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

Uno stormo di astronavi verso le stelle

L’esplorazione spaziale ha un problema: è costosa e lentissima, perché le sonde sono grandi e pesanti, zavorrate dal carburante necessario per il lungo viaggio. Per questo, anche la stella più vicina (Alfa Centauri) è irraggiungibile, a millenni di volo da noi.

Secondo gli scienziati del progetto Breakthrough Starshot (progetto non-profit finanziato, tra gli altri, dal miliardario russo Yuri Milner) c’è una soluzione: viaggiare senza carburante, veleggiando nello spazio, spinti solo dalla luce.

Non è solo un’immagine poetica, è veramente possibile!

Quando una superficie assorbe luce, parte della sua energia finisce letteralmente per spingere sulla superficie. Se poi la luce viene riflessa, spinge ancora di più, esattamente come fa una pallina che rimbalza sul muro.

La spinta è comunque piccolissima, per cui solitamente non ce ne accorgiamo. Usando molta luce su oggetti leggeri, però, li si può muovere: la luce solare spinge già alcune piccole sonde. Per arrivare ad Alfa Centauri, però, non basta.

Breakthrough Starshot funzionerà combinando diversi laser focalizzati su piccolissime sonde chiamate StarChip. Gli scienziati stimano che così potranno accelerarle fino al 20% della velocità della luce in appena una decina di minuti, riducendo il viaggio per Alfa Centauri a solo vent’anni.

Il circuito al cuore delle sonde del progetto Breakthrough Starshot, che sarebbe spinta da una vela. Credit: Popular Science

Ogni micro-sonda sarà una specie di aquilone con una grande vela riflettente collegata ad un circuito elettronico che, in pochi centimetri e nel peso di una graffetta, conterrà alcuni sensori, una fotocamera, una trasmittente laser, un piccolo pannello solare ed una batteria. Il tutto, secondo Milner, al costo di un iPhone. Perciò se ne potranno produrre e lanciare centinaia alla volta, e pazienza se qualcuna va persa per strada, cosa probabile lungo i 4 anni luce di viaggio.

Le StarChip partiranno in massa da un satellite e verranno subito spinte da un complesso di laser. Le sonde non possono frenare quindi, arrivate a destinazione, sfrecceranno attraverso tutto il sistema planetario in appena un giorno, freneticamente misurando e scattando foto. Tutti i dati, poi, verranno trasmessi a terra.

 

I problemi non mancano: al momento non abbiamo vele abbastanza riflettenti o laser abbastanza grandi per il viaggio. Ma Milner ha messo sul piatto 100 milioni di dollari solo per un prototipo.

La nostra migliore occasione di toccare le stelle è arrivata.

 

Foto copertina: CC0 rihaij, via pixabay.com

La fondamentale importanza dei batteri di Marte

L’Agenzia Spaziale Europea sta per lanciare la prima parte della missione ExoMars. L’obiettivo è potenzialmente la scoperta più importante della storia: vita su Marte.

Questa prima tranche di ExoMars porterà il satellite TGO e il modulo Schiaparelli. Quest’ultimo testerà le tecnologie che permetteranno, nella seconda fase (che partirà nel 2018) di portare un rover europeo sul pianeta. TGO, invece, costruirà mappe molto precise di parti della superficie e aiuterà le comunicazioni con i rover della NASA attualmente sulla superficie (e faciliterà le comunicazioni col rover del 2018). In più, cercherà nell’atmosfera tracce di metano ed altri gas rari che potrebbero essere stati prodotti da attività biologiche.

L’obiettivo globale della missione, oltre all’esplorazione del pianeta in vista di missioni umane, è proprio cercare tracce di vita. Sappiamo che su Marte c’è acqua (più o meno), e quindi potrebbe esserci vita.

Sappiamo anche che, se ci fosse, non sarebbero omini verdi, quanto piuttosto batteri o altri microorganismi. Ma pure se trovassimo solo quelli, sarebbe una delle più grandi scoperte di sempre.

Per quel che ne sappiamo, la Terra è l’unico posto dove piccoli aggregati di molecole organiche hanno imparato a replicarsi. In pratica, l’unico posto con la vita. Chiaramente, questo la rende piuttosto speciale.

Ma perché solo qui? Cos’ha di speciale?

Trovando vita su Marte, anche solo tracce di batteri estinti milioni di anni fa, avremmo una risposta: la Terra non è poi così speciale. Vorrebbe dire che i pochi ingredienti che sappiamo essere necessari alla vita sono anche sufficienti.

Insomma, troveremmo una risposta all’origine della vita. Hai detto niente.

 

Foto copertina: Panoramic View From ‘Rocknest’ Position of Curiosity Mars Rover (credit: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems)

L’esperimento sulla relatività che teniamo in tasca

Con la scoperta delle onde gravitazionali si parla un sacco di relatività generale. Solitamente l’associamo a buchi neri e altre cose non proprio quotidiane. Ma scommetto che negli ultimi 10 minuti ognuno di noi ha tenuto in mano un esperimento sulla relatività.

Difatti, chiunque ha tenuto in mano uno smartphone o qualunque cosa con un chip GPS ha fatto un esperimento sulla relatività generale.

Non tutti sanno che, in realtà, ognuno dei 31 satelliti GPS passa le giornate a trasmettere che ora segna il precisissimo orologio atomico che ha a bordo.

Per arrivare a terra, il segnale impiega qualche centesimo di secondo. Confrontando precisamente l'ora sul nostro orologio con quella arrivata dal satellite, si può calcolare quanto è lontano. Mettendo assieme la distanza da abbastanza satelliti, si trova la propria posizione.

ingegnerando.it

Che c’entra la relatività? Secondo la teoria, più in alto in un campo gravitazionale (ad esempio, in orbita) il tempo scorre più rapidamente. Un minuto in orbita dura qualche frazione di secondo meno di un minuto sulla Terra. L’effetto, come al solito, è impercettibile.

Difatti i satelliti GPS vennero mandati in orbita la prima volta senza correzione relativistica ai loro orologi. Il risultato? In poco tempo la localizzazione era sballata di chilometri. Fortunatamente, gli ingegneri erano preparati e mandarono un comando ai satelliti per attivare la correzione.

Perciò, ogni volta che il navigatore dell’auto ci dice di svoltare nel posto giusto, ogni volta che Google Maps ci dice quanto distante è il bar più vicino, stiamo verificando la relatività generale.

 

Foto: CC-0 Sylwia Bartyzel, via unplash

5 cose da tener d’occhio nel 2016

Il 2015 è stato un altro bellissimo anno di fisica. Anche il 2016 promette di regalarci novità esaltanti. Dai principi fondamentali della fisica all’origine dell’universo, passando per nuovi sviluppi di recenti temi caldi, ecco alcune cose che secondo me varrà la pena di seguire. In ordine sparso, in un altro post vacanziero (quindi un po’ più lungo).

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