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?

 

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2 domande difficili sulle onde gravitazionali (con cagnolini!)

Sembra ieri, ma è già passato un anno da quando gli scienziati di LIGO hanno annunciato di aver trovato le sfuggenti onde gravitazionali, che stirano e comprimono lo spazio (anche se di poco) al loro passaggio.

Ma cosa vuol dire “stirano e comprimono lo spazio”? e come si misura una roba del genere? Per rispondere a queste importantissime, difficilissime domande, mi serve un po’ di pucciosità.Continua a leggere

Perché i razzi sono dipinti a quel modo?

Qualche mese fa, durante una pausa ad una conferenza, ho incontrato un’interessantissima giovane ingegnere*. Mi ha raccontato che lavorava per SpaceX (quelli di Elon Musk, coi razzi riutilizzabili), e in particolare nel team che si occupa di verniciare i razzi. Non abbiamo parlato a lungo, per cui mi è rimasta un po’ la curiosità: veramente serve un team di ingegneri per verniciare un razzo?

A quanto pare, è sempre servito.

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Wormhole: tunnel attraverso lo spazio

Storie di fantascienza come The Martian o Black Mirror parlano di tecnologie quasi a portata di mano, come andare su Marte. Altre volte è roba più azzardata: è il caso dei wormholes. Però, siccome la relatività generale non li vieta del tutto, continuano ad affascinare scienziati ed autori.

Un esempio di un wormhole che collega due regioni di uno spazio bidimensionale. credit: telegraph.co.uk

Un wormhole (letteralmente, buco di verme) è un tunnel spaziotemporale, una scorciatoia tra due regioni lontane dello spazio-tempo. Il film Interstellar aveva molti difetti, ma la fisica era quantomeno plausibile (grazie alla supervisione della star della fisica Kip Thorne). Infatti spiegano efficacemente l’idea del wormhole: prendete un foglio e piegatelo, poi fateci un buco. Avete creato un wormhole nel vostro universo di carta.

L’entrata, in teoria, dovrebbe avere l’aspetto di un buco nero, un buco in cui luce e materia spariscono per sempre. L’uscita sarebbe l’opposto: una sorgente eterna di luce e materia—un buco bianco. Attraverso un wormhole, si potrebbero coprire distanze immense in tempi relativamente brevi, ma probabilmente non viaggiare nel tempo*.

Quindi, esistono?

Di sicuro non possiamo costruirli. Fare un wormhole con la carta è carino, ma funziona solo perché il foglio ha due dimensioni mentre noi siamo a nostro agio con tre. Per creare un vero wormhole dovremmo lavorare in quattro dimensioni. Auguri.

È anche poco probabile che esistano grossi wormhole naturali. Prima di tutto, almeno vedere una volta un buco bianco darebbe qualche indizio in quella direzione, ma non è mai mai successo. Poi, per tenere aperto un wormhole abbastanza grande serve qualcosa che cambi la gravità da una forza che attrae le cose una verso l’altra ad una che le spinge via. E pure quello non si è mai visto.

Ad ogni modo, trovo fico che possiamo immaginare qualcosa di così assurdo e, grazie al potere della fisica, fare ragionamenti seri e fondati su come potrebbe o no funzionare, anche se non l’abbiamo mai visto.

Una simulazione di come apparirebbe un wormhole tra l’università di Tübingen (Germania) e le dune di Boulogne (Francia). CC-BY-SA CorvinZahn/Gallery of Space Time Travel, via commons

Per saperne di più
  • È pieno di spiegazioni più o meno accurate dei wormhole in giro. A me è piaciuta questa, piuttosto matematica, su Chalkdust
  • La NASA ha fatto un lavoro eccellente per dare risposte serie ad ogni genere di domanda sui wormhole su questa pagina
  • Secondo alcuni, i buchi neri sono l’entrata di wormhole per altri universi. Forse, forse no. I buchi neri sono ben strani!

* MINI SPOILER: Ok, in Interstellar, Cooper fa una specie di viaggio nel tempo. Ma quello succede solo all’interno di altre dimensioni: ci siamo già spostati nell’ambito della magia.

Foto copertina: CC0 Pexels/pixabay

Bastano due equazioni per andare sulla Luna

“Andare sulla Luna sembrerà difficile ( credo ne abbia parlato qualcuno), ma in realtà tutto quel che serve sono due semplici regole. Entrambe scoperte dal famoso fisico e stronzo Isaac Newton, che compirà gli anni durante le vacanze… ad un certo punto.

Che bell’omino festivo! credit: csamuel.org

La prima regola è la maestosa a=F/m (probabilmente meglio nota come F=ma). Vuol semplicemente dire che, dividendo l’intensità di una forza (F) che spinge su un oggetto per la massa (m) dell’oggetto, si ottiene di quanto lo si accelera (a). È una formula che vale per tutto, ma in particolare ci dirà come si muove il nostro razzo, quindi è abbastanza importante per il nostro viaggio.

A proposito di razzi, questa formula sta dietro a come i razzi si muovono. La propulsione a razzo, infatti, si basa su quella strana faccenda della “reazione uguale e contraria”, che probabilmente avete sentito.

Se gonfiate un palloncino e lo lasciate andare, vola via facendo un rumore buffo perché l’aria all’interno viene spinta fuori dalla pressione. Però, se consideriamo il palloncino e l’aria assieme, non ci sono nuove forze che iniziano ad agire quando lasciamo la presa. Insomma F=0. Siccome il palloncino spinge l’aria fuori, dev’esserci una forza altrettanto intensa (uguale) che spinge dall’altra parte (contraria) che spinge dall’aria al palloncino. I razzi funzionano uguale, solo che hanno un sacco di tecnologia figa per farlo in maniera più efficiente.

CC-BY-ND mfrascella/flickr

L’altra equazione che Newton ci regala per il viaggio è quella per calcolare la forza di gravità. Che è stato un colpo di genio totale. Ed è abbastanza importante per noi, perché la gravità è il grosso della forza che ci troveremo davanti nello spazio. Quella della Terra, che ancora il razzo al suolo o lo strattona giù dal cielo, e quella della Luna che lo tira a destinazione. Conoscendo come funziona la gravità possiamo iniziare a tracciare la nostra rotta.

Facile no?

Mica tanto: gli astronauti—piloti di caccia con diplomi da ingegneri!—devono seguire corsi apposta per imparare a pilotare le navette spaziali. Prima ancora di arrivare a quello, dovremo costruire la navetta. Dovrà avere abbastanza spinta da sfuggire alla Terra, ma essere abbastanza solida da non esplodere mentre lo fa, e riportarci indietro tutti interi e non abbrustoliti.

Per questo Newton non è andato nello spazio.

Il cuore dei viaggi spaziali è comunque nelle sue equazioni. Tutta la ricerca di tutte quelle persone intelligentissime nelle agenzie spaziali: è tutta per migliorare come usiamo queste due semplici regole.

Grazie e buon compleanno, genio insopportabile!

E buon Natale a tutti!
Per saperne di più
  •  Se vi capita, guardatevi il terzo episodio di Cosmos: non avete sentito spiegare il lavoro di Newton sulla gravità se non ve l’ha raccontato Neil deGrasse Tyson.
  • Se vogliamo andare più lontano, invece, serve ben altro
  • La tecologia spaziale potrebbe non aver più bisogno di Newton tra un po’. Ma è tutto ancora molto vago, e francamente piuttosto strano.

 

Foto copertina: CC0 27707/pixabay

A pesca di rifiuti spaziali

Un’immagine (un po’ melodrammatica) dei detriti spaziali che circondano la Terra. Credit: NASA

Vecchi satelliti, pezzi di razzi usati: l’orbita terrestre è una mezza discarica di rifiuti velocissimi, che minacciano di danneggiare la Stazione Spaziale Internazionale o satelliti utili. Per questo, quando ho letto che la JAXA (la NASA giapponese) ha lanciato un esperimento per pulire un po’ di questi detriti spaziali usando una corda elettrodinamica, ho pensato “Fico. Ma che cacchio è una corda elettrodinamica? Cos’è che vogliono fare?”

Dopo un po’ di ricerche, ho trovato che il principio alla base di tutto è molto semplice: quando delle particelle cariche si muovono in un campo magnetico, sentono una forza che le spinge lateralmente rispetto al loro movimento.

In questo caso, una corda metallica orbita la Terra, puntando dritta verso l’esterno. I suoi elettroni, quindi, viaggiano attraverso il campo magnetico terrestre, che li spinge di lato, accumulandoli da un lato, e creando così un voltaggio tra gli estremi della corda.

Qui viene la parte geniale: ad un capo è attaccato un aggeggio che succhia elettroni dall’ambiente circostante, all’altro uno che li risputa fuori. In questo modo, una corrente scorre attraverso la corda, seguendo il voltaggio.

La corda elettrodinamica attaccata ad un pezzo di spazzatura spaziale: come si muove, e dove spingono le forze. Credit: dailykos.com

Siccome—ripetete con me—gli elettroni in movimento in un campo magnetico sentono una spinta laterale, e la corrente sono elettroni in movimento, ora è tutta la corda che sente una spinta che la frena.

Perché deve frenarla? Perché altrimenti avremmo una macchina del moto perpetuo. E “in questa casa rispettiamo le leggi della termodinamica”, quindi non succede (e comunque i conti tornano).

JAXA vuole testare il funzionamento pratico della corda. Se tutto va bene, il piano è lanciarne di più grandi da attaccare a detriti spaziali per frenarli e farli cadere dalle loro orbite.

In futuro, satelliti e razzi potrebbero partire con corde elettrodinamiche già montate a bordo, per evitare che diventino spazzatura spaziale. Queste corde sono abbastanza leggere e non richiedono carburante, perciò sarebbero un’ottima soluzione per eliminarli a fine missione.

Ma le corde elettrodinamiche possono anche fare da acceleratore. Basta creare una corrente in direzione opposta (per cui, però, serve pescare energia da qualche parte) e la forza dal campo magnetico spingerà in avanti. Per esempio c’è un progetto per usarle per accelerare e mantenere in orbita la Stazione Spaziale Internazionale (che, pian piano, perde quota, come tutto), alimentandole con surplus di elettricità creati dai pannelli solari.

Per saperne di più
  • L’affollamento di rifiuti spaziali è un problema, ma è meno drammatico di quel che sembra da alcune immagini. E qualcuno vorrebbe addirittura lasciarlo là, come ha raccontato 99% invisible
  • La missione di JAXA’s non finiva qui. DailyKos ha messo assieme una descrizione più completa
  • L’interazione tra magneti, cariche, correnti e movimento, in fondo, ha anche a che fare con la relatività, come spiega questo video di Veritasium e Minutephysics

 

Foto copertina: CC0 Lorri Lang/pixabay

Perché le galassie sono piatte (e la Terra no)

L’universo trabocca di roba piatta. La maggior parte delle galassie, inclusa la Via Lattea, sono delle pizze di stelle relativamente sottili. Tutti i pianeti del sistema solare (quelli veri, non Plutone) orbitano più o meno sullo stesso piano. E non è un caso.

The plane along which all (real) planets orbit around the Sun. credit: pics-about-space.com

Il piano su cui tutti i (veri) pianeti orbitano attorno al Sole. credit: pics-about-space.com

Le galassie e i sistemi di pianeti si formano allo stesso modo: coagulando nubi di gas. Anche se, ovviamente, con dimensioni molto diverse.

Immaginate di lanciare nello spazio uno sbuffo di atomi. Spingeteli in direzioni casuali: uno da una parte, uno da un’altra, uno in su, uno in giù. Se non avete barato, si scontrano l’uno con l’altro e, per via della gravità, iniziano a raggrumarsi. A meno che gli atomi si siano scontrati frontalmente (cioè, la maggior parte delle volte), questi grumi iniziano a girare ed attrarsi tra loro, scontrandosi e formando blocchi rotanti più grandi.

Con ognuna di queste collisioni, i grumi di atomi si allineano, annullano tutto il movimento che avevano in direzioni opposte, ma continuano a girare (in termini da fisici pomposi si chiama conservazione del momento angolare). Un po’ come i blob nel video qui sopra: pensateli come ad una galassia che si forma vista “da sopra”.

Lentamente, tutta la nube si appiattisce. Se è una galassia, le sue stelle staranno su quel piano, mentre nel Sistema Solare quello è il piano su cui orbitano i pianeti.

Anche altre galassie e sistemi planetari girano, ma ognuno inclinato a modo suo, perché si sono formati da nubi di gas diverse tra loro.

Una marea di galassie fotografate dal telescopio spaziale Hubble: girano ognuna su un piano diverso. Credit: NASA/wikimedia

Ma anche stelle e pianeti si formano addensando gas: perché non sono piatti anche loro?

Il fatto è che pianeti e stelle sono molto più densi delle galassie. I loro grumi di gas sono molto vicini tra loro e quindi sentono molto più forte l’attrazione verso il centro del grumo, che diventa più forte del meccanismo che li appiattisce. Perciò pianeti e stelle diventano sfere.

Saturno si è formato attraverso tutte le fasi: la maggior parte della materia è andata all’enorme pianeta (chiaramente sferico), ma un po’ ha formato alcune delle sue molte lune più o meno rotonde, e gli ultimi rarefatti rimasugli sono finiti nei suoi famosi—e piattissimi—anelli.

Tondo, piatto, tondo: Saturno, i suoi anelli e quattro delle sue lune. Credit: NASA/wikimedia

Per saperne di più
  • Un lungo ma eccellente post del grande Neil DeGrasse Tyson su pianeti, galassie e l’essere rotondi
  • Minutephysics ha fatto un bel video (da cui ho preso diverse cose) che spiega più tecnicamente come funzionano queste cose, e perché funzionano solo in un universo tridimensionale

 

Cover photo: CC0 WikiImages/pixabay

Quanto manca? Il lungo viaggio verso marte

Siamo davvero così vicini al grande passo verso Marte? Recentemente, il successo solo parziale dell’atterraggio di Schiaparelli è stato un severo richiamo a quanto il Pianeta Rosso sia una realmente una destinazione difficilissima.

Ironicamente, nelle settimane prima dell’evento, molta dell’attenzione era concentrata su piani per portare persone su Marte. Una delle ragioni era un ottimistico articolo di Barack Obama sul sito di CNN, in cui anticipava che la NASA vorrebbe portare astronauti su Marte, e riportarli a casa in sicurezza, nei prossimi 20-25 anni e “un giorno rimanere per tempi più lunghi (l’ESA si è data scadenze simili).

L’altra ragione era un pubblicizzatissimo discorso di Elon Musk—tra le tante cose, fondatore e presidente di SpaceX, la più grande compagnia privata di trasporti spaziali—alla International Astronautical Conference: un’ambiziosa proposta per trasformare l’umanità in una specie interplanetaria. Cominciando da Marte in una decina d’anni “se tutto va benissimo”, dice.

Tuttavia, una missione con equipaggio verso Marte presenta un’enormità di ostacoli, a cominciare dal fatto che Marte è lontano—molto molto lontano.

Il primo problema sono i razzi. Le capsule spaziali che trasportano persone sono grandi e pesanti: per l’atterraggio sulla Luna si usò il Saturn V, il più grande e potente razzo mai costruito. Marte è più di cento volte più lontano della Luna, e i razzi che abbiamo proprio non ce la fanno.

In un’intervista del 2015 con Neil deGrasse Tyson, l’astronauta Chris Hadfield ha paragonato pianificare un viaggio su Marte con la nostra tecnologia a pianificare voli di linea per l’Australia negli anni Venti. Al tempo, anche solo attraversare l’Atlantico—un viaggio lungo meno di metà—era un’impresa storica. Per diventare quotidiano, il trasporto aereo transoceanico doveva aspettare il passaggio dai motori ad elica a quelli a reazione. Secondo Hadfield, ai viaggi spaziali serve una rivoluzione altrettanto radicale per portarci su Marte.

La NASA, l’ESA e SpaceX stanno tutte sviluppando nuovi motori e razzi per carichi pesanti, ma nessuno è ancora pronto. Il razzo Falcon Heavy di SpaceX dovrebbe finalmente arrivare nel 2017, lo Space Launch System della NASA dovrebbe essere lanciato nel 2018, dopo innumerevoli critiche, ritardi e problemi di budget.

Poi c’è il problema dei mesi di viaggio nello spazio, anche assumendo che riusciamo a sparare un veicolo verso Marte a velocità ragionevoli. Finora astronauti e cosmonauti hanno viaggiato solo qualche giorno in piccolissime capsule (come la Soyuz, che contiene a malapena le tre persone dell’equipaggio), che indubbiamente non possono ospitare persone per mesi.

Samantha Cristoforetti all’interno di una capsula Soyuz durante degli esami a terra. via Twitter

In questo campo, la NASA è decisamente in vantaggio: il veicolo Orion—che stanno testando—è progettato proprio per viaggi interplanetari. SpaceX, invece, è appena entrata in campo: una loro capsula dovrebbe portare per la prima volta astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale nel tardo 2017.

Anche se mettessimo persone su Marte, avrebbero bisogno di un qualche genere di insediamento. Nessuno si è mai accampato su un altro pianeta. Mai. Da nessuna parte. Ci sono progetti per unità abitative per astronauti, ma non siamo ancora alla fase di test. Sia la NASA che l’ESA hanno piani per basi lunari, in parte come test per la colonizzazione interplanetaria, ma potrebbe volerci un po’.

Ma la tecnologia non è l’unica sfida: cosa mangeranno i coloni marziani? Come gestiranno situazioni di emergenza se il dialogo con la base ha un ritardo di 13 minuti? Subiranno danni cerebrali dal viaggio?

Insomma, non siamo proprio sul punto di metter piede su Marte.

Dobbiamo ancora imparare e testare, se non addirittura costruire, molto. Molti dei passi che dovremo fare non sono mai stati fatti prima. Ma questo non vuol dire che siano impossibili.

Dopotutto, come ha scritto Obama, questa impresa è frutto di “curiosità ed esplorazione, innovazione ed ingegno, [di] spingere i limiti di quello che è possibile e farlo prima di chiunque altro”.

Se qualcuno può farsi carico di questa formidabile impresa, quelli sono la NASA, l’ESA e SpaceX. Finché continueranno ad avere un supporto adeguato e ad attrarre tante delle nostre menti più brillanti, sarà solo questione di tempo.

Aspettiamo i passettini della scienza, mentre non vediamo l’ora di vedere le nostre impronte su Marte!
(c) The Munich Eye, all rights reserved.
Foto copertina: NASA/MSFC, via Wikimedia Commons.

 

Marte dà il benvenuto al suo nuovo satellite

Il 19 Ottobre 2016 la missione ExoMars, in collaborazione tra Europa e Russia è giunta a destinazione, portando il satellite Trace Gas Orbiter (o TGO) e un lander sperimentale, chiamato Schiaparelli. Non tutto è andato proprio come previsto ma, come hanno detto i vertici dell’ESA in una conferenza stampa, la missione è comunque un successo.

La buona notizia è che TGO è entrato perfettamente nella sua orbita prestabilita. Da lì annuserà l’atmosfera marziana in cerca, tra le altre cose, di tracce di vita sul pianeta. Servirà anche come stazione intermedia per le comunicazioni con missioni sulla superficie: i due rover della NASA attualmente su Marte, e quello che l’ESA stessa pianifica di mandare nel 2020.

Molta dell’attenzione sulla missione, però, si concentrava sul modulo Schiaparelli. La sonda aveva un carico scientifico limitato, e serviva soprattutto come prova generale della procedura di atterraggio automatica (magari da usare per la parte della missione nel 2020).

Il centro di controllo ha perso il contatto con la sonda circa un minuto prima del previsto atterraggio. Fortunatamente, il modulo aveva mandato regolarmente tutti i suoi dati fino ad allora, e i tecnici sono al lavoro per ricostruire l’accaduto.

Pare che i razzi che avrebbero dovuto rallentare gli ultimi chilometri della discesa abbiano avuto un guasto, lasciando il lander in caduta libera. Le immagini raccolte dal satellite Mars Reconnaissance Orbiter della NASA sembrano mostrare prove di uno schianto sulla superficie di Marte. [Successive analisi confermeranno poi queste ipotesi]

Nonostante il fallimento, Schiaparelli era un modo per l’ESA per tastare il terreno in vista di atterraggi futuri. TGO, invece, con il suo immenso carico scientifico e la sua importanza strategica è un importante passo avanti verso Marte.

 

(c) The Munich Eye, all rights reserved.

Una stella come le altre?

Pensateci: l’idea che il Sole sia essenzialmente la stessa cosa di una stella qualunque non ha nessun senso. Voglio dire, basta guardarli: non potrebbero essere più diversi!

Seriamente. Vi sembrano la stessa cosa? credit: CC-BY-ND Jessie Hodge via flickr

Seriamente. Vi sembrano la stessa cosa del Sole? credit: CC-BY-ND Jessie Hodge via flickr

Come cavolo abbiamo fatto a convincerci di una cosa così stravagante?

Beh, è stato un lungo viaggio, partito da una serie di supposizioni più o meno strampalate di “scienziati” dell’antichità. Qualcuno ci ha pure relativamente azzeccato, ma altri parlavano di pietre incendiate appiccicate in cielo.

Il primo passo davvero scientifico l’abbiamo fatto nel 1838, imparando quanto incredibilmente lontane siano le stelle. Quell’anno, l’astronomo (tra le varie occupazioni) tedesco Friedrich Bessel fu il primo a misurare la distanza di una stella, ora nota come 61 Cygni. Il risultato? Era migliaia di volte più lontane del Sole. Centinaia di migliaia di volte.

Se sono così lontane, si pensò, potrebbero essere anche altrettanto grandi, se non di più ( spoiler: alcune sono molto più grandi). Ok, ma sono la stessa cosa?

Pochi anni dopo abbiamo imparato a leggere la composizione chimica di una stella dalla sua luce. Gli elementi al suo interno, infatti, assorbono la luce in modi caratteristici. Guardando la luce attraverso un prisma, vediamo le sottili strisce scure che si lasciano dietro, da cui possiamo ricostruire di cos’è fatta la stella.

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La luce solare, scomposta nei suoi colori, con le bande nere (o “linee di Fraunhofer”) causate dagli elementi al suo interno. Via wikimedia.

Il prossimo passo fu capire come calcolare la temperatura di una stella dal colore della sua luce (più esattamente, dalle lunghezze d’onda). Tutto ciò che ha una temperatura—cioè tutto—riluce in un modo particolare a seconda di quanto è caldo. Serve la meccanica quantistica per capire come e perché, ma funziona: lo usiamo per i termometri a infrarossi.

Alla fine il Sole si è rivelato essere suppergiù nella media sia per temperatura che per dimensione e composizione. Comunque, rimaneva una stella speciale: era l’unica ad avere pianeti. Anche questo è cambiato. C’è voluto un po’, ma ora troviamo esopianeti (pianeti che orbitano altre stelle) a migliaia.

Il Sole è una semplice stella, quindi. Abbiamo ragionato sull’universo l’abbiamo guardato, e con così poco abbiamo capito questa cosa così violentemente controintuitiva. Non conosciamo nessuna stella che ospiti qualcosa con abilità del genere. E questo credo sia piuttosto speciale.

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Foto copertina: CC0 Mayur Gala, via unsplash.com

Per saperne di più
  • Bessel è stato il primo a misurare la distanza da una stella per un motivo: era davvero difficile. Su wikipedia trovate una spiegazione del metodo ingegnoso che ha usato.
  • La meccanica quantistica non spiega proprio come il bagliore delle cose: in realtà è nata cercando di risolvere quel problema. Questo video di PhysicsGirl spiega come