Il pianeta rosso

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Giugno 2018 (Anno XV – Numero 5) sul pianeta rosso del sistema solare.

Il quarto pianeta dal Sole, subito dopo la Terra, è Marte: un mondo polveroso, freddo, deserto e con una sottile atmosfera. Questo pianeta ha le stagioni, le calotte polari, vulcani estinti e canyon. È uno dei corpi più esplorati del nostro sistema solare, ed è finora l’unico pianeta dove abbiamo inviato rover per esplorare il territorio. Le missioni Nasa hanno trovato molti indizi sul fatto che Marte fosse più caldo e piovoso, almeno miliardi di anni fa. Furono i Romani a chiamarlo così, come il loro dio della guerra, a causa del suo colore rosso come il sangue, mentre gli Egiziani lo chiamavano “Her Desher” che significa proprio “quello rosso”.

Marte in numeri
Il pianeta rosso ha un diametro di 6.800 km, la metà della Terra (13.000 km), con un’inclinazione di 25°, una lunghezza dell’anno di 687 giorni e una forza gravitazionale metà della nostra. Appartiene al gruppo dei “pianeti terrestri”, dove però sembra non essere presente vita biologica complessa, d’altronde vi è una temperatura media di -50°C. Marte dista 228 milioni di km dal Sole, orbita alla velocità di 100.000 km/h, e possiede due piccole lune (la nostra ha un diametro di 3.500 km): Phobos (22 km) e Deimos (12 km). Ha una massa 10 volte inferiore a quella della Terra, con un volume pari ad 1/6 del nostro, un’atmosfera costituita principalmente di biossido di carbonio (96%). La forza di gravità è debole, si pensi che sulla sua superficie il peso di un uomo sarebbe 1/3 (quindi basta trasferirsi su Marte per risolvere tutti i problemi di dieta).

Formazione
Quando il sistema solare stava sviluppando la sua attuale configurazione, 4 miliardi di anni fa, Marte nacque dalla forza di gravità che accentrò gas e materiale per formare il quarto pianeta del sistema solare. Come tutti i pianeti terrestri, Marte ha un nucleo centrale (ferro, nichel e zolfo), un mantello roccioso ed una crosta solida (ferro, magnesio, alluminio).
Presenta interessanti caratteristiche topografiche, infatti i vulcani, i meteoriti, i movimenti geologici e le condizioni atmosferiche, come le forti bufere di sabbia, hanno modellato fortemente il panorama marziano. Troviamo l’enorme canyon di “Valles Marineris” lungo 5.000 km e largo 7 km ed il più grande vulcano del sistema solare chiamato “Olympus Mons” (tre volte più alto del monte Everest).

Acqua
Marte sembra aver avuto molti fiumi antichi, delta e laghi d’acqua, rocce e minerali formatisi dall’erosione dell’acqua liquida (nella figura trovate l’immagine di Marte quando era giovane e come è ora). Oggigiorno, si può trovare l’acqua solamente sotto forma solida nelle regioni polari. Infatti si trovano condizioni troppo sfavorevoli per la sua esistenza in forma liquida: le temperature oscillano dai 20°C sino ai -153°C. Inoltre, se si fosse in piedi sulla superficie di Marte a mezzogiorno, si sentirebbe un tepore primaverile di 24°C ai piedi, ed un gelido vento invernale all’altezza della testa. Alcune volte i venti marziani sono così forti da creare delle bufere di polvere che avvolgono tutto il pianeta, e servono mesi prima che questa si depositi.
Gli scienziati non si aspettano di trovare forme di vita sul pianeta rosso, ma stanno cercando i segni della loro lontana esistenza, quanto il pianeta era più caldo e ricoperto d’acqua. Proprio a giugno il rover Curiosity della Nasa ha trovato delle nuove evidenze conservate nelle rocce sedimentarie che suggeriscono un’antica vita organica molecolare su Marte.

Le lune
Marte ha due lune a forma di patata perché queste hanno una massa così piccola che la gravità non è riuscita a renderle sferiche. I loro nomi derivano dai cavalli del Dio della guerra. Phobos, la luna più grande ed interna, si sta lentamente muovendo verso il pianeta sul quale si schianterà tra circa 50 milioni di anni.
Scrivere per il giornale “La Piazza” è stata l’occasione per scoprire nuove curiosità scientifiche, una mia passione che spero di essere riuscito a condividere anche con voi!

Stephen Hawking

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Maggio 2018 (Anno XV – Numero 5) sullo scienziato Stephen Hawking scopritore della radiazione dei buchi neri.

Stephen Hawking ha lasciato questo mondo ma non è scomparso per sempre, infatti la sua stella ora brilla ancora più luminosa nel firmamento della scienza, ad indicarci la strada da percorrere per scoprire i misteri dell’universo.

Chi è Hawking?
Hawking nasce l’8 gennaio del 1942, esattamente 300 anni dopo la morte di Galileo Galilei, e muore il 14 marzo 2018, casualmente proprio 139 anni dall’anniversario della nascita di Albert Einstein. Egli è stato uno dei fisici teorici più importanti dei nostri tempi, noto soprattutto per i suoi studi sui buchi neri e per il suo impegno nella divulgazione scientifica. Era il direttore di ricerca del Dipartimento di matematica applicata e fisica teorica dell’università di Cambridge, e per 30 anni ha occupato la stessa cattedra che era stata di Isaac Newton.

La malattia
Nel 1963 gli fu diagnostica una malattia degenerativa dei motoneuroni, che ufficialmente gli lasciava solo due anni di vita, ma nonostante ciò egli proseguì alacremente gli studi e le sue ricerche. Dagli anni ’70 è costretto sulla sedia a rotelle, dagli ’80 ebbe bisogno dell’assistenza alla nutrizione e negli anni ’90 perse la voce, ma non si arrese mai, e con l’aiuto di un sintetizzatore vocale riusciva a comunicare con una frequenza di 15 parole al minuto. Egli stesso afferma: “Non ho paura della morte, ma non sono ansioso di morire. Ho tante cose che voglio fare prima”. Nel 1965 si sposò con Jane Wilde, con la quale avrebbe poi avuto tre figli. Malgrado la sua situazione visitò tutti i continenti, addirittura l’Antartide, dimostrando che anche le persone con disabilità possono fare praticamente di tutto, senza sentirsi limitate dalla loro condizione.

Dal Big Bang ai Buchi neri
Intelligente e creativo, si dedica alla ricerca intorno a questi misteriosi gorghi densi e massicci, che riescono a fagocitare anche la luce. Applicò a questi oggetti le teorie quantistiche, scoprendo che i buchi neri perdono radiazioni e particelle, nel loro ciclo che li porta a collassare e scomparire.
La teoria sulla radiazione di Hawking, fece cambiare il modo in cui erano visti i buchi neri: da gigantesche macchine che assorbono ciò che hanno intorno a grandi sistemi di riciclo della materia e dell’energia. I calcoli che lo portarono alla scoperta furono messi in discussione per molto tempo nella comunità scientifica. Le conclusioni erano talmente strane per le conoscenze dell’epoca da far dubitare lo stesso Hawking: l’idea che alcune particelle potessero sfuggire ai buchi neri sembrava impossibile. Egli voleva trovare la vera “teoria del tutto” della fisica, una spiegazione uniforme e omogenea di come funziona tutto ciò che esiste.

Radiazione di Hawking
Dagli anni ’60 Hawking lavora con diversi colleghi per definire meglio i buchi neri, comprenderne le caratteristiche e il loro ruolo nel formare e plasmare l’universo. Grazie a quei studi arrivò alla conclusione che qualcosa riesce a sfuggire a questi gorghi apparentemente senza fondo. Studiava cose che all’epoca non erano state ancora osservate. Oggi, grazie ai telescopi sappiamo che ci sono centinaia di buchi nell’universo. La radiazione di Hawking offre gli elementi più convincenti per capire il rapporto tra i buchi neri e ciò che hanno intorno, ed apre nuovi spiragli per la comprensione della nascita dell’universo.

Walk-Man

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Marzo 2018 (Anno XV – Numero 3) su Walk-Man robot.

L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e il Centro Ricerche E. Piaggio dell’Università di Pisa in Italia, l’École Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL) in Svizzera, il Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Germania e l’Université Catholique de Louvain (UCL) in Belgio hanno realizzato Walk-Man: un robot umanoide capace di agire in situazioni di emergenza, di spegnere gli incendi, di attivare gli estintori e di camminare nelle fiamme. Il robot è progettato per localizzare i pericoli prima dell’intervento delle squadre dei soccorritori.
Il progetto è stato finanziato dalla Commissione Europea dal 2013. Già nel 2015 era stato invitato a Los Angeles alla gara internazionale di robotica Darpa Robotics Challenge (DRC), promossa per definire gli standard tecnologici dei robot capaci di fornire assistenza in caso di disastri naturali o provocati dall’uomo. Durante la sfida il robot aveva affrontato uno scenario ispirato all’incidente nucleare di Fukushima.
Nel 2016 Walk-Man è stato testato in uno scenario reale, in seguito al terremoto ad Amatrice, all’interno di edifici danneggiati per eseguire un’ispezione della struttura e fornire informazioni sulla stabilità dell’edificio.
Nella sua ultima prova il robot ha dovuto affrontare un ipotetico scenario di un impianto industriale danneggiato da un terremoto in cui erano presenti detriti, fughe di gas e fuoco. Lo scenario è stato ricreato in laboratorio attraverso la costruzione di un ambiente fittizio, dove Walk-Man è stato in grado di muoversi ed eseguire questi quattro compiti specifici: aprire e attraversare una porta per entrare nella zona; localizzare una valvola di tipo industriale e chiuderla (per interrompere la perdita di gas); rimuovere gli ostacoli sul suo percorso; identificare la posizione delle fiamme e attivare l’estintore.
Il robot era controllato a distanza da un operatore umano tramite un’interfaccia virtuale ed una tuta sensorizzata vestita dall’operatore, che consente di azionare il robot in modo naturale, controllandone la manipolazione ed i movimenti, come un avatar, mentre si ricevono in modo continuo immagini ed informazioni dai sistemi di percezione del robot.
La nuova versione di Walk-Man è alta 1,85 metri ed è realizzata in metallo leggero (ergal, leghe di magnesio, titanio, ferro e plastica). Il suo peso è stato ridotto di 31 chili (ora pesa 102 chili) e con una parte superiore del corpo (busto e braccia) molto più leggera. Il robot può muoversi più velocemente e riesce a reagire bene alle spinte esterne per mantenere l’equilibrio, in modo da adattare il proprio passo ai terreni accidentati o alle situazioni in cui l’interazione con l’ambiente è variabile. È dotato di una batteria da 1 kWh che garantisce un’autonomia di circa due ore ed è capace di sollevare 10 kg per ogni braccio. Le mani sono state sviluppate dal Centro Ricerche E. Piaggio dell’Università di Pisa in collaborazione con IIT, con dita che permettono di afferrare un’ampia varietà di forme degli oggetti.
Il robot è costituito da ben 32 motori e schede di controllo, 4 sensori di forza e coppia (2 ai piedi e 2 alle mani) e 2 accelerometri per il controllo dell’equilibrio. Le sue articolazioni possiedono una certa elasticità che gli consente di sviluppare azioni fluide ed avere interazioni sicure con l’uomo e l’ambiente. La sua architettura software è basata su framework XBotCore, piattaforma YARP, ROS e Gazebo. Nella testa sono presenti telecamere, scanner laser 3D e microfoni, e potranno essere aggiunti anche sensori per riconoscere la presenza di sostanze tossiche.
Il futuro dei robot umanoidi non è poi così lontano, ed i scienziati italiani danno il loro importante contributo!

Il mistero dei numeri primi

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Febbraio 2018 (Anno XV – Numero 2) sul mistero dei numeri primi – recensione del libro del Prof. Augusto Serrecchia.

Quest’oggi vi presento il libro del Professore Augusto Serrecchia intitolato “Dai numeri primi all’ipotesi di Riemann”, che racconta gli sforzi fatti sinora dalla comunità scientifica per comprendere qual è la logica con cui i numeri primi si distribuiscono nell’insieme dei numeri naturali: il più importante problema irrisolto della matematica.

Numeri primi
Introduciamo prima i numeri naturali, quelli cioè con cui s’impara a contare. Se ad uno qualsiasi di essi si aggiunge 1, si ottiene il numero naturale immediatamente successivo, essi cioè non finiscono mai, sono infiniti, si può infatti sempre avanzare di una unità. Alcuni di questi si definiscono numeri composti, possono cioè essere formati dal prodotto di altri naturali. Invece un numero primo non può essere espresso come prodotto di altri naturali, ossia è divisibile solo per 1 e per sé stesso. Anche i numeri primi sono infiniti, un risultato che ha dimostrato Euclide addirittura 2.300 anni fa. Il teorema fondamentale dell’aritmetica dice che ogni numero naturale (a parte 1) o è un numero primo o può essere espresso in un solo modo come prodotto di numeri primi, come ha dimostrato Carl Friedrich Gauss nel 1801.

Distribuzione dei numeri primi
L’argomento principale del libro è proprio la distribuzione dei numeri primi nell’insieme dei naturali; si succedono in un modo che appare irregolare, ma come ha detto Einstein “Dio non gioca a dadi con l’universo”. I numeri primi sono gli elementi fondamentali della matematica, ed i matematici non sono affatto contenti che questa struttura basilare presenti ancora aspetti misteriosi. Ci deve essere una ratio intellegibile secondo cui i numeri primi si succedono nell’ordine dei naturali. E già da questo si intuisce la suprema bellezza e la severa perfezione della matematica. Ci sono i numeri soli (primi) e quelli accompagnati (composti), e di questa distribuzione non si conosce la logica, eppure questi oggetti entrano ogni istante nelle vite di ognuno di noi, non è infatti possibile fare a meno dei numeri, sono quasi in qualsiasi cosa.

Ipotesi di Riemann
Il primo indizio per decifrare questo mistero è proposto da Gauss, che congettura il teorema della distribuzione dei numeri primi, dimostrata 100 anni dopo da Charles Hadamard: la ricerca di una funzione che fosse legata a tutti i numeri primi nel loro insieme e la cui analisi permettesse poi di individuare la legge che governa la loro distribuzione asintotica approssimata. Nel 1737 fa il suo esordio l’identità di Eulero che contiene tutti i naturali da una parte e tutti i numeri primi dall’altra, ed implicitamente la nozione d’infinito e il concetto di limite, con alcune informazioni sul segreto dei numeri primi.
Siamo infine giunti a Riemann, il quale intuisce che il solo modo di procedere fosse quello di estendere l’identità di Eulero in un contesto geometrico più ampio: il piano dei numeri complessi. Ripropone quindi il problema introducendo una continuazione analitica della formula di Eulero, cioè una sua estensione che la facesse apparire solo come una restrizione di una funzione più ampia ed articolata, definita sul piano di Gauss-Argand. Questa estensione, di cui l’identità di Eulero è solo una parte, viene detta la zeta di Riemann, una funzione complessa di variabile complessa. È come se si fosse sempre ammirato un piccolo pezzetto di un dipinto, e poi un bel giorno si vedesse il quadro completo! Gli zeri complessi della zeta di Riemann costituiscono in un certo senso un insieme duale dell’insieme dei numeri primi.
Il problema è allora risolto? No, non e ̀ cosi! L’Ipotesi di Riemann non è stata dimostrata, se fosse vera avremmo trovato “la musica armonica dei numeri primi”, in caso contrario ci sarebbe solo del “rumore”. Al contrario il mistero si infittisce, con la scoperta di una connessione tra l’Ipotesi di Riemann, la fisica quantistica e la Teoria del Caos.
Insomma, questo è un libro intrigante che ti coinvolge e ti trasporta nella scoperta del più grande problema irrisolto della matematica: l’ipotesi di Riemann. Un mistero incredibile, che attende il genio matematico che lo risolva definitivamente, e chissà se non sia proprio uno di voi!

Aria velenosa

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Dicembre 2017 (Anno XIV – Numero 9) su inquinamento ed aria velenosa.

Nell’ultimo periodo passeggiare per le strade non ha più lo stesso piacere di prima, infatti quando si respira a pieni polmoni per il paese non si sente più quell’aria pulita di campagna. Noi respiriamo ininterrottamente dal nostro primo giorno fino all’ultimo. È un bisogno vitale e costante, non solo per le persone ma per tutti gli esseri viventi sulla terra. Una cattiva qualità dell’aria è una grande minaccia: nuoce alla nostra salute ed a quella dell’ambiente. La situazione è delicata ed il problema molto complesso, poiché le interazioni sono globali. Approfondiamolo un po’!

Cosa è l’aria?
L’atmosfera è la massa gassosa che circonda il pianeta, articolata in diversi strati con varie densità. Il più piccolo e basso è conosciuto come troposfera (quello dove avvengono i fenomeni atmosferici). L’aria secca è costituita da azoto (78%), ossigeno (21%) e argon (1%), oltre ad una certa quantità vi vapore d’acqua (0,1-4%). L’atmosfera contiene inoltre piccole quantità di centinaia di altre sostanze (CO2, metano, particolato, ozono, CO, ammoniaca, ossidi di zolfo, ossidi d’azoto, e altri ..) misurate in parti per milione e rilasciate in atmosfera dalle attività umane o da fonti naturali (eruzioni vulcaniche, incendi, tempeste di sabbia).

Inquinamento globale
L’inquinamento atmosferico non è un problema solo locale, ma riguarda tutto l’emisfero. Gli inquinanti prodotti in una nazione possono essere trasportati in paesi molto lontani. I gas emessi in Cina e Stati Uniti raggiungono l’Europa, e così vale il contrario, come gli inquinanti generati nelle città arrivano fino alle aree rurali circostanti. Il vento sposta queste masse d’aria contaminata, non c’è posto che si salvi, interno oppure esterno, vicino o lontano.

Qualche numero
L’inquinamento dell’aria è la 4° causa di morte dietro l’alta pressione del sangue, una dieta alimentare sbagliata ed il fumo. Nel 2012 ha infatti causato 6,5 milioni di morti nel mondo per malattie connesse. Ciò dipende dal fatto che il 92% della popolazione mondiale vive in città dove il livello d’inquinamento supera spesso i limiti di sicurezza.

Conseguenze sulla salute
I tre inquinanti che in maniera più significativa incidono sulla salute umana sono: il particolato, il biossido di azoto e l’ozono troposferico. Le particelle solide sono così piccole e leggere che restano in sospensione nell’aria, ed oltre ad entrare nei polmoni riescono a passare anche nel sangue. Esposizioni prolungate possono causare irritazione oculari e cutanee, emicranie, asma, allergie, patologie polmonari, malattie cardiovascolari, e tanti altri danni all’uomo, all’ambiente ed agli altri esseri viventi.

Ozono troposferico
L’ozono è costituito da tre atomi di ossigeno. Negli strati alti dell’atmosfera è fondamentale perché ci protegge dai raggi ultravioletti solari, ma nella troposfera (lo strato a livello del terreno) è molto pericoloso. Esso è aggressivo, corrosivo, riduce la fotosintesi, la crescita delle piante, e produce infiammazione dei polmoni, dei bronchi, e per soggetti già deboli può essere debilitante od addirittura fatale. Nella troposfera si forma come risultato di complesse reazioni chimiche, dove il metano ed il monossido di carbonio (CO) giocano un ruolo di primo piano.

Fonti d’inquinamento
Il contributo delle attività umane alla produzione di inquinanti è dovuto alla crescita demografica, l’agricoltura intensiva, la deforestazione, l’industrializzazione, la climatizzazione delle abitazioni e la diffusione dei combustibili fossili a fini energetici. Il 90% dell’ammoniaca e l’80% delle emissioni di metano provengono dalle attività agricole. Il 60% degli ossidi di zolfo è dovuto alla produzione di energia. Il 40% degli ossidi di azoto derivano dal trasporto stradale, così come il 40% del particolato. Per il 2017 si stima una crescita del 2% delle emissioni di anidride carbonica, per un totale di 41 miliardi di tonnellate di CO2 immesse in atmosfera, di cui il 60% è prodotto per il riscaldamento delle abitazioni, raggiungendo livelli record di concentrazione in atmosfera pari a 405 parti per milione (ppm), molto oltre il limite di sicurezza di 350 ppm.
È importante isolare bene le abitazioni per diminuire il consumo energetico dovuto al loro riscaldamento e le relative emissioni di CO2, ma allo stesso tempo è necessaria una politica globale poiché gli inquinanti prodotti in un paese si spostano comunque in tutto il globo. Siamo sulla stessa barca e dobbiamo lavorare sodo perché non affondi, affinché l’uomo non si avveleni stupidamente con le sue stesse mani.

Cassini ed il Signore degli anelli

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Ottobre 2017 (Anno XIV – Numero 8) sul satellite Cassini.

Questa è una storia che comincia negli anni ‘80 quando si progetta il satellite Cassini, la sonda interplanetaria per l’esplorazione di Saturno, che termina il suo programma il 15/09/2017 allorché la sonda si lascia cadere sul gigante gassoso.

Chi è Cassini?
Giovanni Domenico Cassini (1625-1712) è stato un matematico, astronomo, ingegnere, medico e biologo italiano. Egli ha scoperto 4 satelliti di Saturno: Giapeto, Rea, Dione e Teti. Scoprì inoltre la “Divisione di Cassini” negli anelli di Saturno (la zona scura), a lui intitolata. Fu inoltre il primo che osservò la rotazione differenziale dell’atmosfera di Giove.

Il gigante Saturno
Saturno è il 6° pianeta del sistema solare (la terra è il 3°) partendo dal Sole. E’ il pianeta più massiccio dopo Giove, ed è classificato come gigante gassoso composto da idrogeno ed elio. Il suo nucleo interno è costituito però da silicati e ghiacci solidi, ed è circondato da uno spesso strato di idrogeno metallico. Ha un raggio medio di 120.000 km (10 volte quello della Terra) ed una massa quasi 100 volte quella terrestre. Il nome deriva dal dio della mitologia romana, omologo del dio greco Crono, titano della fertilità e del tempo.

La missione Cassini
Il satellite è stato lanciato con un razzo Titan IV nel 1997, ed ha conquistato l’orbita di Saturno solo nel 2004, dopo 7 anni e 3 miliardi di km. E’ la più grande sonda scientifica inviata per viaggi interplanetari, ed è stato costruito in collaborazione tra le agenzie spaziali NASA, ESA (europea) e ASI (italiana). L’Italia infatti ha realizzato l’antenna di 4 metri con cui la sonda comunica con la terra, lo spettrometro VIMS, il sottosistema di radioscienza RSIS, il radar e lo strumento HASI. Lo studio di Saturno aveva l’obiettivo di ricostruire i processi primari dell’evoluzione di un sistema planetario, e di approfondire la conoscenza della sua composizione e della sua struttura.

Scoperte scientifiche
La sonda Cassini in 13 anni di lavoro (doveva durare solo 4 anni) ha percorso 294 orbite intorno al pianeta ed ha fatto numerose scoperte: i pennacchi di ghiaccio su Encelado, la doppia faccia di Giapeto, i laghi di idrocarburi nella regione artica di Titano, le 62 lune aliene di Saturno, le tempeste primordiali sulla superficie di Saturno (tra cui quella esagonale), le centinaia di anelli intorno a Giove (dischi di rocce e ghiacci) spessi solo qualche km.
Mette inoltre alla prova la relatività generale di Einstein: “un raggio luminoso o un fascio radio viene deflesso e ritardato dal campo gravitazionale di una massa vicina”. Si perfeziona infatti la misura della deflessione prodotta dalla massa solare sui segnali inviati alla terra.

Titano
Cassini ha visto bene Titano (la luna più grande di Saturno), individuando un’atmosfera molto interessante: densa, riducente e prebiotica, cioè adatta allo sviluppo di vita primordiale, come quella avvenuta sulla terra (3 miliardi di anni fa), ma con una temperatura molto più bassa (-200°C). La superficie di Titano è un mondo assurdo, fatto di acqua solida ghiacciata, mentre il metano è allo stato liquido, forma fiumi e mari, e cade come pioggia e neve.

Encelado
La luna Encelado ha anch’essa un fascino particolare, è costituita da crepacci ghiacciati e ripidi promontori, e sfigurata dalla tremenda forza d’attrazione del vicino gigante Saturno, che ha generato profonde fratture del guscio pallido di Encelado. Uno di questo squarci è profondo addirittura 1 km e taglia anche altre strutture morfologiche limitrofe. Cassini ha infine osservato i famosi pennacchi d’acqua espulsi dalla superficie a velocità superiori a 2000 km/h.

E’ incredibile essere riusciti a lanciare la sonda Cassini nel lontano 1997, con una tecnologia molto più primitiva, per un viaggio di 3 miliardi di km ed una missione durata ben 20 anni, ad indagare i principi della formazione del sistema solare e della nascita della vita. E questo è merito anche dell’Italia.

Viaggio nello spazio

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Marzo 2017 (Anno XIV – Numero 3).

L’esperienza sulla stazione ISS di Samantha Cristoforetti è stata epica: la prima donna italiana inviata nello spazio con la missione “Futura” dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Vediamo come è andata!

Cosa è l’ISS?
La Stazione Spaziale Internazionale (International Space Station) è dedicata alla ricerca scientifica in condizioni di micro-gravità, ed è gestita congiuntamente da 5 diverse agenzie spaziali poiché i costi e l’organizzazione necessari sono enormi. E’ mantenuta su un’orbita ad un altitudine di 400 km e viaggia ad una velocità media di 27.000 km/h, girando 16 volte al giorno intorno alla terra. Dal 2 novembre 2000 è sempre stata abitata da cosmonauti, e dovrebbe restare in funzione fino al 2024.

Perché nello spazio?
L’uomo è curioso di esplorare l’ambiente che lo circonda, e proprio ampliando continuamente i confini della sua conoscenza, ha raggiunto lo spazio con i suoi infiniti orizzonti. La cosa buffa è che, come con la luce di un lampione nella notte fonda, più estendiamo la zona illuminata per conoscere i misteri che ci circondano, più grandi diventano i confini che rimangono in ombra. L’obiettivo della ISS è quello di sviluppare e testare tecnologie per l’esplorazione spaziale, in grado di mantenere in vita un equipaggio in missioni di lunga durata, nonché servire come un laboratorio di ricerca in un ambiente di microgravità, in cui gli scienziati conducono esperimenti avanzati di biologia, chimica, medicina, fisiologia e fisica.

Chi è Samantha Critoforetti?
Il suo curriculum è incredibile: nasce nel 1977, si laurea a Monaco in ingegneria meccanica, frequenta l’istituto aeronautico di Tolosa e consegue un master a Mosca, nel 2001 inizia la sua carriera di pilota in Aeronautica Militare presso l’Accademia di Pozzuoli, poi nella scuola di volo Euro-NATO negli USA consegue il brevetto di pilota militare, ed inoltre parla ben 5 lingue. Infine dopo questo lungo percorso, nel 2009 è selezionata, tra migliaia di aspiranti, come astronauta dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e completa l’addestramento di base nel novembre del 2010.

Il viaggio nello spazio
Il lancio con la navicella Soyuz è avvenuto il 23 novembre 2014 dal cosmodromo di Baikonour, Kazakistan. Samantha ha trascorso quasi 200 giorni (7 mesi) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, tornando sulla Terra l’11 giugno 2015. E’ stata la prima missione di una donna italiana nello spazio ed il settimo astronauta italiano, dopo Umberto Guidoni, Paolo Nespoli, Roberto Vittori e Luca Parmitano.
Per raggiungere lo spazio bastano 8 minuti a bordo del veicolo Sojuz, dopo di che si spegne l’ultimo stadio del razzo e ci si trova in assenza di gravità: fluttuare nell’aria è un esperienza unica, con il cervello che ha la sensazione di essere in caduta libera, infatti serve tempo per abituarsi a queste condizioni particolari. Poi inizia la ricerca della ISS tramite i segnali delle antenne, l’unico piccolo puntino nel vuoto assoluto dove c’è aria, acqua ed amici: l’avamposto dell’umanità nello spazio. Nella stazione spaziale ci si muove nelle tre dimensioni, non esiste pavimento né soffitto, e in queste condizioni sono stati eseguiti 200 esperimenti delle varie agenzie che contribuiscono al progetto, tra cui il ritorno del flusso venoso al cuore, la stampa in 3d, la crescita delle piante, le capacità motorie, la perdita di tessuto osseo, le dinamiche dei fluidi e molti altri ancora.
La giornata tipo del cosmonauta è molto intensa, infatti ci si sveglia alle 7, si controlla l’agenda e si parte subito con un meeting d’aggiornamento, si devono fare almeno 2 ore di attività fisica, oltre alla necessaria manutenzione della stazione, e poi si lavora sugli esperimenti programmati. L’ambiente spaziale è avverso, non c’è aria o acqua oltre le pareti della stazione, quindi si ricicla tutto: si trasforma il caffé di ieri in quello di domani. Anche i rifornimenti di cibo sono pochi, infatti arrivano attraverso i veicoli ATV che possono trasportare fino a 7 tonnellate, per questo i pasti sono liofilizzati, oppure sigillati, raramente freschi.
Sopravvivere nello spazio è difficile, e la stazione ISS è come una palestra nella quale l’umanità si allena, con l’obiettivo di conoscere i problemi da affrontare e poter aumentare la durata delle missioni: questo è un viaggio molto lungo che un giorno ci permetterà di avventurarci nell’immenso universo che ci circonda!

Il lander Schiaparelli su Marte

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Novembre 2016 (Anno XIII – Numero 10) intitolato “Il lander Schiaparelli su Marte”.

Il lander “Schiaparelli” della missione “ExoMars” sfortunatamente si è schiantato sulla superficie di Marte. Comunque non è stato uno sforzo vano, infatti prima di abbandonarci ha dimostrato di aver compiuto con successo tutte le manovre che erano state previste, ed inoltre ha raccolto numerosi dati fondamentali per il prossimo viaggio. Allora, destinazione Marte!
Perché il nome Schiaparelli?
Giovanni Virginio Schiaparelli nato a Savigliano il 14 marzo del 1835 è stato un importante astronomo, storico della scienza ed ingegnere italiano, noto particolarmente per i suoi studi su Marte, infatti fu uno dei primi che disegnò una mappa del pianeta rosso; per questo in suo onore furono battezzati un cratere sulla Luna ed uno su Marte, oltre al lander di cui parliamo.
Cosa è ExoMars?
ExoMars è una missione progettata per l’esplorazione del pianeta Marte tramite una sonda robotica sviluppata dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e da quella Russa (Roscosmos). Essa prevede il lancio dell’orbiter “TGO” (satellite in orbita intorno al pianeta) e del lander “Schiaparelli” (navicella che effettua la discesa e la sosta sul pianeta), il cui scopo è quello di testare il metodo d’ingresso, di discesa e d’atterraggio sulla superficie marziana, con l’obiettivo di inviare nel 2020 un rover (veicolo adibito al movimento sul corpo celeste). Siamo alla ricerca di eventuali tracce di vita biologica, per comprendere la geochimica del pianeta ed aumentare la conoscenza dell’ambiente. Infatti Marte è il quarto pianeta del sistema solare, ed è quello più simile alla Terra, poiché ha inclinazione dell’asse di rotazione e durata del giorno simili a quelle terrestri. Per questo motivo è così interessante da studiare: si vuole verificare se era presente acqua e vita biologica sul pianeta, e capire il motivo per cui è scomparsa. Non a caso gli alieni li chiamiamo marziani!
Cosa ha trovato Schiaparelli?
Il lander Schiaparelli è stata progettato e costruito proprio in Italia, da Thales Alenia Space, con lo scopo di fornire la tecnologia per compiere un atterraggio controllato sulla superficie del pianeta rosso. Purtroppo qualcosa è andato storto, infatti il computer di bordo ha spento i retrorazzi di frenata dopo soli 3 secondi dalla loro accensione, invece dei 30 previsti, per questo il lander si è schiantato a 300 km/h sulla superficie marziana. Comunque, eccetto gli ultimi metri, la sonda si è comportata in maniera egregia, poiché ha eseguito lo sganciamento dello scudo termico, l’apertura del paracadute e l’accensione dei retrorazzi di frenata. I nostri scienziati sono riusciti a portare un orbiter intorno a Marte e quasi un lander sulla sua superficie, dopo un viaggio di 7 mesi e una distanza percorsa di 60 milioni di km. Bravissimi!
Esplorazione di Marte!
Questo non è il primo tentativo di approdare sul pianeta rosso, infatti sono state inviate già 40 sonde automatiche senza equipaggio, benché quasi i due terzi abbiano fallito, poiché sono enormi le difficoltà da superare e tanti i fattori che possono rovinare le missioni. Attualmente sono ancora operativi ed efficienti diverse sonde orbitanti intorno al pianeta, ed i rover Opportunity e Curiosity. Alla conduzione dei rover marziani partecipa anche un italiano, Paolo Bellutta, che detiene il primato della guida a distanza di un veicolo su un altro pianeta, circa 15 km dopo più di 11 anni di lavoro (considerate che si percorrono poche decine di metri al giorno)!
Quando la prossima missione?
L’orbiter TGO ExoMars è correttamente in posizione, è dotato di strumenti per l’analisi dei gas atmosferici e per la mappatura delle loro fonti, e ci aiuterà a scegliere il prossimo sito di atterraggio. Tutti i siti candidati sono nella zona equatoriale, sono geologicamente antichi e recano segni di una passata presenza di acqua liquida, e forse di vita biologica! La seconda missione di ExoMars sarà lanciata da Bajkonur con un Proton-M (vettore spaziale sovietico) nel 2020, e consisterà di un modulo di atterraggio costruito sulla base dei dati raccolti da Schiaparelli e dal TGO, che porterà sulla superficie del pianeta un rover ESA. Cosa aspettiamo? Partiamo alla scoperta di Marte!

Giunone conquista Giove

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Luglio 2016 (Anno XIII – Numero 7) intitolato “Giunone conquista Giove”.

Nel cammino abituale di ognuno di noi, per districarsi con le difficoltà quotidiane, si possono perdere quegli eventi eccezionali che ravvivano la nostra speranza, nei quali la strada percorsa dall’intera specie umana brilla intensa ed infiamma l’immaginazione dei singoli individui, che allora si sentono parte di un progetto più grande di loro. Questa è la missione “Juno”!

Cos’è Juno?
Il 4 luglio 2016 la navicella spaziale Juno (Giunone), dopo un lungo viaggio durato ben 59 mesi, è arrivata vicino a Giove e si è inserita con successo in un orbita ellittica intorno ai suoi poli, con una delicatissima manovra di avvicinamento durata ben 35 minuti nei quali ha bruciato 800 kg di combustibile. L’obiettivo di Juno è quello di studiare Giove oltre la sua densa coltre nuvolosa, per conoscere il pianeta e comprendere l’evoluzione di questo enorme gigante gassoso (contiene più di due volte la quantità di materia presente in tutto il sistema solare, escluso il sole), aiutandoci a capire la storia della formazione delle stelle. Alla missione fu dato il nome Juno, cioè Giunone – la moglie del dio Giove – proprio perché essa poteva vedere attraverso le nubi in cui si celava Giove.

Il veicolo spaziale
La navicella ha un diametro di 3,5 metri, ma nella massima estensione dei suoi 60 mq di pannelli solari è grande come un intero campo da basket e pesa 3.600 kg (di cui 1.300 kg di combustibile). E’ stata lanciata dalla Terra il 5 agosto 2011 alle 9:25, momento in cui la distanza Terra-Giove era 716 milioni di km, mentre ora è pari a 870 milioni di km. Per arrivare su Giove è stato necessario realizzare una fionda gravitazionale: ciò significa che il veicolo spaziale è stato lanciato dalla Terra nel 2011, ha oltrepassato l’orbita di Marte per poi sfiorare (500 km) nuovamente la Terra nel 2013, in modo da sfruttare la massa terrestre che gli ha permesso di raggiungere la velocità indispensabile per arrivare fino a Giove. Qui effettuerà 37 giri intorno al gigante gassoso (uno ogni 14 giorni) che avranno termine il 20/02/2018 quando il veicolo si schianterà sul pianeta, a quel punto la navicella avrà percorso addirittura 3.400 milioni di km, toccando la strabiliante velocità di 265.000 km/h (74 km/s – uno dei più veloci oggetti costruiti dall’uomo).

Strumenti di Juno
Il velivolo è il primo alimentato interamente da pannelli solari fotovoltaici, che forniranno tutta l’energia necessaria, benché i raggi solari che raggiungono Giove abbiano solo il 3% della forza di quelli sulla Terra. A bordo ci sono nove strumenti utili per svelare i misteri nascosti oltre le folte nubi, di cui sei dedicati allo studio della magnetosfera, del plasma e delle aurore, tra cui lo spettrometro ad infrarossi, il radiometro a microonde ed il mappatore del campo gravitazionale.

Il pianeta Giove
Giove è un enorme gigante gassoso, 11 volte più largo della Terra e 300 volte più pesante. Esso impiega 12 anni per orbitare intorno al sole, ma solo 10 ore per ruotare su se stesso. Possiede 4 grandi lune (Io, Europa, Ganimede, Callisto) e 60 più piccole. Fu proprio il grande Galileo Galilei che nel 1610 fece la monumentale scoperta delle 4 lune di Giove e della loro orbita intorno a quel pianeta, infrangendo così la visione geocentrica dell’universo (per cui tutto ruotava intorno alla Terra). La sua composizione assomiglia molto a quella di una stella, principalmente idrogeno ed elio. Al suo interno la pressione e la temperatura crescono rapidamente, comprimendo l’idrogeno gas in liquido che diventa conduttivo come un metallo e genera un forte campo magnetico (magnetosfera), 20.000 volte più potente di quello della Terra.
La navicella Juno è andata lontanissimo, in luoghi dove il singolo individuo scompare! Rimangono solo i 200.000 anni di storia della specie umana, e la sua curiosità che la spinge continuamente avanti.

I buchi neri

by Ing. Federico FratiniNo Comments

Qui sotto è riportato l’articolo pubblicato sul mensile “La Piazza” nel numero di Aprile 2016 (Anno XIII – Numero 4), intitolato “I buchi neri”.

In natura conosciamo 4 forze: la nucleare forte, la debole, le interazioni di Coulomb e di Newton. Mentre la forza elettrostatica è contraddistinta da cariche opposte che si neutralizzano a vicenda, la gravità è l’unica energia che non si annulla mai, al contrario si somma sempre, proprio per questo è importante. Infatti esplica sempre la sua influenza, le masse non si stancano mai di attrarsi, e questo fa crescere i corpi celesti e plasma le masse stellari, insomma è il “motore dell’universo” e lo “scultore della materia”.

Come è possibile che la gravità si propaghi nel vuoto? Qui si inserisce il concetto di campo gravitazionale: una massa, così come una carica elettrica, crea intorno a se un campo di influenza. Da qui derivano le leggi della meccanica newtoniana, ma allora perché c’è bisogno di Einstein? Le leggi di Newton interpretano perfettamente gli eventi a bassa velocità, ma vicino la velocità della luce serve la relatività generale, secondo cui la gravità è una manifestazione della curvatura dello spazio-tempo. Einstein dice che l’enorme massa del sole curva lo spazio intorno a se, così come farebbe una biglia di piombo adagiata su un cuscino, questa deformazione dello spazio-tempo forza gli altri corpi a muoversi intorno al sole come fossero in un imbuto. Quindi i corpi nello spazio non si muovono su linee rette, ma su orbite geodetiche (curve).

La presenza di una massa curva lo spazio, ma la luce viaggia nello spazio, e quindi anche questa segue linee curve. Durante un eclissi solare, Eddington dimostra che la posizione delle stelle nel cielo è diversa: le stelle risultano più lontane proprio perché la loro luce passando vicino al sole ha deviato leggermente. Anche il tempo varia, non scorre allo stesso modo in punti diversi del campo gravitazionale, più ci si allontana dal campo più il tempo scorre veloce, infatti la materia crea una deformazione di tutta la trama spazio-tempo. Ad esempio, per fornirci le giuste coordinate gps i satelliti considerano già questo fattore, infatti per loro il tempo non scorre come fossero posizionati sulla terra, e servono le correzioni previste dalla teoria della relatività generale di Einstein.
Se si lancia un oggetto nel cielo ad una velocità maggiore della velocità di fuga (11 km/s per la terra), questo vince la forza di gravità e si allontana dal pianeta. Ora si immagini un luogo nel quale la velocità di fuga è superiore alla velocità della luce, da quella zona nulla può più sfuggire: si tratta di un buco nero! Esiste davvero? Dopo la recente rilevazione delle onde gravitazionali abbiamo la prova che è reale. Si pensi che per diventare un buco nero la massa della terra dovrebbe essere concentrata in una biglia di un centimetro (raggio di Schwarzschild).

Il big bang ha prodotto solo delle particelle elementari, come idrogeno ed elio, tutti gli altri elementi sono stati costruiti dal lavoro instancabile delle stelle, che sono delle proprie e vere fucine, infatti l’elevata pressione dell’attrazione gravitazionale avvia fusioni termonucleari, le quali irradiano enormi quantità d’energia che equilibra la forza di gravità. Quando però il combustibile finisce, la radiazione termica non riesce più a bilanciare la forza di gravità, la massa stellare collassa all’interno, rimbalza sul pesante nucleo ferroso e disperde tutti i composti prodotti nell’universo attorno, compreso il carbonio dal quale è nata la vita sulla terra. Allora possiamo dire di essere polvere di stelle e figli delle stelle. Durante il collasso del corpo celeste, se la massa entra nel raggio di Schwarzschild, la natura può riuscire a formare un buco nero, dal quale nulla può più uscire. In questi casi il raggio di curvatura dello spazio-tempo di Einstein produce un pozzo senza fondo, un imbuto infinito, ossia una singolarità, una zona di cui non abbiamo ancora compreso le leggi fisiche. Se un astronave gira intorno ad un buco nero, mentre sulla terra possono essere trascorsi pochi mesi, per gli astronauti potrebbero essere passati centinaia di anni, poiché vicino ad un forte campo gravitazionale il tempo rallenta enormemente. Lo spazio-tempo è assimilabile ad un mezzo in cui si trasmettono le onde, e le increspature di uno specchio d’acqua sono assimilabili alle perturbazioni dello spazio-tempo create dal movimento della materia.

Ogni volta che è stata aperta una nuova finestra abbiamo trovato grandi sorprese, come Galileo con il telescopio ha scoperto le lune di Giove, con i raggi cosmici si sono scovati i muoni, con le onde radio le pulsar, con i raggi X le stelle binarie, con i raggi gamma le esplosioni GRB, ed ora con l’interferometro laser abbiamo rilevato le onde gravitazionali: il bello è appena iniziato!