1957, sono tante le sonde mandate verso altri corpi celesti, molte di più di quanto si possa immaginare.
Negli anni sessanta e settanta, Stati Uniti e Unione Sovietica, in piena guerra fredda, non risparmiarono risorse per dimostrare al mondo la propria supremazia nello spazio.Per circa 30 anni questa è stata una gara a due, poi, lentamente, anche altre potenze economiche hanno timidamente iniziato ad affacciarsi allo spazio. 

Il programma spaziale con equipaggio umano è stato il meno sviluppato.
Sei missioni Apollo hanno portato astronauti sulla superficie lunare; altre tre quelle che hanno raggiunto la Luna, la distanza maggiore compiuta dagli esseri umani.
I voli con equipaggio umano nella bassa orbita terrestre sono invece stati molti di più: solamente gli Shuttle hanno effettuato 135 lanci, di cui 134 hanno raggiunto effettivamente l’obiettivo. Non molte di meno sono state le missioni sovietiche prima e russe poi dirette veerso le stazioni spaziali. 

Le missioni automatiche dedicate all’esplorazione automatica dei pianeti sono state circa 190. Contando i satelliti dedicati allo studio del Sole, delle comete e degli asteroidi, potremmo superare la straordinaria cifra di 200!
Quasi la metà riguarda l’esplorazione della Luna, con ben 88 missioni attualmente all’attivo, in gran parte concentrate negli anni 60 e 70 durante l’apice della gara allo spazio tra Stati Uniti e Unione Sovietica. 

La percentuale di successi, tuttavia, non è per niente elevata. Una rapida stima probabilmente ci suggerisce che poco più del 50% delle missioni ha raggiunto gli obiettivi.
Le percentuali di fallimento erano elevatissime nei primi anni di esplorazione, a causa delle scarse conoscenze di una scienza ancora tutta da scoprire, ma anche soprattutto per la fretta imposta dai ritmi serrati della guerra fredda tra Sovietici e Americani. Non c’era tempo per accumulare conoscenze attraverso un percorso lento e prudente, bisognava produrre risultati. Poco importava se l’obiettivo veniva raggiunto dopo decine di fallimenti, era sufficiente per dimostrare la propria superiorità tecnologica al mondo e all’avversario.

Quando la gara allo spazio terminò e l’esplorazione del Sistema Solare divenne finalmente qualcosa di prettamente scientifico, i ritmi rallentarono, ma aumentarono di molto l’efficienza e l’affidabilità di missioni diventate sempre più complesse. Attualmente i fallimenti delle agenzie spaziali con maggiore esperienza come la NASA e l’ESA (agenzia spaziale europea) sono diventati estremamente rari, fortunatamente!

martedì 22 dicembre 2015

Ho assistito al lancio del Falcon 9: che emozione!

Il 21 Dicembre 2015 il razzo Falcon 9 dell'agenzia privata Space-X ha fatto qualcosa di unico nella storia dell'astronautica, segnando una pietra miliare della quale tutti gli altri concorrenti, pubblici (NASA) e privati dovranno tenere conto.
In uno spettacolare lancio notturno, il razzo di Elon Musk, contenente una decina di satelliti per le telecomunicazioni, si è sollevato da terra e dopo una ventina di minuti, mentre il secondo stadio viaggiava ormai già verso l'orbita, il primo stadio è sceso dolcemente a terra e si è posato delicatamente al centro della propria zona di atterraggio.
Questa operazione non ha precedenti nella nostra storia: i primi stadi di ogni razzo, che corrispondono a circa l'80% o più del vettore completo, venivano fatti precipitare in oceano dopo aver esaurito il carburante. 

La manovra del Falcon 9 è straordinaria: pilotato dai computer di bordo, lo stadio si è staccato dal resto della nave, già a ben oltre i 100 km di altezza e si è diretto con una precisione straordinaia verso la propria rampa di atterraggio, riuscendo a compiere una manovra che potrebbe riscrivere la storia dell'esplorazione dello spazio. 

L'obiettivo di Space-X, infatti, è quello di minimizzare i costi di ogni lancio e rendere economicamente sostenibile questo settore dell'industria aerospaziale che ha un enorme potenziale commerciale. Facendo atterrare il primo stadio dei propri razzi si può risparmiare una gran quantità di denaro perché potranno essere riutilizzati di nuovo invece di venir costruiti per ogni missione.
Insomma, il sogno dello Shuttle è finito nel 2011, ma l'idea di avere a disposizione una navetta in gran parte riutilizzabile non è mai tramontata ed Elon Musk, capo di Space-X, sembra essere sulla buona strada.

Ho avuto la fortuna di seguire questo evento storico dal vivo, osservando emozionato il pennacchio di calore del razzo salire e poi ridiscendere, dalle coste di Cape Canaveral, a circa 15 chilometri di distanza. Non avevo mai assistito alla partenza di un razzo e di certo nessun essere umano aveva assistito alla partenza e all'atterraggio perfetto di un manufatto umano.
Mi sono sentito parte della storia, condivisa insieme a centinaia di appassionati provenienti da tutti gli Stati Uniti che hanno accolto con grida di giubilo il completamento della missione.
In tutto quel turbinio di emozioni, ho realizzato una cosa: esplorare e oltrepassare i propri limiti è il regalo più bello che potremo mai fare a noi stessi e alla nostra straordinaria intelligenza.
Guardate le stelle, lontane, indefinite, quasi inarrivabili, invece di fermarvi a osservare il dito che cerca di indicarle.



Quale è stata l'astronave più veloce?

In Star Trek o guerre stellari le astronavi sono talmente veloci da superare diverse volte la velocità della luce e permetterci di attraversare la Galassia in poco tempo. Al di là dei problemi fisici di un oggetto che viaggia a velocità maggiori di quelle della luce (oltre al fatto che non sembra proprio possibile), le velocità raggiunte dalle nostre reali astronavi sono bel lungi anche dal limite imposto dalle onde elettromagnetiche e di certo risulta meno spettacolare di quella di quelle dei film.

Diversi "effetti" delle velocità.
Intanto dobbiamo capire che concetto di velocità nello spazio è alquanto delicato, perché dobbiamo specificare sempre rispetto a chi o cosa misuriamo la velocità. Nell’ambito astronautico c’è una differenza ulteriore, che riguarda il tipo di velocità che misuriamo.
Se parliamo infatti di velocità orbitali, allora tutto diventa più semplice. Questa velocità è determinata dalla distanza alla quale la sonda orbita attorno a un pianeta o al Sole, non richiede molto carburante né tanta spinta, e può quindi arrivare anche a valori elevatissimi.
Il record è detenuto dalla sonda solare della NASA Helios B, che a poco più di 43 milioni di chilometri dalla fotosfera solare orbitava attorno alla nostra stella a una velocità di 72 km/s, ben 253.000 km/h.
Un progetto futuro di una sonda destinata ad esplorare l’atmosfera del Sole, ad appena 6 milioni di chilometri dalla superficie, frantumerà questo record, dovendo orbitate a circa 200 km/s per non essere ingoiata dalla fornace solare. 

Ben altra cosa quando si parla di velocità non orbitali, perché non solo non possiamo più contare sulla spinta degli altri corpi celesti, ma spesso si deve combattere contro i campi gravitazionali, primo su tutti quello solare.
Accelerare una sonda su una traiettoria libera non è proprio semplicissimo perché è richiesta una grande quantità di carburante, oltre a quella, mastodontica necessaria per lasciare la superficie terrestre.

Il record attuale spetta proprio alla sonda Voyager 1, con una velocità pari a 17,5 km/s.Ma rispetto a cosa sono riferite queste velocità? Generalmente si parla di velocità rispetto al Sole, considerando la nostra stella come un riferimento fisso rispetto all’intero Sistema Solare. In effetti, misurata rispetto ad altri riferimenti, la velocità di queste sonde potrebbe subire variazioni continue.
Pensiamo, ad esempio, alla Terra, che orbita attorno al Sole su un percorso quasi circolare a circa 30 km/s.
La direzione e il verso della velocità cambiano di continuo, così è possibile che a un certo punto la velocità rispetto a una qualsiasi sonda possa addirittura diventare negativa!

Consideriamo proprio la sonda New Horizons, che sta viaggiando ormai oltre Plutone. Quando il verso della velocità orbitale della Terra è lo stesso della sonda, noi misureremo una velocità pari a 16 – 30 = - 14 km/s. Per un breve tratto della nostra orbita la sonda sembrerà addirittura avvicinarsi al nostro pianeta!
Quando, dalla parte opposta dell’orbita, il verso della velocità è contrario, misureremo una velocità pari alla somma delle due componenti: 16 + 30 = 46 km/s! Tra questi due estremi il valore oscillerà continuamente con un periodo pari a un anno. È per questo motivo che la velocità delle sonde che lasciano il sistema Terra-Luna si riferisce sempre al Sole, il punto più fermo che possiamo avere nel Sistema Solare.
L’astronave con equipaggio umano più veloce della storia è stata Apollo 10, la missione che doveva rappresentare la prova generale per lo sbarco sulla Luna. Durante il ritorno verso Terra, la capsula Apollo raggiunse una velocità, rispetto al nostro pianeta, di 11,08 km/s.

venerdì 18 dicembre 2015

"Osserviamo" un pianeta extrasolare


Tra alti e bassi mi occupo di pianeti extrasolari ormani da quasi nove anni e, durante tutto questo tempo in giro per l'Italia a fare conferenze e a scrivere libri e articoli, c'è sempre stata una costante che mi ha dato ulteriore forza per continuare: l'entusiasmo delle persone che incontravo, l'emozione nello scoprire quanti altri pianeti conosciamo e lo stupore nell'apprendere che anche gli astronomi dilettanti possono, con la giusta tecnica, "osservare" un pianeta extrasolare con il proprio telescopio o scoprirne addirittura uno. 

Un transito planetario ideale
Iniziai a occuparmi di questa branca della ricerca da autodidatta (l'università certe volte non è proprio efficiente), poi finii per collaborare con diversi professionisti sparsi per il mondo, fino ad arrivare alla scoperta del transito di HD17156b, che allora fece scalpore perché era il pianeta con il periodo transitante più lungo mai scoperto e per di più fu rivelato con una strumentazione amatoriale, dal tetto della mia casa (anche qui l'università era non pervenuta, nonostante frequentassi il cosrso di laurea in astronomia). Era un'altra epoca: Kepler, il cacciatore di pianeti, sarebbe stato lanciato solo due anni dopo e a occuparci della scoperta di questi lontani mondi eravamo molto meno della flotta di professionisti che in questi anni si è catapultata su uno dei temi più affascinanti e intriganti dell'astrofisica moderna. 

Sono passate ere geologiche dal punto di vista della nostra conoscenza, della ricerca e dello sviluppo tecnologico e ora, malgrado la concorrenza dei professionisti sia molto più elevata, è possibile "osservare" alcuni pianeti extrasolari anche con telescopi amatoriali dotati della minima strumentazione per fare qualche foto di qualità. 

Come forse molti di voi già sanno, i pianeti extrasolari, tranne alcune discusse ed estreme situazioni, non si osservando ancora direttamente. Questi si rivelano attraverso i cosiddetti metodi indiretti, osservando gli effetti che un corpo celeste, a causa della sua forza di gravità, esercita sulla stella attorno alla quale orbita. Tra i diversi metodi dosponibili, quello dei transiti è quello che fornisce i risultati più precisi e richiede la strumentazione meno complicata di tutti. In pratica, quando la nostra linea di vista di trova quasi perfettamente lungo il piano orbitale del pianeta, questo, a intervalli regolari, apparirà transitare di fronte al disco della propria stella, togliendone un pezzettino della propria luce. Ecco quindi piegato come possiamo "osservare" un pianeta extrasolare: monitorando la luce della stella in funzione del tempo, un transito produce un calo di luminosità dalla forma caratteristica e la cui profondità dipende dal rapporto tra la superficie della stella e del pianeta. 
Con questa frase in pratica ho scoperto anche il più grande vantaggio della tecnica dei transiti: solo con questa, infatti, è possibile scoprire in modo esatto alcuni dati fondamentali del pianeta, tra cui il raggio, la massa e la sua densità media, nonché l'inclinazione orbitale. E' proprio con questa tecnica che Kepler ha potuto scoprire oltre 1000 pianeti, alcuni dei quali estremamente interessanti dal nostro punto di vista, perché potenzialmente simili alla Terra.

Questo, però, non è uno dei tanti posto divulgativi che ho fatto in merito, piuttosto uno stimolo rivolto a tutti i curiosi che vogliono capire come in pratica si rivela la presenza di un pianeta extrasolare in transito. 


Quanto sto per dire è un piccolo estratto modificato del mio libro "Come rivelare esopianeti con il proprio telescopio", che consiglio di leggere a chiunque sia interessato a questa branca della ricerca astronomica.
La rivelazione di un transito già noto inizia con un'attenta programmazione della sessione di fotometria. In pratica l'obiettivo è riprendere la stella attorno alla quale si trova il pianeta per tutta la durata del transito, nel modo più preciso possibile. La strumentazione utilizzata è alla portata di qualsiasi astronomo dilettante: un telescopio newtoniano da 25 cm, una montatura equatoriale EQ6, una  camera CCD con sensore monocromatico, senza porta antiblooming, SBIG ST-7XME, che ormai si trova usata a un costo inferiore a quello di una reflex di medio livello, e un filtro passa infrarosso da 700 nm per escludere gli effetti atmosferici legati alle basse lunghezze d'onda (estinzione e rifrazione differenziale). 
Mi sono quindi scelto il pianeta che volevo rivelare, in questo caso TrEs-4, ho letto le effemeridi e ho iniziato a fare delle esposizioni di luce da un'ora prima a circa un'ora dopo il previsto transito. Requisito delle esposizioni: più lunghe di 60 secondi per ridurre il disturbo atmosferico, ma non troppo lunghe da saturare la stella da studiare (nel caso si può anche sfocare per allargare la PSF stellare sul CCD). Conteggi di picco consigliati: tra 30 e 40 mila, su una dinamica di 16 bit. Prima dell'inizio della sessione ho acquisito i flat field (fondamentali) e i dark  frame. Tutto qui.

In fase di elaborazione, invece di applicare tutta la marea di filtri e operazioni che necessitano le fotografie estetiche, ho solo aperto la serie di scatti alla stella e li ho calibrati con un master dark frame e un master flat field. Nessun allineamento, nessuna media, nessun filtro. I nostri dati sono pronti e possiamo, insieme, vedere come estrarre un'informazione fotometrica estremamente precisa (dell'ordine del millesimo di magnitudine) che ci permetterà di osservare l'impronta lasciata dal nostro pianeta sulla luce della propria stella.

 Cominciamo allora con lo scaricare i dati fotometrici che ho acquisito durante quella serata a questo indirizzo: http://www.danielegasparri.com/TrEs-4\_transit.zip 
Sono stato gentile e nella cartella "calibrated" ho fornito già le immagini calibrate con master dark frame e master flat field. Per chi volesse divertirsi nella calibrazione delle immagini grezze, nel file scaricato è presente tutto, compreso un readme che spiega brevemente come usarle. Bene, ecco i passaggi da fare sulle immagini calibrate. Per semplicità considero il software MaxIm DL, molto usato dagli astrofotografi e che si può scaricare e usare gratis per 30 giorni qui.
  • Aprire tutte le immagini della sequenza in Maxim DL;
  • Aprire la schermata per la fotometria differenziale (Analyze --> Photometry);
  • Selezionare new object e cliccare sulla stella con l'esopianeta in transito. La fotometria per costruire le curve di luce di esopianeti si fa in modalità differenziale: non misuriamo le magnitudini apparenti ma le differenze di magnitudini in funzione del tempo, riferite a stelle nello stesso campo, non variabili e con la giusta luminosità (non troppo deboli e non saturate). Questa tecnica aumenta la precisione e semplifica moltissimo i calcoli da fare, evitando le fastidiose trasformazioni e i coefficienti di estinzione della fotometria classica. A questo punto, allora, dobbiamo aggiungere le reference star come riportato nella figura sottostante. Ogni volta che si seleziona una stella verificare la sua luminosità di picco nella finestra Information. Le reference star sono le stelle di riferimento appena descritte per vedere come (e se) varia la luminosità del nostro astro in funzione del tempo. In questo caso fidatevi della mia scelta perché ho provveduto a controllare che tutte le reference abbiano giusta luminosità, giusti colori e mancanza di variabilità (ma potete provare a cambiare!);
  • Impostare le seguenti aperture fotometriche (click con il tasto destro su una parte qualsiasi dell'immagine): Aperture radius = 6, Gap Width = 6, Annulus Thickness = 8. Queste servono per stimare l'intensità netta delle stelle (dette anche magnitudini strumentali), escludendo il contributo del fondo cielo, che viene misurato nell'anello esterno delle aperture;


  • Visualizzare il grafico (View Plot) . Ecco il transito, ben evidente, di un pianeta extrasolare. Non lo vediamo? Eppure c'è! Vedete la luminosità della stella che a sinistra inizia a diminuire, poi si mantiele stabile e nella parte estrema destra ritorna a crescere? Questa forma trapezoidale è proprio l'impronta tipica di un corpo celeste oscuro che transita di fronte alla propria stella, un po' come accade nel nostro Sistema Solare durante i transiti di Mercurio e Venere. Stiamo osservando davvero una specie di eclisse che si verifica a centinaia di migliaia di miliardi di chilometri di distanza! Non sarà una bellissima foto, ma questo grafico, a me, comunica un'emozione che nessun altro bello scatto è riuscito a regalare in venti e più anni di astronomia. Difficile credere che tutto questo derivi da immagini esteticamente brutte come quelle appena analizzate, vero? Bene, abbiamo imparato una cosa fondamentale, che ci serve anche nella vita di tutti i giorni: le cose più preziose sono spesso nascoste all'apparenza. 


      Non è ancora finita. Facciamo un'altra prova: Cosa succede se come Obj1 si seleziona la stella indicata dalla freccia nella figura seguente al posto dell'astro che ospita l'esopianeta in transito? Com'è la curva di luce di questo astro? E' costante oppure mostra un andamento periodico simile a quello di una sinusoide? Ecco, abbiamo appena scoperto anche una nuova stella variabile (calmate gli entusiasmi, l'ho scoperta io ed è già registrata da diversi anni a mio nome!)


  • Provare a cambiare, a piacimento, aperture e stelle di riferimento per comprendere come varia il grafico. E' possibile migliorarne la precisione, o la combinazione suggerita è la migliore per estrapolare tutto il segnale raccolto?

    Queste che abbiamo eseguito sono solo le operazioni preliminari che servono a vedere in modo grossolano se il transito c'è oppure no. In realtà questa curva di luce un po' rozza ancora deve essere ripulita un po' e modellata perché contiene una miriade di dati in merito alle proprietà fisiche e orbitali del nostro pianeta.

    La curva di luce sistemata e "fittata" dalla quale si possono ricavare molte informazioni sul pianeta.

martedì 15 dicembre 2015

Quanto è denso il Sole?

Il Sole è una stella con caratteristiche molto comuni nell'Universo e pur non essendo né la più grande, né la più massiccia, ha dalla sua parte dei numeri di tutto rispetto. Con un raggio di 695 mila chilometri, ad esempio, è oltre 100 volte più grande della Terra e oltre 500 mila volte più massiccio. E' un'immensa sfera di gas, composta per il 70% della massa da idrogeno e per il 28% da elio, priva di qualsiasi superficie solida. Lo strato che emette gran parte della luce che osserviamo, chiamato fotosfera, ha una temperatura di 5500 °C, circa uguale a quella del nucleo terrestre. 
Andando in profondità e arrivando fino al nucleo, la temperatura supera lo stratosferico valore di 15 milioni di gradi, qualcosa per noi umani davvero inconcepibile. Il suo motore brucia migliaia di miliardi di idrogeno ogni secondo e produce un'energia miliardi di volte quella prodotta dal genere umano in tutta la sua esistenza.
Potrei continuare a stupire con numeroni, ma invece scelgo di percorrere una diversa strada e stupire in altro modo. Siamo infatti sicuri che tutti i numeri associati al Sole siamo incredibilmente grandi?

L’astronomia, in realtà, è la perfetta unione degli estremi, dell’infinitamente piccolo e dell’infinitamente grande, di numeri esageratamente grandi e altri sorprendentemente piccoli.
Consideriamo la densità media, ad esempio. Potremmo pensare che il Sole, con tutta quella materia, sia una sfera densa e concentrata più del ferro o del piombo. Con grande stupore, invece, scopriamo che è pari a 1,4 g/cm³, appena il 40% superiore a quella dell’acqua. La densità media della Terra è 4 volte superiore, pari a 5,5 g/cm³.
Tra i corpi del Sistema Solare, la Terra è in effetti il più denso di tutti. Il più leggero? Saturno; la densità è il 30% inferiore a quella dell’acqua, tanto che potrebbe galleggiare in un ipotetico, quando irrealizzabile, oceano che lo potesse contenere.

Nel caso del Sole, lo studio della sua densità in funzione della profondità ci può dare un’idea migliore di come sia distribuita la materia. Al centro, infatti, dove si svolgono le reazioni che producono l’energia osservata, la densità della materia è elevatissima, ben 160 volte maggiore dell’acqua.
Ma se la densità media è vicina a quella dell’acqua, significa che in prossimità della superficie la materia solare debba essere veramente rarefatta per compensare i grandi valori del centro.
In effetti, la fotosfera solare, lo strato che possiamo osservare con un filtro solare e che emette quasi la totalità della luce che riceviamo, ha una densità alcune volte inferiore all’aria che possiamo respirare qui sulla Terra!
Sembra assurdo che uno strato apparentemente così consistente, nel quale si sviluppano macchie solari e imponenti moti convettivi, sia in realtà estremamente rarefatto, ma a volte, in astronomia, l’apparenza inganna, e ne avremo altri esempi nel corso di questo volume.

venerdì 11 dicembre 2015

Nuove straordinarie immagini da Plutone

La sonda New Horizons, ormai a centinaia di milioni di chilometri da Plutone, continua a inviare le migliaia di immagini che ha ripreso durante l'incontro ravvicinato dello scorso Luglio e c'è da rimanere ancora più a bocca aperta. Stiamo infatti osservando le migliori riprese mai ottenute di Plutone, con una risoluzione di circa 80 metri per pixel che non sarà di certo superata almeno per i prossimi 20 (ma anche 50) anni.

Montagne di ghiaccio che si affacciano su un bacino congelato. Non è un tipico panorama Lappone, ma la nuova straordinaria immagine di New Horizons.
 
Il dettaglio inquadrato da questa immagine è davvero spettacolare e testimonia sia la complessa geologia di Plutone, a cui nessuno era preparato pensando a un oggetto posto a oltre 4 miliardi di chilometri dal Sole, sia la grandissima qualità delle riprese raggiunta dalle sonde di esplorazione interplanetaria. Immaigni con questa risoluzione, infatti, sono state ottenute solo per Marte, la Luna e un paio tra asteroidi e comete, ma solo dopo anni di tentativi. L'enorme lontananza di Plutone ha richiesto l'assemblaggio di una sonda in grado di ottenere al primo e unico colpo ciò che per altri corpi celesti ha richiesto decine di anni e altrettante spedizioni.

Dal lato prettamente fisico/geologico, questo scatto rivela una marea di dettagli e solleva molte domande. Le montagne in alto sembrano essere dei giganteschi blocchi di ghiaccio duro, probabilmente composto per buona parte (o del tutto) di acqua, che si stagliano su una vasta e frastagliata pianura composta da lastroni di ghiaccio estesi per centinaia di chilometri, probabilmente fatti da materiale più friabile (azoto, ammoniaca, metano?). Le spaccature delle lastre e la concentrazione delle montagne a formare una vera e propria catena montuosa fanno pensare a qualche fenomeno di tettonica a zolle, in cui le placche sono fatte da elementi ghiacciati e possono muoversi su qualcosa che nelle profondità è liquido o semi-liquido.
Queste, però, sono poco più che supposizioni, perché una cosa è certa: la geologia di Plutone è molto complessa e diversa da quella terrestre, quindi deve essere per buona parte riscritta. Qual è infatti la forza che farebbe muovere le montagne e le pianure di ghiaccio? L'interno di Plutone potrebbe essere ancora abbastanza caldo per riscaldare questi elementi fino allo stato liquido o semi-liquido? Se fosse così saremmo di fronte a un pianeta dal comportamento simile alla Terra, solo che al posto delle rocce solide troviamo il ghiaccio e la parte del magma è svolta dai ghiacchi liquefatti sotto la spessa crosta ghiacciata.

Il fenomeno del criovulcanesimo, così sono chiamate le attività che coinvolgono elementi volatili e relativamente freddi come l'acqua liquida al posto del nostro magma, non è una novità per i corpi della fascia di Kuiper, sia dal punto di vista osservativo che, ancora prima, teorico. Tutto dipende da quanto calore questi corpi celesti contengono al loro interno, quindi in definitiva dalla loro massa. Il calore interno di un corpo celeste roccioso dipende in gran parte dal decadimento degli elementi radioattivi intrappolati, come l'Uranio (ma non solo). La quantità necessaria per mantenere caldo l'interno, dopo 4,6 miliardi dalla formazione, dipende dalla massa del corpo celeste (almeno in prima approssimazione). Sappiamo di certo che oggetti come Plutone sono troppo poco massicci per avere oggi un calore residuo in grado di mantenere una temperatura interna sufficientemente alta per generare fenomeni di vulcanesimo caldo che competono alla Terra. Tuttavia, per avere i criovulcani non è necessario raggiungere temperature interne di migliaia di gradi, basta stare intorno agli zero gradi per avere, ad esempio, acqua liquida sotto la crosta superficiale e assegnarle quindi il compito che sulla Terra è svolto dal magma.

Non è allora difficile immaginare che su Plutone così come su Tritone, l'unico altro oggetto della fascia di Kuiper osservato direttamente (anche se "ora" è un satellite di Nettuno), siano stati attivi e lo siano ancora fenomeni di criovulcanesimo o addirittura una vera e propria tettonica a zolle che modella la superficie, crea montagne, valli, spaccature e persino terremoti.
Ecco allora che queste immagini così dettagliate possono riuscire a far luce su uno dei grandi interrogativi che riguardano la complicata geologia dei corpi remoti del Sistema Solare. Inoltre, come sappiamo, la presenza di acquia liquida in modo stabile può rappresentare un abiente favorevole alla nascita della vita così come la conosciamo e se nelle prfodondità ce ne fosse in abbondanza, allora...

Senza spingerci in prematuri voli pindarici (il ruolo mi impone prudenza, ma voi potete pure farlo!), ammiriamo questa immagine, che la NASA ha promesso essere solo la prima di una lunga serie di spettacolari riprese, con il maggiore stupore dato dalla consapevolezza che questi dettagli potrebbero nascondare una storia unica e interessante, che solo noi uomini del ventunesimo secolo possiamo scoprire per la prima volta, stando comodamente seduti sul nostro comodo divano.

Per vedere altre immagini: https://www.nasa.gov/feature/new-horizons-returns-first-of-the-best-images-of-pluto

giovedì 10 dicembre 2015

Perché non regalare un libro per Natale?

Tempo di Natale, tempo di regali. Perché non pensare di fare un regalo utile come un libro?  Un libro è un oggetto molto economico, non deve essere ricaricato ogni giorno, non richiede un abbonamento mensile, può essere portato dove vogliamo ed è in grado di farci imparare cose nuove, aprire la mente e volare verso posti che ora non possiamo neanche immaginare. Un libro può diventare il nostro confidente, un'ottima valvola di sfogo, una porta per altri mondi, un pilastro su cui costruire la nostra personalità e raggiungere i nostri sogni. Un libro non scade e non passa di moda e se si usura al punto da doverlo buttare vuol dire che ci ha regalato sogni e avventure meravigliosi, per gran parte della nostra vita.

Sperando di fare cosa gradita, permetto allora di consigliarvi qualche mio titolo, magari lo potrete trovare utile per perdervi senza problemi tra le meraviglie dell'Universo.


Libri per i giovani appassionati:

Che spettacolo, ho visto Saturno!  è una guida semplice, divertente e approfondita su come iniziare a osservare il cielo, partendo dalle costellazioni visibili a occhio nudo fino ad arrivare a fare bellissime osservazioni con il nostro nuovissimo telescopio.

La spettacolare vita delle stelle descrive l'avventurosa e sorprendente vita delle stelle, dalla loro nascita alla loro fine, a volte spettacolare. Alcuni astri vivono per centinaia di miliardi di anni, altri possono esplodere e risultare visibili da ogni angolo dell'Universo, inondandolo di pericolosi raggi gamma. Cosa sono? Sono pericolosi per la nostra fragile Terra? Lo scoprirete solo leggendo il libro!

Attraverso l'Universo, sulle spalle di un raggio di luce, è un viaggio che un giovane appassionato di astronomia compie con suo padre, che lo porterà dai nostri pianeti fino ai confini dell'Universo, alla scoperta dellle incredibili proprietà di questo spazio che a noi sembra vuoto ma che in realtà custodisce migliaia di segreti, alcuni dei quali potranno rappresentare la nostra ancora di salvezza per tutti i problemi presenti e futuri.


Libri di astronomia pratica per tutti gli appassionati:

Primo incontro con il cielo stellato è la guida per iniziare a osservare il cielo più completa nel panorama italiano. Adatta sia per chi inizia a interessarsi dell'astronomia pratica che per chi invece ha già un telescopio ma non lo sa ancora usare bene. Troveremo anche mappe celesti e una lista di oltre 140 oggetti da osservare con il nostro strumento. Sembrano pochi? Ancora non li ho osservati tutti neanche io che guardo il cielo da 20 anni!

Tecniche, trucchi e segreti della fotografia astronomica è il manuale dedicato alla fotografia del cielo più recente e completo in Italia. Descrive passo passo come immortalare i corpi celesti più spettacolari (a esclusione dei pianeti per i quali rimando al prossimo libro!) partendo dalla semplice fotocamera mal appoggiata su un traballante treppiede fino a svelare i trucchi e i segreti dei migliori astrofotografi. Stelle, nebulose e galassie non avranno più segreti per noi... E la spedizione è gratuita!

Tecniche, trucchi e segreti dell'imaging planetario descrive in modo accurato e semplice tutte le fasi, le tecniche e i piccoli segreti che servono per riprendere nel migliore dei modi i corpi del Sistema Solare in alta risoluzione attraverso il proprio telescopio e una camera planetaria o una webcam. Fotografare Giove o Saturno bene quanto i più grossi telescopi di soli 20 anni fa ora è possibile e vi sbalordirete della loro incredibile bellezza.

Come rivelare (o rilevare, fate voi) esopianeti con il proprio telescopio propone una delle attività di ricerca più importanti e straordinarie che un astronomo dilettante possa fare: "osservare" o scoprire pianeti di altre stelle con la propria strumentazione adatta per fare foto astronomiche. E' un po' impegnativo, quindi è consigliato a chi ha già dimestichezza con il telescopio e la fotografia astronomica.


Libri di astronomia teorica per tutti gli appassionati:

Vita nell'Universo: eccezione o regola? è il saggio più completo e aggiornato in lingua italiana su uno dei più intriganti, discussi e ancora ignoti argomenti di astronomia: cè vita al di fuori della Terra? L'abbiamo trovata? Dove la stiamo cercando? Vedremo che siamo più vicini alla risposta di quanto si potesse immaginare solo 10 anni fa e la vita extraterrestre potrebbe essere più vicina di quanto pensiamo.

Nella mente dell'Universo è un libro che parte dall'infinitamente piccolo per arrivare all'infinitamente grande e cerca di raccontare lo straordinario funzionamento dell'Universo e delle leggi della fisica che lo governano. C'è qualche formula, ma niente di complicato e non servono di certo a capire il messaggio che cerca di comunicare questo volume: uscire dalla visione antropocentrica dell'Universo come qualcosa costruito a nostra immagine e somiglianza e analizzarlo invece con metodi e strumenti oggettivi che ce lo facciano vedere per quello che è e non per quello che pensiamo o vogliamo che sia. Vi garantisco che alla fine ne usciremo sconvolti e con una visione ben più ampia del mondo che ci circonda.

Vent'anni sotto il cielo stellato: Avventure ed emozioni dalla passione di una vita è un libro-biografia che racconta i momenti più importanti, emozionanti, avventurosi e pericolosi della mia vita passata sotto le stelle. Partiremo per viaggi pericolosi nella selvaggia Australia alla caccia di un'eclisse di Sole e del cielo australe; ci perderemo tra i ghiacci della Lapponia, all'interno del circolo polare artico, alla caccia delle aurore, nonostante temperature inferiori a -20°C. In alcune circostanze rimarremo invece sotto casa, perché per meravigliarsi dell'Universo spesso basta solo ricordarsi di alzare lo sguardo verso l'alto e prendersi 10 minuti di pausa dalla nostra frenetica vita di tutti i giorni.

Questi sono solo dei consigli: per la lista completa cliccate qui.
Buone feste a tutti!

martedì 8 dicembre 2015

Marte "presto" avrà un sistema di anelli

Phobos è una delle piccole lune di Marte ed è il satellite che orbita più vicino al proprio pianeta in tutto il Sistema Solare. Con una forma irregolare e un diametro massimo di 26,8 km, si pensa che sia un piccolo asteroie un tempo catturato dalla forza gravitazionale del pianeta rosso.
La sua orbita, quasi perfettamente circolare, avviene a circa 9000 km di distanza dal centro del pianeta, ovvero a  poco meno di 6000 km dalla superficie. Il suo moto nel cielo marziano è così veloce che impiega appena 7 ore e 39 minuti a fare un'orbita completa.
La particolarità è che un osservatore sulla superficie marziana, a causa del veloce moto orbitale
rispetto alla durata del giorno marziano (poco più di 24 ore) vedrebbe il piccolo satellite sorgere a ovest e tramontare a est, con un moto apparente contrario a quello delle stelle. Inoltre, durante il suo cammino nel cielo si vedrebbero di fatto quasi tutte le fasi: il satellite potrebbe sorgere pieno e tramontare nella fase nuova; un po' strano rispetto al comportamento della nostra Luna, vero?

Questo strano comportamento, unico nel Sistema Solare, è destinato però a durare ancora poco. Si sa da diversi decenni che Phobos è ormai spacciato, ma solo da qualche settimana si è avuta la conferma che il piccolo satellite potrebbe aver già oltrepassato il suo punto di non ritorno e aver iniziato il lento (per noi umani) processo di distruzione.

Il responsabile del destino dell'ex asteroide catturato da Marte è Marte stesso, attraverso quella che viene chiamata forza mareale, che anche noi terrestri sperimentiamo a causa della presenza della Luna responsabile dell'innalzamento periodico dei nostri bacini idrici.

La forza di marea è in sostanza il normale risultato della forza di gravità quando viene applicata a oggetti celesti non più punfiformi come nei classici esercizi di fisica ma con una certa estensione che non è più trascurabile rispetto alla loro separazione. Quando due corpi celesti orbitano a distanze ravvicinate l'uno dall'altro, la forza di gravità sentita dalle loro superfici può variare anche di molto a seconda se si misura sulla parte più vicina o più lontana.
Nel caso ideale di due corpi con massa identica la forza mareale sentita dall'uno è uguale a quella subita dall'altro, ma nella maggioranza dei casi le masse non sono le stesse, quindi il corpo celeste meno massiccio, come una Luna, sente una forza molto maggiore perché creata da un oggetto ben più massicco (il pianeta).
In gergo si dice che la forza di marea è una forza differenziale, che produce come effetto uno stiramento del corpo celeste che la subisce maggiormente, perché la sua superficie sente in modo differente la forza di gravità e tende a subire forti stress, tanto maggiori quanto minore è la distanza che lo separa dal corpo più massiccio responsabile della forza di marea.

Portando al limite questo ragionamento, possiamo arrivare a disegnare attorno ai corpi
celesti delle regioni che possono segnare il destino di qualsiasi oggetto esteso che decida di oltrepassarle. Il cosiddetto limite di Roche è rappresentato proprio dalla superficie immaginaria che separa una regione relativamente stabile da una, più interna, in cui qualsiasi corpo celeste esteso è destinato a distruggersi a causa della crescente forza di marea che sente.

Cosa succede quando una luna supera il limite di Roche lo possiamo capire osservando Saturno. Il suo immenso sistema di anelli si pensa sia il risultato di un piccolo satellite che a un certo punto si è ritrovato a orbitare troppo vicino al gigante gassoso. A quel punto la forza di marea era così forte che ha distrutto in miliardi di pezzi la luna e ha creato, con i soi resti, quel meraviglioso sistema di anelli.

Cosa c'entra tutto questo con Marte e Phobos? C'entra, perché di fatto, considerando le opportune differenze, possiamo considerare il sistema Marte-Phobos come una fotografia di Saturno poco prima che acquisisse gli anelli che tanto lo caratterizzano. 
Il piccolo satellite di Marte è infatti pericolosamente vicino al limite di Roche del pianeta rosso e di fatto è iniziata la sua lenta e inesorabile distruzione. La forza di marea tira verso di sé la porzione di superficie rivolta verso Marte con una forza ormai quasi uguale di quella che tiene insieme il satellite.

Fino a questo momento nessun aveva capito quanto fosse vicina la fine di Phobos, ma alcune recenti simulazioni, confrontate con alcune caratteristiche peculiari della superficie, non lasciano scampo: il satellite ha già iniziato la sua distruzione. In particolare, è la presenza di alcune lunghe strisce superficiali ad aver fatto scattare "l'allarme". Una volta considerate le cicatrici di un antico impatto che l'aveva quasi distrutto, la nuova interpretazione di Terry Hurford, del NASA’s Goddard Space Flight Center, suggerisce invece che queste siano le migliori indicazioni sul fatto che il satellite abbia intrapreso il punto di non ritorno e mostri i primi segni di un cedimento strutturale inevitabile che lo porterà, nel giro di 30-50 milioni di anni, alla sua completa distruzione.
"Smagliature" su Phobos indicano distruzione imminente.

In pratica, è come se prendessimo un pezzo d'argilla o di plastilina di forma circa tonda e cominciassimo a tirare le estremità con una forza crescente. Questo all'inizio inizierà ad allungarsi, poi inizierà a manifestare delle smagliature sulla sua superficie, simile a quelle che possiamo osservare nell'immagine a sinistra di Phobos, segno imminente di una inevitabile rottura. Questo è l'effetto della forza di marea mano a mano che ci si avvicina al limite di Roche.

La forza di marea di Marte, infatti, non solo sta sottoponendo a fortissimi stress la struttura del satellite ma lo sta anche facendo avvicinare a un ritmo di 2 metri ogni secolo, quindi è solo una questione di tempo prima che il limite di Roche, già ora molto vicino, venga superato e la luna venga distrutta. Hurford ha anche trovato indicazioni sul fatto che Phobos, a causa della sua piccola massa, non sia un oggetto compatto ma un corpo celeste formato da un mero aggregato di rocce tenute insieme solo dalla loro tenue e reciproca gravità e ricoperto da un centinaio di metri di regolite, una polvere sottile che nasconde la vera natura del satellite. La scarsa coesione del materiale di cui è composto Phobos faciliterà non poco l'operazione di distruzione mareale di Marte nei prosismi milioni di anni.

Il destino di Phobos è quindi scontato ed è un peccato che noi non lo potremo osservare (a meno che non abbiamo in programma di vivere per milioni di anni). Quando il satellite verrà distrutto, parte dei suoi detriti si andranno a disporre in un anello che circonderà Marte per migliaia o milioni di anni. Il Sistema Solare, orfano di una minuscola e insignificante luna, avrà guadagnato un pianeta che nel surreale silenzio dello spazio vuoto mostrerà agli eventuali superstiti della Terra uno straordinario sistema di anelli, una prova spettacolare del fatto che il Cosmo, anche nella distruzione, sa essere di un'eleganza ineguagliabile.

venerdì 4 dicembre 2015

La materia oscura è anche intorno a noi!

La materia oscura è uno dei più grandi misteri dell'astrofisica. Tutto quello che possiamo osservare con i nostri telescopi, infatti, appartiene alla cosiddetta materia luminosa o, in gergo, barionica. Tuttavia, sono ormai diversi decenni in cui ci si è accorti che questa rappresenta una piccola percentuale della materia effettivamente presente nell'Universo. Il resto è qualcosa che nessuno ha la più pallida idea di cosa sia, da qui il nome di materia oscura.

Quasi nessuno ormai mette in discussione l'esistenza della materia oscura perché le prove indirette della sua esistenza sono enormi e senza di essa addirittura no esisterebbe nemmeno l'Universo come lo conosciamo. Questa, infatti, se è del tutto invisibile ai nostri telescopi non lo è per l'Universo. In particolare, pur non interagendo con la controparte visibile, anche la materia oscura produce e sente la forza di gravità ed è in questo modo che l'abbiamo dapprima ipotizzata e poi addirittura mappata, in certi ambienti dell'Universo.

La materia oscura è necessaria per spiegare moltissime cose: la velocità di rotazione delle stelle attorno alle galassie a spirale è troppo elevata se consideriamo la gravità generata dalla materia visibile, ovvero stelle, polveri e gas. Persino il nostro Sole, che orbita attorno al centro a circa 200 km/s, sarebbe stato espulso dalla Galassia se fosse stata fatta solo della materia che possiamo vedere.
Gli ammassi di galassie, oggetti gravitazionalmente legati tra di loro, si muovono anch'essi troppo velocemente se la forza di gravità fosse generata solo dalla materia visibile. Ancora, ci sono fenomeni di lensing gravitazionale che prevedono l'esistenza di una grandissima quantità di materia che non possiamo vedere. Quest'ultimi sono molto importanti per mappare la sua distribuzione.

Il fenomeno di lensing gravitazionale è in linea di principio quasi facile da capire. La presenza di una grande quantità di massa che produce un'enorme forza di gravità ha la spettacolare proprietà di distorcere lo spazio-tempo. In parole povere, una grande concentrazione di materia riesce a deviare la luce di una sorgente lontana come se formasse una gigantesca lente cosmica, di una quantità legata alla massa che distorce quella porzione di cielo. Attraverso l'osservazione di questi fenomeni di lente gravitazionale, quindi, è possibile stimare con ottima precisione la massa necessaria a deviare la luce della sorgente lontana della quantità osservata.

La materia oscura non è solo necessaria per giustificare il comportamento delle strutture cosmiche attuali ma anche per gustificare la loro stessa esistenza: un Universo costituito solo di materia visibile, nella percentuale che osserviamo, non avrebbe sviluppato ammassi di galassie, galassie e forse persino stelle, di certo non nel modo in cui possiamo vedere oggi. 

Se quindi la materia oscura sembra esistere, nessuno sa al momento di cosa sia fatta. Qualcuno tempo fa aveva ipotizzato fosse composta da neutrini, particelle sfuggenti che vengono emesse da ogni processo nucleare e che in effetti sono quasi impossibili da rivelare. Tuttavia, i neutrini da soli non bastano perché hanno masse troppo piccole e velocità troppo grandi. Non si sa quindi ancora di quali particelle esotiche sia composta l'85% della materia dell'intero Universo (questa è la percentuale della materia oscura!), ma sappiamo che è ovunque, persino nei dintorni della Terra. Ed è questa la scoperta più recente e sorprendente, anche se in realtà non è proprio una scoperta effettuata con delle misure, ma il risultato di una simulazione.

Non c'è infatti alcun modo razionale per pensare che la materia oscura sia confinata solo nelle periferie di galassie e ammassi, anzi, questa è presente ovunque nell'Universo, persino nel Sistema Solare. Ebbene, considerando le sue bizzarre proprietà, in particolare il fatto che è in grado di attraversare un pianeta come la Terra come se non ci fosse (già!), ma di sentire la forza di gravità come la materia normale, Gary Prézeau, del Jet Propulsion Laboratory della NASA ha portato avanti un'interessante simulazione di come la materia oscura risponda all'interazione gravitazionale con corpi celesti piccoli e relativamente compatti come i pianeti. Il risultato è incredibile: attorno ai pianeti, al Sole e quindi anche alla Terra, la materia oscura assume i contorni di sottili e lunghissimi filamenti che si estendono fino a qualche milione di chilometri di distanza. La Terra, quindi, sarebbe circondata da una serie di lunghissimi capelli, o peli, di materia oscura, che non riusciamo a vedere ma che con qualche futura missione potremo indagare in un modo impensabile fino a poco tempo fa.

Se i risultati di questa simulazione sono corretti (e sembrerebbe proprio di sì), allora potremo infatti studiare direttamente la materia oscura mandando una sonda dove dovrebbero trovarsi questi filamenti, invece di limitarci a indagarla da lontanissimo negli aloni galattici e degli ammassi di galassie; questo, considerando la non interazione elettromagnetica, è infatti il metoto più inefficiente per capire di cosa sia fatta questa stranissima materia.
Non sappiamo ancora come poter rivelare particelle così debolmente interagenti, ma se ce l'abbiamo fatta con i neutrini, l'emblema dell'evanescenza, basterà trovare dei luoghi molto densi di materia oscura e in qualche modo riusciremo finalmente a capire da cosa è composta.

Naturalmente tra l'ipotizzare e il provare con le misure passeranno diversi anni, ma abbiamo costruito un altro piccolo pezzetto della rappresentazione dell'Universo per come è e non per come noi e i nostri limitati strumenti lo osservano. D'ora in poi, quindi, proviamo a immaginare di osservare la reale distribuzione di tutta la materia dell'Universo e sovrascriviamo la nostra poetica immagine mentale del pianeta azzurro immerso nel nero del cosmo con quella di un piccolo corpo celeste circondato da oscuri e lunghissimi filamenti di particelle che permeano tutto l'Universo e che anche in questo momento, con ogni probabilità, stanno attraversando il nostro corpo a migliaia ogni secondo.  Impressionante, vero?

Per approfondire: https://www.nasa.gov/feature/jpl/earth-might-have-hairy-dark-matter







martedì 1 dicembre 2015

Molto probabilmente non siamo l'unica specie intelligente dell'Universo



L’astronomo americano Frank Drake, negli anni 60 del secolo scorso, propose un’equazione semplice per cercare di stimare il numero di civiltà evolute nella Via Lattea, introducendo una serie di parametri e moltiplicandoli tra di loro.
Nella sua forma classica, l’equazione è questa:


A livello matematico non fa una piega, ma tra la matematica e la fisica c’è di mezzo la conoscenza della realtà. Indaghiamo il significato delle variabili e capiremo meglio cosa influisce sull’esistenza di una tale civiltà.
R* rappresenta il tasso di formazione di nuove stelle nella Via Lattea, un dato importante che può fornirci uno spaccato temporale dell’eventuale evoluzione della vita.
fp è la frazione di stelle che possiedono dei pianeti. È un parametro scontato, perché civiltà evolute hanno sicuramente bisogno di un corpo planetario.
ne rappresenta il numero medio dei pianeti in un dato sistema stellare che sono in grado di ospitare la vita, quindi, in prima approssimazione quei corpi celesti nelle condizioni simili alla Terra.
fl rappresenta la frazione di pianeti abitabili su cui si è effettivamente sviluppata la vita. Com’è facile intuire, questo è un valore molto difficile da stimare con le nostre attuali conoscenze.
fi è la frazione di quei pianeti in cui si è sviluppata la vita intelligente. A titolo di esempio Marte, che potrebbe ospitare forme di vita primitive, sarebbe escluso da questo conteggio.
fc rappresenta la frazione di quelle civiltà che sono in grado di comunicare direttamente o indirettamente.
L infine, è una stima della durata di una tale civiltà evoluta e/o del periodo in cui riesce a comunicare.

Detta in questi termini, l’equazione di Drake sembra solo un bell’esercizio matematico di dubbia utilità per la ricerca di vita intelligente perché per dirci quante civiltà possiamo scoprire richiede di conoscerne il numero e tutta una serie di parametri che non possiamo in alcun modo conoscere, ancora.
Tuttavia, in questi ultimi 50 anni la conoscenza dell’Universo, in particolare dei sistemi planetari, è passata dallo zero iniziale a un livello che per la prima volta ci consente di fare supposizioni sensate in merito all’esistenza di altre civiltà avanzate nell’Universo.
I parametri che ora conosciamo molto meglio di prima sono due: 1) La frazione di stelle che possiedono pianeti e 2) Il numero di pianeti in grado di ospitare la vita, ovvero che si trovano nella fascia di abitabilità.
Non c’è invece speranza per conoscere gli altri parametri, tra cui anche il tasso preciso di formazione di nuove stelle nella Via Lattea, quindi possiamo semplificare l’equazione di Drake accontentandoci di dare una stima delle civiltà avanzate che possono aver abitato l’Universo nel corso dei miliardi di anni invece di voler stimare il numero di civiltà che esistono in contemporanea alla nostra e che sono in grado di comunicare con noi.

Questa è l’obiettivo che si sono posti due ricercatori: Adam Frank dell’università di Rochester e Woody Sullivan dell’università di Whashington di Seattle.
Utilizzando le nuove conoscenze sul numero di pianeti e sulla frazione di questi che si trova nella fascia di abitabilità, hanno cercato di trovare un limite inferiore al numero di civiltà mai esistite nell’Universo. In questo modo non si deve più stimare il tasso di formazione stellare della Via Lattea né il numero di civiltà che esistono attualmente e che sono in grado di comunicare con noi e tantomeno la loro durata. Di fatto, la domanda non è più: quante civiltà esistono in contemporanea alla nostra e sono in grado di comunicare con noi, ma: qual è la probabilità che la nostra civiltà sia l’unica mai esistita nell’Universo osservabile?

Ecco, sebbene la risposta istintiva di ogni persona che conosce a grani linee quanto sia vasto l’Universo, nonché la base dei principi fisici su cui funziona, sarà sempre improntata ad affermare che noi non possiamo essere l’unica civiltà mai esistita in 14 miliardi di anni di storia del Cosmo, ora per la prima volta abbiamo un limite inferiore sotto cui sembra impossibile scendere. Anche volendo essere pessimisti all’ennesima potenza e affermare che la probabilità che un pianeta abitabile sviluppi forme di vita intelligenti sia di 10-24 ovvero di una su un milione di miliardi di miliardi (!), non sarebbe comunque abbastanza piccola da impedire l’esistenza di altre specie intelligenti in qualche parte dell’Universo, in un tempo qualsiasi della sua storia.

Chi mastica un po’ di proprietà dell’Universo, una probabilità così bassa non l’ha mai vista in nessun fenomeno conosciuto ed è per questo che a sensazione questo è davvero un valore minimo. Di fatto, è la presenza di pianeti nelle zone di abitabilità delle proprie stelle e l’esistenza della nostra specie a porre un limite inferiore alla probabilità dell’esistenza di altre forme di vita intelligenti; un numero che per quanto possa essere piccolo sarà sempre diverso da zero. E qualsiasi probabilità diversa da zero, in un ambiente la cui estensione spaziale tende (o lo è davvero) a infinito e quella temporale supera i 10 miliardi di anni, implica che l’evento associato si è ripetuto almeno un’altra volta al di fuori di noi, a voler essere davvero super pessimisti.
Frank e Sullivan hanno anche stimato che, se la possibilità che un pianeta nella zona abitabile sviluppi forme di vita intelligenti sia di una su 60 miliardi, allora nella Via Lattea non saremmo l’unica civiltà mai esistita.

Trovare dei valori più specifici richiederà ancora molto tempo e studi, ma di fatto l’articolo pubblicato da Frank e Sullivan sembra gettare per la prima volta le basi scientifiche affinché possiamo affermare con una certa confidenza di non essere gli unici abitanti intelligenti dell’Universo. E d’altra parte, una specie che abita su un pianeta comune, che orbita attorno a una stella normalissima, in un punto anonimo di una delle miliardi di galassie a spirale, fatta degli elementi più comuni dell’Universo, perché mai avrebbe dovuto essere l’unica mai esistita nel Cosmo?