Un post singolare

Potreste aver sentito che un buco nero “è una singolarità”. Se vi interessate di intelligenza artificiale, invece, potreste conoscere La Singolarità di quando verremo sorpassati dai robot. Perciò… ehm… robot dentro i buchi neri? In realtà ha tutto senso.

In matematica, una singolarità è un punto in cui una funzione fa qualcosa di singolare: diventa infinita, rompendo il suo consueto trantran. Prendiamo ad esempio la funzione 1/x. Quando x è 3 vale un terzo, quando x è 4 vale un quarto, è un qualche numero per qualunque x. Tranne 0. Non si può dividere per zero.

Quando una stella collassa in un buco nero, crea una singolarità diversa. Secondo la Relatività Generale, la massa piega lo spazio-tempo, più massa vuol dire più deformazione. Certe stelle hanno così tanta massa che, quando collassano, piegano lo spazio tempo fino a renderlo irriconoscibile. La materia, a quel punto, non può che cadere, avvicinandosi ad un singolo punto infinitamente piccolo ed infinitamente denso. Una singolarità gravitazionale, e la stella diventa un buco nero.

Ray Kurzweil è un famoso autore che scrive di tecnologia, che ha coniato “La Singolarità”. La Singolarità di Kurzweil è il momento in cui i computer diventeranno meglio di noi a progettare computer, che a loro volta creeranno computer migliori, accelerando sempre di più. Assomiglia un po’ all’accelerazione senza fine all’interno di un buco nero; e, come non possiamo vedere la singolarità di un buco nero, non possiamo prevedere cosa accadrà oltre La Singolarità. Perciò “La Singolarità” sarebbe tipo una singolarità. In più, il nome suona figo.

Quindi dove si può vedere una singolarità nel mondo reale? Sfortunatamente non si può proprio.

Le singolarità mostrano i limiti delle leggi fisiche. Prima di raggiungere quei limiti, però, si incontrano quelli materiali del mondo fisico. Prima di rompere le leggi astratte, si romperà qualcosa di concreto.

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Cover photo: CC0 Pascal Laurent/pixabay

Encelado: cronache di ghiaccio e maree

Un’illustrazione di Cassini in picchiata sui geyser di Encelado. credit: NASA/JPL

Cassini terminerà la sua missione ventennale a settembre. E vuole proprio andarsene in bellezza. In una conferenza stampa ieri, la NASA ha annunciato che la sonda, sorvolando Encelado (una luna di Saturno) nel 2015, ha trovato indizi che l’oceano di questa luna ghiacciata abbia quasi tutti gli ingredienti che pensiamo servano per la vita.

Encelado è un mondo affascinante, con una specie di versione ghiacciata dell’attività tettonica terrestre. Invece che placche di roccia, ha lastre di ghiaccio, e come la Terra, anche Encelado ha vulcani sulla superficie—ma eruttano acqua, che Cassini ha analizzato. Infatti, invece che sul magma, la sua superficie galleggia su un enorme oceano salato. Questo oceano, ha annunciato la NASA, sembra il miglior posto dove cercare la vita nel Sistema Solare.

Un’illustrazione dell’interno di Encelado: la sua crosta ghiacciata, il cuore roccioso e l’oceano nel mezzo. credit: NASA/JPL-Caltech

Ma Encelado, e tutte le lune ghiacciate di Giove e Saturno sono lontanissimi dalla zona abitabile del Sole! Non dovrebbero essere congelati del tutto?

In realtà, potrebbero sfuggire a questo freddo destino grazie ad un insolito aiuto: le maree. Per gli astronomi, le maree non sono altro che la differenza nell’attrazione gravitazionale tra due lati di un pianeta o luna. Per esempio, un lato di Encelado è inevitabilmente più vicino a Saturno dell’altro, perciò sente un po’ più forte l’enorme gravità del gigantesco pianeta. Siccome la gravità tira di più un lato dell’altro, la “forza di marea” che ne risulta lo stira un po’.

Muovendosi, Encelado cambia quale lato è più vicino a Saturno, e viene stirato e compresso in modi sempre diversi. Perciò la sua crosta, e soprattutto il suo nucleo roccioso, devono continuamente riassestarsi sotto questa forza. Varie parti devono muoversi, sfregando l’una contro l’altra. L’attrito tra loro scalda il pianeta in un processo chiamato tidal heating (riscaldamento con la marea).

Succede anche sulla Terra, con la forza di marea dalla Luna e dal Sole. Ma il nostro pianeta ha tantissimo calore residuo dalla sua formazione, abbastanza da fondere roccia al suo interno. Il tidal heating non fa molto da queste parti.

Per tenersi tutto questo calore, l’oceano di Encelado ha un altro insolito alleato: la chilometrica crosta ghiacciata che lo copre. Il ghiaccio è un buon isolante termico, e si comporta come una gigantesca coperta attorno all’oceano, tenendo il freddo vuoto cosmico fuori e il prezioso calore dentro.

Ci concentriamo sempre su che tipo di atmosfera debba avere un pianeta per ospitare la vita, o quanto lontano debba essere da qualche fredda e flebile stella. Ma una bella coperta cicciona di ghiaccio e intense maree potrebbero già dare una grossa mano.

Per saperne di più
  • La NASA, come al solito, ha messo assieme un’ottima pagina, ricca di informazioni su Encelado ed altri mondi oceanici
  • Mentre il tidal heating è sufficiente per mantenere l’oceano su alcune lune di Giove (come Europa), probabilmente non lo è del tutto per Encelado

 

Foto copertina: CC0 Tilgnerpictures/pixabay

Fenomenali poteri cosmici e minuscolo spazio vitale

Non sarebbe bellissimo portare l'universo in laboratorio? L’astronomia è una delle parti della fisica che più catturano la fantasia. Svelare i misteri dell’universo, d’altra parte, è indubbiamente affascinante. Purtroppo galassie e buchi neri non collaborano agli esperimenti.

Un gruppo di fisici, che fa capo all’Università Federico II di Napoli, sta lavorando ad una soluzione.

A quanto pare, catturare l’immensità cosmica in una manciata di atomi è un’altra delle incredibili proprietà del grafene. Il grafene è un sottilissimo foglio di carbonio, spesso appena un atomo, organizzato in esagoni, come cellette di un alveare. Perciò normalmente ogni celletta ha sei atomi, ma gli scienziati possono aggiungerne o toglierne uno qua e là, rendendoli così cinque o sette.

CC-BY-SA AlexanderAlUS via commons

La normale struttura del grafene fa sì che ci siano un po’ di elettroni (uno per atomo) liberi di andarsene in giro indisturbati. Ma le cellette con un atomo in più o in meno scompaginano il numero di elettroni a disposizione. Gli elettroni non se ne vanno più in giro spensierati, invece vengono attirati verso le celle con cinque atomi e respinti da quelle con sette. In questo modo si genera una piccola corrente all’interno del materiale.

Capirai… e allora?

Qui però arriva la figata: questa corrente si piega esattamente nello stesso modo in cui si deforma lo spazio-tempo secondo la Relatività Generale. Perciò, posizionando gli atomi nel modo giusto, si potrebbero simulare fenomeni cosmici spaventosamente grandi in apparecchi piccolissimi.

Un esempio di un wormhole in spazio-tempo bidimensionale. credit: telegraph.co.uk

I ricercatori, per esempio, hanno collegato due fogli di grafene simulando un wormhole—l’ipotetico tunnel che collega due regioni di spazio-tempo lontanissime, come in Interstellar.

La ricerca, per il momento, è solo teorica. Ma un prototipo pratico è dietro l’angolo. I ricercatori dicono che porterà un’enormità di applicazioni per dispositivi elettronici.

Personalmente, a me interessa anche la parte in cui posso tenere in mano le forze del cosmo (ok, simulate).

Per saperne di più
  • Il podcast scientifico Scientificast ha intervistato due dei ricercatori per farsi spiegare bene come funziona
  • Lo studio non è ancora stato pubblicato su una rivista. Mi par di capire che sia stato accettato, però, e intanto il manoscritto si trova qui

Foto copertina: CC-BY-SA Karl Wienand, (rielaborazione da felixioncool, WikiImages, skeeze)

Barzellette… quantistiche?

Moltissime barzellette, specie i giochi di parole, usano aspettative stravolte, doppi sensi ed ambiguità per far ridere. Prendiamo ad esempio questa:

Vi direi una barzelletta sulla chimica, ma non otterrei nessuna reazione.

Che la troviate divertente o no, è piuttosto chiaro che il perno è il doppio senso di “reazione”. E non potrebbe funzionare se, appena intesa la parola in un modo, ci dimenticassimo l’altro. È come se, nello svolgimento della barzelletta, “reazione” prendesse simultaneamente due significati incompatibili.

E sapete cos’altro si comporta contemporaneamente in diversi modi incompatibili tra loro? I buoni vecchi oggetti quantistici.

Quando misuriamo le proprietà di un sistema quantistico, il risultato dipende dal contesto. Come facciamo la misura conta, come anche in che modo avevamo preparato il nostro sistema per l’esperimento. Qualcosa di simile vale anche per una barzelletta: chi la racconta, come la racconta, e in che contesto può cambiarla da divertente ad offensiva. Seth Myers ha tutto un segmento basato su quello.

Secondo un recente articolo su Frontiers of physics (ricco di orribili freddure), le similitudini sono tali che la meccanica quantistica potrebbe aiutarci a studiare matematicamente l’umorismo. Come gli scienziati ci tengono a precisare, non è che le cose siano divertenti per via di qualche processo quantistico. Vuol solo dire che gli stessi strumenti matematici potrebbero funzionare in entrambi i casi.

Secondo questa interpretazione “quantistica”, quando raccontiamo una barzelletta, prepariamo una sovrapposizione di stato di una parola, che ora ha due significati contemporaneamente (come quel famoso gatto che è vivo e morto). Quando chi ci ascolta capisce la barzelletta, “misura” se è divertente, che è una proprietà completamente diversa (in termini quantistici, è un’altra base), ma è anche quella in sovrapposizione. Le regole quantistiche dicono che questa misura distrugge la sovrapposizione, in pratica sceglie uno dei risultati: la barzelletta fa ridere oppure è pessima. Quale risultato viene scelto dipende dall’ascoltatore, dal contesto, ecc.

Sembra una figata, anche se va tenuto presente che gli scienziati hanno ottenuto solo risultati preliminari e “non terribilmente sorprendenti” (parole loro) dagli esperimenti, perciò non è chiarissimo se il metodo funzioni nel mondo reale. Ad ogni modo, la comicità ha sfruttato la scienza per anni in film, TV e fumetti (giusto per fare qualche esempio). Potrebbe essere il momento della vendetta!

Per saperne di più
  • Dovessero servire più dettagli su tutta la faccenda del misurare proprietà quantistiche, la cosa migliore potrebbe essere dar un’occhiata ad uno dei tanti libri introduttivi sul tema. Oppure questo bel video

 

Foto copertina: CC0 Sandrine Rongère/pixabay

Che diavolo è un bosone?

Che le particelle siano strane non è proprio una novità. Ad esempio, si comportano (in un certo senso) come se girassero come una trottola. Però non si stanno muovendo affatto. E anche se lo facessero, a provare ad immaginare come lo fanno probabilmente ci si scioglierebbe il cervello, tanto è inconcepibile. Fortunatamente c’è però una proprietà che misura questo trottolare (anche se nulla si sta muovendo) e si chiama “spin”.

Alcune particelle si comportano allo stesso modo, non importa come le ruotiamo: quelle hanno spin 0. Altre ci si accorge quando vengono ruotate, e tornano esattamente uguali dopo un giro completo, come una trottola, hanno spin 1. Altre ancora tornano uguali dopo solo mezzo giro (quindi nient’affatto come una trottola): hanno spin 2. E così via.

La prima sfera è come una particella di spin 0 ed è sempre uguale, indipendentemente da quanto la si ruota, la seconda è come avesse spin 1 e torna uguale ruotandola di un giro completo, la terza torna uguale dopo mezzo giro, come una particella di spin 2.

Ma alcune particelle hanno tutto un altro livello di stranezza: sono particelle di spin 1/2, che tornano le stesse solo dopo aver fatto due giri completi. Tutti gli elettroni, i protoni e i neutroni in tutti gli atomi, tutti i quark ovunque nell’universo hanno spin 1/2.

Questo gruppo di particelle sono i fermioni. Una regola della meccanica quantistica, chiamata principio di esclusione, dice che due fermioni non possono mai essere esattamente nello stesso stato quantistico. Questo è quello che impedisce agli atomi di sciogliersi nel caos. In fondo, il principio di esclusione è il filo che tiene l’ordine dell’universo sospeso su un baratro di particelle indistinguibili.

Questa si può chiamare una sorgente a base di fermioni di radiazione di bosoni. Credit: pexels/pixabay

Le particelle con spin intero (0, 1, …) non hanno questa seccatura. Possono attraversare il mondo quantistico fregandosene di quello che fanno le loro sorelle. Se diversi fotoni (spin 1) uscissero contemporaneamente da un laser infinitamente piccolo sarebbero esattamente nello stesso stato quantistico.

I fotoni non escono da un laser esattamente allo stesso tempo, e non sono proprio nello stesso identico posto. Ma in linea di principio potrebbero esserlo, i fermioni no. CC-BY-SA Andrea Pacelli/flickr

Questo gruppo di particelle sono i bosoni. Il loro mestiere spesso è colpire altre particelle, facendo loro “sentire” un’interazione. I fotoni trasportano interazioni elettromagnetiche, il bosone di Higgs comunica il meccanismo di Higgs, che dà massa alle particelle, come spiega in questo video Don Lincoln del Fermilab (un po’ datato, ma comunque accurato).

Se, invece che con uno di questi “campi”, le particelle interagiscono tra loro, si scambiano bosoni “virtuali”, che vivono pochissimo, ma quella è un’altra storia.

E quindi, se ve lo state chiedendo, ognuno di noi è 0% bosoni.

Per saperne di più
  • Il grande Veritasium ha fatto un bel video spiegando meglio cos’è lo spin.

Cover photo: CC0 Pexels/Pixabay

Cerchi, cerchie e Pi Day

Il 14 marzo (3/14 nel calendario anglosassone) è Pi Day, la giornata mondiale del pi greco. Durante questa buffa festività, i nerd della scienza di tutto il mondo fanno operazioni inutilmente complicate e mangiano torte (in inglese, si legge “pài” sia il numero che pie, torta) per festeggiare che il rapporto tra circonferenza e diametro di ogni cerchio è 3.14152653… Da fuori può lasciare disorientati, ma è un po’ quello il punto.

Pi Day ha diverse ragioni, credo: Pi è un ottimo simbolo per la scienza, è un simbolo incredibilmente inclusivo ed unificante, ed è la cosa perfetta da trasformare in una festa nerd.

Iniziamo dal suo valore simbolico. Pi è molto riconoscibile, perché un po’ tutti ci si sono imbattuti ad un certo punto della propria istruzione. Questo vale anche per molte importanti costanti fisiche e matematiche. Tuttavia, le costanti fisiche non sono proprio assolutamente costanti (il loro valore dipende dalle unità di misura), in più sono spesso sgradevolmente grandi o piccole.

Le costanti matematiche, invece sono solo numeri, come 0 e 1. Perché non celebrare uno di questi due eccellenti numeri invece? Beh, perché Pi ha più spessore. Nessuno conosce tutto Pi perché è una sequenza infinita e sempre diversa di cifre. I numeri irrazionali come Pi (o la sezione aurea, e, o la radice di 2) sono tutti sfuggenti ed affascinanti, ma nessuno si può festeggiare quanto Pi.

Intanto, pochi (se ce ne sono) si possono scrivere come una data. Poi, nessuno è famoso come Pi, che è dannatamente onnipresente: dalla geometria che si fa a scuola alla meccanica quantistica, dal pendolo alla teoria dei numeri e della probabilità.

La sua ubiquità dimostra come i cerchi entrino proprio ovunque nella scienza: che qualcosa coinvolga veri cerchi (o sfere) o la trigonometria (nient’altro che cerchi ”travestiti Studenti di una scuola ordinati per altezza in un vecchissimo esperimento: seguono la caratteristica forma a campana della gaussiana.[/caption]

La gaussiana, in realtà, è la maniera ninja dei cerchi per intrufolarsi di nuovo sulla scena (per via di dettagli nei calcoli con cui non vi annoierò). E troviamo traccia del loro passaggio, indovina un po’, grazie a Pi.

Insomma, questo fantastico numero è ugualmente familiare ai matematici, come ai fisici, agli ingegneri, e a tutti gli scienziati, che lo usano quotidianamente. Allo stesso tempo, Pi compare quasi solo in contesti scientifici. Quindi, come simbolo, include tutte le branche della scienza, niente di meno, ma neanche niente di più.

Questo è anche il motivo per cui è ottimo materiale per una festa nerd. John Green ha dato una delle mie (pressappoco) definizioni preferite di “nerd”:

I nerd come noi possono essere entusiasti, senza ironia, delle cose. I nerd possono amare le cose, tipo saltare-su-e-giù-sulla-sedia amarle. Quando qualcuno chiama qualcun altro nerd, quello che stanno dicendo è più che altro “a te piacciono cose”, che non è per niente un insulto. Come dire “tu sei troppo entusiasta del miracolo della coscienza umana”.

Perciò cos’è più nerd che celebrare il fatto che una data si scriva come il rapporto tra circonferenza e diametro di un cerchio? Insomma, la festa non riguarda Pi, ma piuttosto incontrarsi, mangiare torte e trovare nuovi e creativi modi di calcolare questo numero sfuggente.

Come Natale in realtà parla di amore e famiglia, il Pi Day in realtà parla di comunità, di identità nerd, e di essere entusiasti, senza ironia, della scienza e della matematica. Non ci sono tanti giorni così, teniamoci buono questo.

Cover photo: CC-BY Bill Ward/flickr

Le superfici auto-pulenti

Per secoli abbiamo avuto sotto il naso (almeno quelli di noi che hanno foglie di loto attorno) il segreto per superfici perpetuamente antimacchia. Ma grazie alla fisica stiamo scoprendo come non pulire mai più, non importa cosa rovesciamo.

La chiave di tutto è come fa l’acqua ad attaccarsi, insomma, come fa la roba a bagnarsi.

Le molecole d’acqua sono fatte di idrogeno ed ossigeno. L’ossigeno ama gli elettroni e costringe i piccoli idrogeni che ha attorno a passarglieli. In questo modo la molecola acquista una piccola carica elettrica negativa da un lato ed una positiva dall’altro.

La densità media degli elettroni in una molecola d’acqua. L’ossigeno ci tiene ai suoi ed è avido di quelli degli altri, perciò tende ad avere più carica attorno. credit: Lawrence Livermore Laboratory

Avvicinandosi ad una superficie dal lato dell’ossigeno, la molecola d’acqua spinge un pochino via gli elettroni del materiale della superficie (e l’opposto avviene se si avvicina dal lato dell’idrogeno). La superficie prende temporaneamente una piccolissima carica opposta, che attrae immediatamente l’acqua. Insomma, la roba si bagna per via dell’elettricità.

CC-BY-NC-ND Thomas, via Flickr.

Ma le molecole d’acqua stanno attaccate anche tra loro. Se questa forza è più forte di quella che le attacca alla superficie, si appallottolano in una gocciolina e rotolano via. I materiali che creano questo fenomeno si chiamano idrofobici, che significa “ che temono l'acqua“… anche se sarebbe più corretto dire che è l’acqua a temerli!

Rivestimenti speciali, come quelli delle padelle antiaderenti possono rendere una superficie idrofobica. Ma c’è una via migliore— quella della fisica

Prendete una foglia di loto: è coperta di gobbette e creste, piccole fino a pochi atomi. Le gocce d’acqua non hanno abbastanza contatto da potersi attaccare bene, perché toccano solo la cima di poche gobbette. Semplificando un po’, questo fa sì che la coesione all’interno della goccia “vinca”, tenendola appallottolata. Rotolando via, poi, raccatta tutto lo sporco che trova.

Uno schemino di come una goccia d’acqua sta sulla microstruttura di una foglia di loto.

Studiando queste foglie, gli scienziati hanno scoperto il trucco e l’hanno usato per creare materiali con gobbette e creste simili. Con questi materiali che non si bagnano e non si sporcano mai si possono fabbricare strumenti chirurgici che non si sporcano di sangue o gabinetti che non serve pulire, risparmiando acqua in posti dov’è scarsa.

Per saperne di più
  • Questo post è parte di una serie in corso sulle forze molecolari e come si bagnano le cose. Trovate gli altri episodi qui
  • In realtà, anche la forma delle gocce d’acqua è importante: le foglie di loto, col vapore, si bagnano tantissimo
  • Leggendo in giro ho trovato questo coltello idrofobico che taglia l’acqua. Che figata è?!

 

Foto copertina: CC0 yang pin/pixabay

Il jazz e l’atmosfera degli esopianeti

L’atmosfera di un pianeta è la chiave per renderlo abitabile, perciò dovremo studiarle bene per scoprire se i pianeti che scopriamo sono abitabili. Gli esopianeti sono troppo lontani per mandarci delle sonde, come facciamo con Marte o le lune di Giove, ma comunque gli scienziati possono studiarle da qua, guardando a come bloccano la luce.

Quando la luce infrarossa (le invisibili onde elettromagnetiche che trasportano anche il calore) colpisce gli atomi di una molecola, li fa vibrare. Però gli atomi non possono muoversi come gli pare, perché sono legati ai loro vicini. A seconda di come sono disposti e legati i suoi atomi, ogni molecola vibra in un modo particolare, e molecole fatte diversamente vibrano diversamente. Ognuna assorbe la luce della stessa frequenza delle vibrazioni dei suoi atomi (le cosiddette frequenze risonanti) e lascia passare il resto.

Quanta luce di varie frequenze passa attraverso un campione di materiale. Ognuno dei “buchi” nel grafico è luce bloccata da qualche vibrazione di questa molecola (chiamata pentene). Quelli colorati corrispondono a vibrazioni che gli scienziati hanno identificato. credit: MSU.edu

È un po’ il contrario di quello che fanno gli strumenti musicali coi suoni. Gli strumenti producono solo suoni solo alle frequenze che risuonano con la loro forma. La combinazione di quei suoni costituisce la voce tipica dello strumento.

Un grafico di quanto intenso è il suono che produce una chitarra a varie frequenze (pomposamente chiamato spettrogramma). Rovesciandolo, assomiglia un po’ al grafico della luce assorbita da una strana molecola. credit: chandrakantha.com

Anche quando suonano la stessa nota, sappiamo distinguere il suono di una chitarra da quello di una tromba. Allo stesso modo, gli scienziati distinguono tra loro le molecole guardando quale luce lasciano passare e quale no.

Tatyana Kazakova/pixabay

Per studiare l’atmosfera di un esopianeta, gli astronomi misurano com’è la luce della stella attorno a cui ruota. Poi la misurano di nuovo quando il pianeta ci sta passando davanti: la luce ora appare “filtrata” dall’atmosfera del pianeta.

Proprio come un orecchio esperto può riconoscere gli strumenti che suonano in un’orchestra, gli scienziati possono ricostruire tutte le molecole nell’atmosfera di un pianeta guardando alla luce mancante.

Che sia vero o no che nel jazz contano le note che non si suonano, la ricerca di vita nell’universo dipende certamente dalla luce che pianeti lontani non stanno suonando.

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Banchi di robot seguono la corrente e svelano i misteri dell’oceano

Il 70% della superficie terrestre è coperta dagli oceani. Eppure, rimangono un mistero: abbiamo mappe più dettagliate della superficie di altri pianeti che del fondo del mare, e sappiamo ancora meno dei meccanismi in moto nell’intricato sistema oceanico.

Un team interdisciplinare dell’Istituto Scripps di oceanografia della University of California, San Diego (UCSD) ha dimostrato che banchi di piccole sonde robotizzate ed autonome possono scrutare le acque, facendo luce sulle interazioni tra la fisica dell’oceano e la vita che lo abita.

Il gruppo, guidato dagli oceanografi Peter Franks e Jules Jaffe, ha sviluppato dei piccoli robot sottomarini, chiamati M-AUE (abbreviazione di Miniature Autonomous Underwater Explorer, o Esploratori Sottomarini Autonomi Miniaturizzati): tozzi cilindretti di plastica (lunghi circa 20 cm per un volume totale di circa 1.5 litri), equipaggiati con un gran numero di sensori.

Uno dei robot utilizzati nella ricerca pronto per l’azione (sopra) e tutto il suo contenuto (sotto). CC-BY Nature

I robot possono muoversi in su e in giù cambiando quanto galleggiano, ma altrimenti vanno alla deriva con la corrente. Però registrano la propria posizione di continuo, grazie ad un’ingegnosissima versione sottomarina del GPS (perché quello normale non arriva sott’acqua), in cui ricevono segnali acustici da speciali boe invece che dai satelliti.

Il primo caso che questi piccoli detective degli abissi si sono visti assegnare era l’origine delle maree rosse: crescite esplosive di alcune alghe microscopiche che normalmente fanno parte del plankton. Quando crescono fuori controllo, queste alghe formano dense chiazze rosse o marroncine—da cui il nome di marea rossa—e avvelenano l’acqua, uccidendo animali (dagli uccelli ai pesci, fino ai lamantini) e, talvolta, mettendo in pericolo le persone.

Secondo Franks, le chiazze affollate sono una delle chiavi dell’esplosione, perché aiutano le alghe a trovare partner con cui accoppiarsi, un po’ come i locali per single.

Una marea rossa in Angola. credit: G.C. Pitcher, S. Bernard and J. Ntuli/ESA

Circa vent’anni fa, Franks aveva proposto un modello secondo cui le chiazze si sarebbero formate quando dei processi fisici nell’oceano avessero interagito in modi particolari con le alghe. Siccome seguire singolarmente miriadi di microorganismi in mare aperto è impossibile, l’ipotesi era rimasta tale. Fino ad ora. I M-AUE possono imitare il movimento delle alghe, e i loro spostamenti vengono registrati di continuo. Così i ricercatori ne hanno liberati 16 in un’area di circa 300m di diametro lungo la costa californiana, li hanno programmati per nuotare come alghe (cioè mantenendo una profondità fissa), poi ne hanno analizzato i vagabondaggi.

Proprio come aveva previsto il modello, i robot si sono raggruppati in chiazze, spinti dalle onde interne—enormi, lente onde che scorrono sott’acqua, invisibili dalla superficie. Le creste delle onde schiacciano lo strato d’acqua in cui si trovano i robot, raccogliendoli nei ventri, e formando gli stessi motivi che si vedono nelle maree rosse. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature communications.

Secondo Jaffe, questo primo successo non è che l’inizio: “Penso che sciami di veicoli capaci di misurare dati dell’oceano in 3D per lunghi tempi siano il futuro delle misure oceanografiche”. I M-AUE sono relativamente economici, quindi possono essere usati in grandi numeri per osservare vaste porzioni di oceano in una volta sola. Questo farà capire meglio come funzionano le correnti locali, per controllare le maree rosse ma anche, ad esempio, per contenere perdite di petrolio.

Banchi compatti di M-AUE muniti di idrofoni (microfoni subacquei) potrebbero ascoltare i rumori degli abissi—dalle canzoni delle balene ai segnali delle scatole nere di aerei dispersi. “La densità di ricevitori è importantissima per individuare la provenienza di un suono e creare una registrazione utile”, dice Jaffe. In più, M-AUE alla deriva non hanno la corrente che scorre loro contro, rovinando la registrazione come il vento su un microfono.

Dalle correnti alla vita in fondo al mare, sembra che esploreremo i misteri dell’oceano con gli occhi di piccole flotte robotiche.

Foto copertina: CC0 Jeremy Bishop/unsplash

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Cos’è un pianeta abitabile

Giusto pochi giorni fa, la NASA ha annunciato la scoperta di ben sette pianeti rocciosi di dimensioni simili a quelle della Terra in orbita attorno alla piccola stella TRAPPIST1, tre dei quali sembrano essere nella “zona abitabile”. Insomma, abbiamo trovato la casa degli alieni?

 

No. Però i termini ingannano, quindi facciamo un po’ d’ordine su cosa serve ad un pianeta abitabile.

Sui pianeti troppo vicini alla stella fa troppo caldo e l’acqua evapora, su quelli lontani fa troppo freddo e congela. Solo quelli in mezzo possono restare bagnati al punto giusto. credit: NASA/JPL/Caltech

L’acqua liquida è la base di tutto. Tutta la vita che conosciamo—dai batteri ai gatti, dalle carote a Lionel Messi—dipende da reazioni chimiche che succedono solo in acqua. Niente acqua liquida, niente vita.

La “zona abitabile” di una stella è la fascia di spazio intorno in cui un pianeta può aver acqua liquida in superficie. Più vicino e il calore della stella friggerebbe il pianeta con tutta l’acqua (pensate a Mercurio), più lontano e tutta la superficie congela (pensate a Plutone).

Ora serve una superficie su cui mettere quest’acqua. Ecco perché i pianeti rocciosi sono interessanti: senza una superficie rocciosa, l’acqua non può raccogliersi. Di nuovo, niente acqua, niente vita.

Tuttavia, la location non è tutto: l’atmosfera conta moltissimo. L’atmosfera della Terra mantiene l’acqua sul pianeta e le temperature miti (per gli standard planetari). Ne avessimo meno, rischieremmo di diventare Marte, che è nella zona abitabile ma è un gelido deserto, dove l’acqua è più che altro una fanghiglia assassina. Ne avessimo di più e potremmo di diventare Venere (pure quello nella zona abitabile) che è praticamente l’inferno, laghi di piombo fuso e piogge di acido comprese. I venti nell’atmosfera possono anche favorire l’abitabilità di certi esopianeti.

Poi bisogna tenersela, l’atmosfera. La Terra ha un comodo campo magnetico che deflette parte delle radiazioni del Sole. Marte probabilmente aveva un’atmosfera, quando aveva anche oceani, ma non ha un campo magnetico. Atomo per atomo, il costante flusso di energia e particelle dal Sole l’ha letteralmente erosa. Persa l’atmosfera, anche l’acqua se n’è andata. Niente acqua, niente vita.

La scoperta, immortalata nel doodle di Google

I pianeti scoperti attorno a TRAPPIST1 non sono importanti perché potenzialmente abitabili (anche se promettono bene), ma perché TRAPPIST1 è la prima stella del suo genere che studiamo e subito abbiamo trovato diversi pianeti promettenti. Questo vuol dire che dovrebbe essere relativamente facile trovare pianeti interessanti attorno a quel tipo di stelle, il che moltiplica le possibilità di trovarne di davvero abitabili.

In più sono vicini alla Terra (“solo” 40 anni luce), quindi possiamo studiare le loro atmosfere con telescopi che abbiamo a disposizione oggi o con il telescopio James Webb, che sarà lanciato l’anno prossimo. Così possiamo fare allenamento per la moltitudine di pianeti che troveremo in futuro.

Per ora, come al solito, niente alieni.

Per saperne di più
  • Il post ha provato a raccogliere le risposte ad un po’ di domande tipiche sul tema
  • Ve lo ricordate quanto casino quando avevano trovato il primo esopianeta grande come la Terra in una zona abitabile? Stavolta tre in un colpo.
  • La NASA ha messo assieme una quantità di informazioni, illustrazioni, e pure un’app a riguardo. Trovate tutto qui
  • La star del gruppo è questo video a 360° fenomenale (visione a schermo intero altamente consigliata!) di come sarebbe stare su TRAPPIST1d

 

Foto copertina: CC0 David Mark/pixabay.com