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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La magnetica scienza delle elezioni

Elezioni e referendum sono roba complicata: un mucchio di persone devono decidere cosa fare, ci sono tantissimi fattori che entrano non gioco. Insomma, sembra pressoché impossibile per la fisica capirci qualcosa. Sfida accettata!

credit: wikimedia

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Certo, non è possibile capire cosa passa per la testa a ciascuno di noi. Ma se mettiamo assieme abbastanza persone, si può capire cosa succede a livello collettivo. L’idea è simile a come si estrapolano cose come la temperatura e la pressione dell’aria in una stanza, tralasciando cosa faccia ogni singola molecola.

I fisici hanno usato una quantità di modelli per sbrogliare la matassa elettorale e descrivere un sacco di cose, dall’affluenza alle urne alla performance dei candidati. Inizia tutto da come prendiamo posizione, e il modo più semplice di descriverlo sono i magneti.

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Spin su una griglia, quelli opposti ai loro vicini (collegamenti rossi) sono meno stabili e tendono a rovesciarsi per allinearsi (collegamenti verdi).

Il modello per descrivere come i magneti “scelgono” come mettere i poli è un pilastro fondamentale della cosiddetta meccanica statistica. Prendiamo un numero di spin, piccoli aghi di bussola magnetici, e diciamo che possono puntare “in su” o “in giù”—votare sì o no ad un referendum, volendo. Ognuno di loro ha un piccolo campo magnetico, e tutti si influenzano a vicenda, cercano di allinearsi ai loro vicini o di farli allineare a sé. Allo stesso modo i nostri amici, parenti e conoscenti talvolta ci convincono delle loro posizioni, oppure noi convinciamo loro.

Ovviamente, prendere decisioni è immensamente più complesso di così—e anche il magnetismo, comunque. Tuttavia possiamo usare questo modello per isolare l’effetto di diversi fattori. Prendiamo ad esempio i social media e la famigerata “bolla”.

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Credit: Gerd Altmann/pixabay

Facebook ( ma non solo) mostra a ciascuno di noi preferenzialmente cose con cui siamo d’accordo, e fa sparire il resto. Nei termini dei nostri spin, è come se si tagliassero i collegamenti con vicini che puntano dalla parte opposta. L’effetto è che si formano blocchi di spin tutti allineati, in cui nessuno sente l’altra campana. La società si spacca in due. Suona familiare?

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Collegamenti selettivi spaccano in due la società degli spin, creando blocchi isolati di individui testardamente d’accordo tra loro.

È un esempio molto semplificato (di un effetto piuttosto semplice, tra l’altro), che però mostra come i modelli possano isolare effetti diversi. Perciò possono anche dirci quali manopole possiamo girare per cambiare il clima elettorale e la discussione.

Ovviamente questo non vuol dire che abbiamo risolto il comportamento umano: è importantissimo ricordare che questi sono modelli super-semplificati, e che ci sono tantissime cose che entrano in gioco in votazioni reali. Più le scienze sociali e quelle naturali si parlano, più questi modelli e i loro risultati miglioreranno.

Nel frattempo, votate.

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Foto copertina: CC0 Andreas Breitling, via pixabay.com

Un po’ d’ordine sui terremoti in Italia

Da dove vengono i terremoti

I movimenti del mantello che spostano le placche tettoniche. Credit: NASA/wikimedia

Introduzione obbligatoria, ma la farò breve perché la storia l’avrete sentita in ogni salsa.

Noi viviamo sulla superficie della crosta terrestre: uno strato di roccia solida che galleggia su roccia meno solida (il mantello). La crosta è divisa in pezzi, chiamati placche tettoniche, che si muovono mooolto lentamente spinti dal mantello sottostante.

Muovendosi, le placche si scontrano, sfregano, e scivolano una sull’altra ma, per via dell’enorme attrito tra le rocce, lo fanno in serie di brevi scatti—i terremoti. Durante il terremoto, la tensione che si era accumulata tra due placche si scarica e arriva in superficie come vibrazioni.

Pensate alla vibrazione che sentite sulla mano trascinando una sedia pesante: anche quella viene dal rilascio di sforzo generato dall’attrito.

Le faglie e il parmigiano

Le placche tettoniche somigliano, per certi versi, ad enormi pezzi di parmigiano. Anche i pezzi di formaggio, infatti, scorrono poco uno sull’altro e si fratturano tra mille pieghe e crepe. Per il parmigiano si tratta di pochi secondi e possiamo farlo con le mani, per la Terra sono millenni di forze inimmaginabili; per il parmigiano sono briciole, pieghette e piccole crepe, per la Terra massi, montagne e crepe—o faglie.

Ok, ho barato: questo è grana padano. CC-BY-SA Marco Assini/Flickr

Ok ho barato: questo è grana padano. L’idea è la stessa. CC-BY-SA Marco Assini/Flickr

Questa mappa interattiva mostra benissimo quanto sia frastagliato il sistema di crepe in Italia. Come nel parmigiano, infatti, anche nella roccia nessuna faglia è sola. E quando si sposta qualcosa, si sfoga lo stress accumulato in un punto, ma mettendone sotto sforzo un altro, solitamente lungo una faglia vicina.

Per questo i terremoti avvengono spesso in sequenze sismiche: serie di terremoti consecutivi in zone vicine, che fanno parte dello stesso sistema di faglie vicine. Purtroppo, però, i sistemi sono estremamente intricati e non si può sapere quali zone saranno colpite dal prossimo terremoto né, men che meno, quando.

Come si muove l’Italia

I nostri Appennini sono la giuntura tutta crepe e pieghe tra due pezzi di crosta terrestre/parmigiano in movimento. Più precisamente, il versante adriatico scivola verso est, quello tirrenico verso ovest: in pratica, l’Appennino si divarica.

Il motivo—lo si sente dire sempre—è che la placca africana e quella europea spingono una contro l’altra. Un momento! Ma non dovrebbe schiacciarsi l’Italia allora? Perché si divarica?

Qui ero confuso pure io, ma ho trovato questa mappa che mostra la stranissima forma delle placche. La placca africana comprende circa metà dell’Italia (ironicamente, anche molta Padania). Il movimento delle placche non sta schiacciando, bensì ruotando l’Italia, contemporaneamente strappandola nel mezzo.

La zona di confine tra la placca africana e quella eurasiatica, e come spingono una contro l’altra. Credit: INGV

Dal Friuli al Belice, passando per L’Aquila e Amatrice, tutti i nostri problemi sismici vengono da lì. Il moto delle placche tettoniche non si fermerà: l’unica cosa da fare è imparare a conviverci.

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Foto copertina: CC0 Brett Hondow/pixabay

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.

 

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Ciambelle teoriche e computer quantistici: il Nobel per la fisica 2016

Alla fine non sono state le onde gravitazionali: il premio Nobel per la fisica del 2016 è andato a David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz. E fin lì ok. La motivazione già è più complicata:

Per la scoperta teorica degli stati della materia topologici e delle transizione di fase topologiche.

Alcuni stati della materia li vediamo sempre: solido, liquido e gassoso (magari il plasma se fate robe strane). Le transizioni di fase succedono quando, cambiando temperatura o altre condizioni, la materia passa da uno stato all’altro, ad esempio quando si scioglie il ghiaccio. Ma ci sono molti altri stati e molte altre transizioni.

Thouless, Haldane and Kosterlitz

David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz

Alcune riguardano le proprietà elettriche o magnetiche dei materiali, ed a quelle hanno dato la caccia i nostri premiati novelli. Thouless, Haldane e Kosterlitz hanno studiato gli improvvisi cambi nella conduttanza—l’efficienza nel trasportare elettricità—di alcuni materiali molto freddi (-270 e qualcosa gradi) quando si cambia appena la temperatura. Questo effetto era impossibile da gestire con la normale meccanica quantistica, perché ha a che fare con il comportamento collettivo degli elettroni.

Thouless, Haldane e Kosterlitz, invece, hanno usato la topologia. Nulla a che fare coi roditori, la topologia è una branca della matematica che studia le proprietà che non cambiano stirando, torcendo o piegando le cose, senza bucare, tagliare o incollare. In termini topologici, una ciambella è la stessa cosa di un tubo—li trasformare l’una nell’altro—ma è diversa da una palla, perché dovremmo chiudergli il buco.

Le proprietà topologiche cambiano a salti, perché cose come il numero di buchi devono essere numeri interi (non si può avere mezzo buco…), proprio come quella strana conduttanza. Perciò gli scienziati hanno pensato che trasformazioni topologiche (anche se non proprio l’apparizione di buchi) potessero spiegarla.

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Cambi “a scalini” nella topologia causano improvvisi cambi nella conduttanza. Però non si tratta davvero di buchi! Quelli sono solo un esempio di trasformazioni topologiche. Credit: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

La cosa insolita di questo premio è che le scoperte non hanno ancora un’applicazione pratica: sono “solo teoriche“. Però hanno aperto le porte per la ricerca su materiali che sfruttino queste proprietà, che vanno molto di moda di questi tempi. Questi materiali topologici potrebbero essere anche una via verso il sogno di costruire computer quantistici. Durante la conferenza stampa della premiazione, Haldane ha infatti spiegato che la topologia potrebbe proteggere i delicati segnali in un computer quantistico dai danni provocati da impurità all’interno del materiale stesso.

 

Foto copertina: CC0 Thomas Kelley via unsplash.com

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E se il Nobel non lo vincessero le onde gravitazionali?

Aggiornamento del 3 ottobre 2017: Rainer Weiss, Barry C. Barish, e Kip S. Thorne hanno vinto il premio Nobel per la fisica per “i loro contributi fondamentali alla costruzione del rivelatore LIGO e all’osservazione delle onde gravitazionali” (Qui il comunicato del comitato per il Nobel). Se invece volete leggere perché pensavo si potesse ancora aspettare, continuate a leggere.

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Cosa abbiamo imparato da Rosetta

Il 30 settembre (oggi, se leggete questo post appena esce), si concluderà la grande missione Rosetta dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA).

Era una lunga missione, con un epico inseguimento lungo dieci anni attraverso il Sistema Solare, al termine di cui la sonda Rosetta (da cui il nome della missione) raggiunse la sua orbita intorno alla cometa 67P Churyumov/Gerasimenko. Questo l’ha resa il primo oggetto costruito da noi ad orbitare una di queste palle di neve spaziali. Dalla sua posizione privilegiata, Rosetta ha studiato la cometa da vicino e lanciato un piccolo robot, il lander Philae, per toccare la sua superficie (potete ascoltare il suono di questo momento storico qui).

Ora che la cometa si sta allontanando dal Sole, però, sta diventando troppo freddo e buio per Rosetta. La missione finirà. In stile funerale vichingo, spiaccicando la sonda contro la cometa. Per ringraziarla del suo lavoro, diamo uno sguardo a quello che ha fatto Rosetta nei suoi 12 anni di attività.

Siccome non eravamo mai arrivati così vicini ad una cometa, va da sé che avessimo un sacco di domande per Rosetta, tipo, com’è fatta davvero una cometa? Davvero l’acqua sulla Terra viene da lì?

CC0 Holgers Fotografie, via unsplash

E le sorprese sono iniziate subito. Gli astronomi si aspettavano che la cometa fosse più o meno sferica o a forma di patata, come un asteroide. Invece, già dalle primissime immagini si sono trovati davanti una specie di paperella da bagno. A quanto pare, è quello che succede in scontri cosmici al super-rallentatore. Infatti i due pezzi di 67P sarebbero due comete più piccole, con debolissima attrazione gravitazionale, che che si stanno scontrando moooolto lentameeeente.

Uno dei compiti più importanti per Rosetta era analizzare il ghiaccio su 67P e dirci se davvero l’acqua della Terra venga dalle comete. Sembrava molto probabile (probabilmente l’avevate sentito dire), ma in pochissimo tempo abbiamo scoperto che non è così. La miscela di tipi di idrogeno non corrisponde a quella sulla Terra: la nostra acqua è arrivata da un’altro posto. Ma abbiamo visto che le comete portano tantissimo ossigeno, e perfino mattoni elementari per la vita, come composti a base di carbonio, fosforo e amminoacidi.

Diversi di questi risultati erano impossibili semplicemente misurando la cometa: dovevamo fisicamente toccarla, grattarla, scavarla e misurarla. Questo era il compito del lander Philae che è stato… ehm… diciamo meno interamente positivo. Ad ogni modo, Philae ha fatto quello che doveva fare, solo non i compiti bonus.

Did disturbing tweets from Rosetta distract Philae? We'll never know. Creepy, though...

“Ho freddo alla schiena ora che te ne sei andato, ma ora sono in una posizione migliore per guardarti. Mandami una cartolina!” Tweet del genere hanno distratto Philae facendogli sbagliare l’atterraggio? Non lo sapremo mai…

Il problema è stato che l’atterraggio (effettivamente difficile da azzeccare), è andato onestamente male. Philae è rimbalzato un paio di volte ed è finito incastrato tra delle rocce. Perso e all’ombra, quindi incapace di usare i pannelli solari per ricaricarsi, aveva solo pochi giorni rapidamente completare i suoi esperimenti e spedire tutti i dati. Ce l’ha fatta, poi si è spento. A parte un breve momento a giugno 2015, Philae non è mai tornato e non l’abbiamo trovato fino all’ultimo.

Le foto di Philae incastrato tra le rocce. Visto com’era messo, è incredibile che sia riuscito a completare le misure. Credit: ESA

Rosetta ci ha regalato un’enormità di dati, e uno sguardo tutto nuovo per le comete. Ci ha fatto capire cosa significhino “lassù” le cose che vediamo “quaggiù” dai nostri osservatori. Ora possiamo anche guardare in una luce nuova comete che già conosciamo. In un certo senso, come hanno detto su StarTalk, è come se avessimo visitato più comete in una volta sola.

Quindi grazie di tutto Rosetta!

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Immagine di copertina: Un’interpretazione artistica di Rosetta di fronte alla cometa 67P, from ESA.int

Due cose su Proxima b

Chi l’ha detto che ad agosto non succede niente? Mentre noi eravamo in pausa, l’Osservatorio Europeo Australe (ESO) ha annunciato la scoperta di un nuovo pianeta mooolto interessante.

Si chiama Proxima b e prende il nome da Proxima Centauri, la stella intorno a cui orbita. Come suggerisce sottilmente il nome, Proxima Centauri è nella costellazione del Centauro e non è molto lontana da noi. Anzi, è in assoluto la stella più vicina al Sistema Solare*.

Se vi siete persi la notizia, ESO ha messo assieme questo bel video con tutte le notizie principali.

 

Ci sono un paio di cose che ho trovato molto interessanti ma un pochino trascurate nella discussione in giro: la tecnica superfichissima con cui hanno trovato Proxima b, e una riflessione sulla sua abilità perché, come al solito, andiamoci piano con gli alieni.

Come l’hanno trovato

La maggior parte delle scoperte di esopianeti viene dal telescopio spaziale Kepler, che misura quanto brillanti sono le stelle che osserva. Quando un pianeta passa tra la sua stella e noi, blocca un pochino della luce (una specie di mini-eclissi). Kepler riesce a percepire queste microscopiche variazioni di luminosità e così trova i pianeti. Tuttavia, come hanno spiegato quelli dell’ESO in un AMA su Reddit, il metodo Kepler non avrebbe funzionato in questo caso, perché Proxima b passa troppo di rado davanti alla sua stella.

Gli scienziati si son fatti furbi e hanno sfruttato l’effetto doppler.

Un esempio classico (che dimostra anche Sheldon) è il rumore di un’auto che ci passa davanti. Mentre si avvicina, il suono diventa più alto, poi si abbassa sempre più quando si allontana. La luce fa la stessa cosa. Se una stella si muove verso di noi, la sua luce ci arriverà un po’ più blu, viceversa, se si allontana vedremo una luce più rossa.

Qui arriva la parte geniale: se un pianeta è in orbita attorno ad una stella, la tira un po’ con la sua gravità, perciò la stella finisce per seguire il pianeta, muovendosi in un piccolo cerchio. In pratica, ondeggia.

Gli scienziati hanno cercato segni di questo ondeggiamento nel colore della luce da Proxima Centauri… et voilà! Hanno trovato che la stella si avvicina e allontana un pochino da noi regolarmente, più o meno a passo d’uomo (5 km/h).

Una volta sicuri che l’attività della stella non c’entrasse con i cambiamenti della luce, hanno capito di aver trovato un pianeta.

Ma non solo: dal tempo che ci mette Proxima Centauri a completare un giro e dalla velocità a cui ondeggia, hanno potuto calcolare quanto ci mette il pianeta a completare un’orbita (quanto dura un “anno” su Proxima b), quanto lontano sta dalla stella e (più o meno) quant’è la sua massa.

La posizione non è tutto

Dai calcoli risulta che Proxima b stia su un’orbita piuttosto stretta: il pianeta sta a soli 7 milioni di km dalla sua stella. Sembra molto, ma in realtà ”èESO, Un confronto tra l’orbita di Mercurio attorno al Sole con l’orbita di Proxima b intorno a Proxima Centauri, all’interno della sua zona abitabile. Credit: M.Kornmesser/G.Coleman/ESO[/caption]

Quindi c’è vita su Proxima b? Mmmm... presto per dirlo.

Essere nella zona abitabile è necessario per avere acqua sulla superficie, ma non basta, molto dipende dall’atmosfera del pianeta. Venere e Marte, ad esempio, sono entrambi nella zona abitabile del Sole. Venere ha un’atmosfera densissima, così la sua superficie assomiglia molto alla nostra idea di inferno, con tanto di laghi di metallo fuso. L’atmosfera marziana, invece, è così diradata che l’unica forma di acqua liquida che ha è quel fango tossico scoperto l’anno scorso. A parte quello, è un deserto gelido.

In più, Proxima b sembra avere un lato di perenne giorno e uno di perenne notte. Se non dovesse avere la giusta circolazione di aria, uno dei due probabilmente sarebbe bollente e l’altro gelido: non proprio le migliori condizioni per l’acqua.

A dirla tutta, pure se ci fosse acqua, la vita potrebbe avere grossi problemi. Proxima Centauri, infatti, ha una fastidiosa abitudine ai brillamenti—improvvise eruzioni di intensissimo calore e radiazione. Pianeti che, come la Terra, hanno un campo magnetico sono protetti a meno di eventi catastrofici. Se Proxima b non avesse nessun campo magnetico, i suoi omini verdi verrebbero rapidamente ridotti in cenere. Radioattiva.

Purtroppo non abbiamo modo di mandare sonde per capirci qualcosa in più: Proxima Centauri sarà pure la stella più vicina a noi, ma anche la più veloce delle nostre sonde ci metterebbe decine di migliaia d’anni ad arrivare. Se dovesse davvero partire il Progetto Startshot, però, quella sarebbe la sua prima destinazione.

Per saperne di più
  • L’articolo (come sempre denso di informazioni) di Emanuele Menietti sul Post.
  • Due riepiloghi dei fatti in inglese: uno breve (del sottoscritto) e uno lungo (del grande Phil Plait).
  • Tutto quello che avete voluto sapere su Proxima b ma non avete mai osato chiedere: il sito di Pale Red Dot, il team ESO autore della scoperta.

 

Foto di copertina: M. Kornmesser/ESO
*Correzione del 9/9: il post indicava erroneamente Proxima Centauri come la stella più vicina alla Terra. Ovviamente il Sole è più vicino. 

Benvenuti su Giove!

Come si sono formati i pianeti? Dove hanno preso gli ingredienti per la vita, come carbonio e azoto, che piacciono così tanto a noi terrestri? Queste sono alcune delle grandi domande che la sonda Juno della NASA affronterà sbirciando per la prima volta tra le nubi di Giove.

Suonerà strano, ma non sappiamo praticamente nulla di cosa succede all’interno della cosa più grande del sistema solare (che non sia il Sole). Quando in Europa erano le prime ore del 5 luglio, dopo quasi cinque anni di viaggio spaziale, Juno ha eseguito la manovra per entrare nell’orbita del pianeta, dove rimarrà a fare scienza fino al 2018.

Attraverso piccole variazioni nel campo gravitazionale del pianeta, gli scienziati potranno controllare se il gigante gassoso sia elio e idrogeno fino in fondo o se invece nasconda un cuore roccioso. Studiando l’incredibile campo magnetico di Giove (circa 20mila volte più intenso di quello terrestre), faremo luce sui suoi strati più profondi, dove l’enorme pressione fa accalcare l’idrogeno fino a farlo comportare come un metallo.

Osservando le microonde che irradiano dal pianeta, capiremo di più sulla composizione della sua atmosfera (soprattutto su nubi acquose nascoste), e su quanto profonde siano quelle strisce che vediamo sulla superficie.

Impareremo quando e come si sia formato Giove, se sia sempre stato nella sua orbita attuale, o se ci sia arrivato partendo dalla periferia del sistema solare. A sua volta, questo ci racconterà della formazione del sistema solare e dell’infanzia della Terra.

Ma Juno non è solo lavoro. A bordo della sonda ci sono una placca commemorativa per Galileo—il primo ad osservare le quattro lune maggiori di Giove—tre omini LEGO (raffiguranti il dio Giove, sua moglie Giunone, a cui è intitolata la missione, e Galileo) e uno speciale strumento chiamato JunoCam: una telecamera che fotograferà porzioni di superficie decise con un voto online.

Potete partecipare alla discussione per scegliere gli obiettivi e (tra un po’) votare il vostro preferito sul sito della missione!

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Questo articolo è apparso originariamente su TheMunichEye.com (c) The Munich Eye. All rights reserved.

Foto copertina: NASA/JPL-Caltech

LIGO l’ha fatto di nuovo

Quando si fa scienza, la seconda volta può essere importante almeno quanto la prima. Se un esperimento non si può ripetere non vale nulla. Per questo motivo l’osservatorio per le onde gravitazionali LIGO stava aspettando con ansia questo momento.

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