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Aggiornamento sulla Voyager-1

1 Lug

Solo qualche mese, avevamo parlato della sonda Voyager-1, discutendo il clamoroso equivoco in cui era caduta la American Geophysical Union, che male aveva interpretato un comunicato della NASA. Come visto in questo articolo:

Siamo fuori dal sistema solare … o forse no?

intorno a Marzo, la sonda si trovava in una zona del sistema solare nota come Magnetic Highways. Qui, il campo magnetico esercitato dal Sole presentava una repentina variazione che poteva far credere che la sonda fosse uscita dal sistema solare. Nella comunita’ scientifica, questo momento di passaggio e’ atteso con trepidante attesa visto che, per la prima volta, un oggetto tecnologico costruito dall’uomo potrebbe entrare nello spazio interstellare.

La sonda Voyager

La sonda Voyager

Ovviamente, come visto nel precedente articolo, non e’ semplice definire un confine esatto per il nostro sistema solare. Come e’ facile immaginare, ruolo dominante in questa definizione viene dato al Sole. Se pensiamo alla forza gravitazionale, questa ha in realta’ un intervallo infinito in cui fa sentire i suoi effetti. Nonostante questo, si e’ soliti definire il confine del sistema solare come quella zona in cui il campo magnetico del Sole scende bruscamente e dunque non arrivano le particelle cariche emesse dalla nostra stella. Se vogliamo, questa data e’ una definizine operativa che ci permette dunque di avere un confine piu’ o meno preciso della seprazione tra il nostro sistema solare o lo spazio profondo.

Come visto anche in precedenza, questo confine e’ molto lontano dalla nostra posizione, trovandosi a circa 123 unita’ astroniche, cioe’ circa 18 miliardi di kilometri dal Sole, ben oltre l’orbita di Plutone.

Perche’ torno a parlare di questo?

Nei mesi trascorsi dal nostro ultimo aggiornamento, la Voyager-1 ha continuato a spingersi verso il confine del sistema solare e, dopo il passaggio nella Magnetic Highway, ci si aspettava da un momento all’altro l’ingresso nello spazio profondo. La sonda lanciata nel 1977, continua ad essere alimentata dalla sue batterie atomiche, e, ad intervalli regolari, invia a terra le misure sia di campo magnetico che di flussi di particelle. Proprio questi dati, come visto nella definizione operativa di confine, ci darebbero il momento storico del passaggio.

Bene, ormai a 18 miliardi di kilometri da noi, la Voyager-1, invece di entrare nello spazio interstellare, ha trovato una nuova regione del tutto inattesa dai modelli teorici.

Di cosa si tratta?

Analizzando i dati inviati a terra, i tecnici della NASA hanno trovato valori molto altalenanti sia di campo magnetico che di flusso di particelle. La regione piu’ esterna dell’eliosfera, anche detta Eliosheath o elioguaina, che e’ quella in cui ci trovavamo prima, invece di lasciare il posto allo spazio profondo, viene seguita da una regione in cui gli effetti del nostro Sole si sovrappongono a quelli delle stelle esterne al Sistema Solare. Questa regione e’ stata subito ribattezzata “Eliosheath depletion region”.

Nella nuova regione scoperta, il campo magnetico solare e’ ancora presente ma calano bruscamente i flussi di particelle cariche provenienti dalla nostra stella. Come evidenziato pero’ dagli strumenti della Voyager-1, nella regione cominciano a farsi sentire i flussi di raggi cosmici provenienti dall’esterno.

Molto interessante e’ il video pubblicato proprio dal nostro INAF per spiegare questa nuova importante scoperta:

Se vogliamo dirlo in parole semplici, la Voyager si trova ora in una zona di separazione tra il sistema solare e l’esterno, che, ovviamente, non e’ una linea. Quello che invece era inatteso, e’ questo comportamento altalenante dai valori dovuto, se vogliamo, ad un mescolamento delle linee di forza del campo magnetico del Sole con quello delle stelle esterne.

Come vedete, la sonda Voyager continua ad offirci importanti risultati. Anche se tutti siamo in attesa di questo storico passaggio nello spazio esterno, la scoperta fatta e’ del tutto inattesa e assolutamente non aspettata dai modelli teorici. La cosa piu’ affascinante e’ che la sonda venne lanciata ormai 36 anni fa per misurare importanti parametri di Giove e Saturno. A distanza di decadi, e’ ormai pronta per il passaggio verso l’esterno e continua ad inviare dati con regolarita’, regalandoci di volta in volta scoperte ed emozioni sempre nuove.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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IceCube e l’esplorazione del cosmo con i neutrini

22 Mag

Nell’articolo precedente, abbiamo parlato di neutrini:

EniGma con Nadir Mura

come visto nell’intervista, e come sicuramente ricorderete, queste particelle sono balzate agli onori delle cronache soprattutto a seguito della misura, poi trovata affetta da errori strumentali, che voleva i neutrini viaggiare ad una velocita’ superiore a quella della luce.

Ora, vorrei tornare nuovamente a parlare di queste particelle, a causa di una nuova misura fisica che sta facendo molto discutere.

Come sappiamo bene, i neutrini sono particelle molto particolari soprattutto a cusa della loro bassa probabilita’ di interazione con la materia, che li rende difficilmente rivelabili. Fino a pochi ani fa, si pensava addirittura che i neutrini non avessero massa, cosa smentita poi grazie alla ricerca e all’osservazione dell’oscillazione dei neutrini, cioe’ della proprieta’ di queste particelle di trasformarsi durante il cammino da una famiglia all’altra.

Proprio a causa di queste proprieta’ cosi’ particolari, i neutrini vengono studiati in diversi esperimenti e, molto spesso, in condizioni quasi estreme. Come detto, la bassa probabilita’ di osservazione, impone agli esperimenti di eliminare all’origine tutto il “rumore” da altre fonti, cioe’ quanto piu’ possibile, ogni altro evento prodotto da particelle diverse e che rischierebbe di coprire, a cuasa della maggiore probabilita’, i neutrini da rivelare.

Proprio per qusto motivo, si sente spesso parlare di rivelatori disposti in angoli remoti del mondo, all’interno delle miniere, sotto kilometri di roccia come nei laboratoridel Gran Sasso o anche immersi ad elevate profondita’ nel mare. Il motivo di questo e’, come anticipato, avere uno schermo naturale in grado di fermare le altre particelle lascinado passare i neutrini. Questi ultimi, a causa della bassa probabilita’ di interazione, passano con molta facilita’ kilometri di materiale senza interagire con la materia.

Posizionamento di uno dei rivelatori di IceCube nel ghiaccio

Posizionamento di uno dei rivelatori di IceCube nel ghiaccio

Dopo questa doverosa introduzione, vorrei parlarvi di IceCube, uno dei maggiori rivelatori di neutrini, costruito addirittura sotto i ghiacci dell’Antartide. IceCube e’ composto da un elevato numero di elementi sensibili, sepolti ad ua profondita’ variabile tra 1500 e 2500 metri di ghiaccio. La matrice cosi’ ottenuta consente di avere una superficie da rivelare dell’odine di 1 kilometro cubo.

Perche’ sto parlando di neutrini ed in particolare di IceCube?

Scopo di questi esperimenti e’ quello di studiare i neutrini provenienti dal sole o dai raggi cosmici, anche per rivelare nuove sorgenti astrofisiche. Il motivo di questo e’ molto semplice: studire le emissioni di neutrini da parte di oggetti nell’universo, consente di ottenere una sorta di telescopio con queste particelle e dunnque poter analizzare, anche in questo modo, lo spazio che ci circonda.

Bene, l’anno scorso, quasi per caso, IceCube ha individuato due neutrini con l’energia piu’ alta mai registrata sulla Terra, dell’ordine del petaelettronvolt. Per capire quanto sia elevata questa energia, basti pensare che LHC, il grande collisore del CERN, fa scontrare particelle con energia di 3.5 teraelettronvolt, cioe’ circa 300 volte inferiore a quella osservata da ICeCube. Durante l’analisi dei dati condotta per studiare questi eventi particolari, ci si e’ accorti che tra il 2010 e il 2012, il rivelatore avrebbe visto 26 eventi di alta energia, circa 10 volte quella di LHC.

Perche’ sono importanti questi eventi? Nel nostro sistema solare, l’unica sorgente di neutrini presente e’ il Sole. Questi pero, avendo energia molto piu’ bassa, non possono aver generato quanto osservato dai fisici di IceCube. Come potete capire, si tratta, con ottima probabilita’, di una sorgente extragalattica, non ancora identificata.

Dai modelli elaborati, le sorgenti di neutrini nello spazio potrebbero essere le esplosioni di Supernovae, i gamma ray burst o i quasar. Nell’idea, come anticipato, di realizzare un telescopio a neutrini dell’universo, molto interessante sarebbe individuare questa sorgente. Purtroppo, ad oggi, questo non e’ stato ancora possibile, soprattutto a causa dei pochi eventi raccolti all’esperimento.

Anche se manca la spiegazione ufficiale, possaimo provare a formulare ipotesi circa l’origine di questi eventi, soprattutto per capire l’importanza di questo risultato.

Dei gamma ray burst abbiamo parlato in questo post:

WR104: un fucile puntato verso la Terra?

Ccome visto, la conoscenza di questi eventi, ma soprattutto, eventualmente, il poter studiare il loro comportamento diretto, ci permetterebbe di aumentare la nostra conoscenza dell’universo e, perche’ no, magari in futuro farci confermare o smentire idee catastrofiste.

In passato, precisamente nel 1987, sulla Terra arrivarono, ad esempio, i neutrini prodotti da una supernova molto distante nella Nube di Magellano. Anche in questo caso, eventi come quelli delle esplosioni di supernovae ci consentono di comprendere meglio importanti meccanismi alla base dell’universo.

Altre ipotesi formulate riguardano invece la materia oscura, di cui abbiamo parlato in questi post:

La materia oscura

Troppa antimateria nello spazio

Come visto, ad oggi, ci accorgiamo della presenza di materia oscura mediante considerazioni indirette. Purtroppo, non e’ stato ancora possibile individuare questa curiosa forma di materia, anche se molte ipotesi sono state formulate. Proprio l’astrofisica a neutrini potrebbe aiutare a sciogliere qualche riserva. Secondo alcune ipotesi infatti, i neutrini potrebbero essere stati prodotti dallo scontro di materia oscura nel centro della nostra Galassia. In questo caso, studiare in dettaglio i parametri dei candidati, aiuterebbe molto ad individuare la sorgente di produzione dei neutrini ma anche, e soprattutto, di ottenere maggiori informazioni sull’origine della Via Lattea e sulla natura della meteria oscura.

Concludendo, IceCube ha individuato 26 neutrini di alta energia che hanno attraversato i suoi rivelatori. Statisticamente, la probabilita’ che si tratti di un errore e’ inferiore  allo 0,004% per cui sara’ interessante analizzare i dati e capire meglio quali test organizzare nel futuro per cercare di risolvere importanti dubbi che ormai da troppo tempo sono in attesa di una spiegazione ufficiale.

 

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Due parole sull’antimateria

24 Dic

A pochissime ore dal tanto atteso 21/12, ci siamo divertiti a passare in rassegna le ultimissime catastrofi annunciate, mostrando la completa assurdita’ dal punto di vista scientifico.

In particolare, in questo post:

Lotteria profetica 2012

abbiamo parlato del racconto del presunto Maya circa la possibilita’ che in un collisore di particelle venissero formate particelle in grado di innescare terremoti.

Questo racconto ci offre lo spunto per parlare di due aspetti della scienza molto importanti e spesso poco conosciuti dal grande pubblico: l’antimateria e gli acceleratori di particelle. In questo primo post, vorrei parlarvi appunto delle antiparticelle e dell’antimateria, argomenti che spesso offrono importanti spunti per scenari complottisti e per film di fantascienza, rimandando ad un successivo post la trattazione degli acceleratori di particelle.

Ovviamente cercheremo di dare un’infarinatura di base comprensibile a tutti, senza scendere in particolari troppo avanzati che rischierebbero di annoiarvi.

In questo post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

abbiamo gia’ parlato di Modello Standard, mostrando come le particelle fondamentali, che altro non sono che i costituenti di tutto quello che vediamo o anche i responsabili delle interazioni, sono in realta’ in numero molto ridotto. Abbiamo in particolare diviso queste particelle in famiglie, parlando di leptoni, quark, neutrini e bosoni messaggeri.

Ora, come entrano in questo discorso le antiparticelle?

Particelle e antiparticelle: quarks e leptoni

Particelle e antiparticelle: quarks e leptoni

Cerchiamo di prendere il discorso alla larga. Le particelle elementari, opportunamente combiate tra loro, formano la materia. Questo ci dovrebbe mettere sulla strada giusta. L’antimateria dunque sara’ ottenuta combinando in modo opportuno antiparticelle. Di nuovo, cosa sono le antiparticelle?

Nel modello standard, per ogni particella esiste una sua antiparticella. Quali sono le differenze tra una particella e la sua antiparticella?

Ciascuna particella e’ caratterizzata da quelli che vengono detti numeri quantici. Sicuramente tutti conoscono la carica elettrica. Bene, questo e’ il primo numero quantico, ma non il solo. Immaginate l’insieme dei numeri quantici come la carta d’identita’ delle particelle. Se volete descrivere una persona a qualcuno che non la conosce, cosa gli dite? E’ alto cosi’, ha i capelli di questo colore, carnagione cosi’, corporatura, ecc. Per descrivere una particella, si utilizzano i numeri quantici. Il set di numeri quantici utilizzato descrive completamente una particella.

Bene, senza scomodare tutti i numeri quantici, particella e corrispondente antiparticella hanno la stessa massa ma carica elettrica opposta. In alcuni casi, particella e antiparticella possono essere la stessa cosa, come nel caso del fotone in cui fotone e antifotone sono la stessa particella, molte volte invece si tratta di due entita’ distinte.

Se siamo giunti fino a questo punto, ormai la strada e’ in discesa.

Esistono le antiparticelle? Sono pericolose? Sono mai state osservate?

La antiparticelle sono una realta’ fisica. La prima osservazione avvenne nel 1932 quando Anderson trovo’ nei raggi cosmici gli antielettroni, anche detti positroni. Da li in avanti, molte altre particelle vennero osservate. Pensate che al giorno d’oggi le antiparticelle vengono prodotte tranquillamente nei nostri laboratori. Molti degli acceleratori nel mondo, fanno scontrare fasci di particelle con le corrispondenti antiparticelle. In questo senso, potete trovare collisori elettrone-positrone, protone-antiprotone, ecc.

Capito il discorso antiparticelle, torniamo a parlare di antimateria. Come detto sopra, se la materia e’ composta da particelle, l’antimateria sara’ composta da antiparticelle.

Facciamo un esempio molto semplice. Immaginate di voler realizzare un atomo di elio. In questo caso, basta prendere due neutroni e due protoni per fare il nucleo e due elettroni da mettere in rotazione. Se ora volessimo realizzare un atomo di antielio? Dobbiamo prendere due antiprotoni, due antineutroni e due positroni (come detto, antielettroni). In questo caso, invece di un atomo di materia ne avreste uno di antimateria.

Esiste l’antimateria?

Le antiparticelle possono essere osservate in natura come prodotti di decadimento di particelle o anche essere prodotte in laboratorio. Sempre in laboratorio, negli acceleratori, e’ stato possibile produrre antiatomi molto leggeri. La domanda dunque e’: in natura dove si trova l’antimateria?

La risposta in questo caso non e’ semplice. Secondo la teoria scientificamente piu’ probabile, nel big bang, l’antimateria e’ scomparsa lasciando il posto solo alla materia. Quest’ultima poi, secondo vari meccanismi, durante l’espansione ha poi formato le stelle, le galassie, i pianeti, ecc. Esistono teorie secondo le quali tracce di antimateria sarebbero ancora presenti da qualche parte. Nella nostra galassia non si e’ osservata antimateria.

Il perche’ di questo punto e’ facilmente comprensibile. Entrando in contatto, materia e antimateria danno luogo alla cosiddetta “annichilazione”, processo in cui particella e antiparticelle scompaiono producendo fotoni ed energia.

Ora, questo ragionamento vi fa capire varie cose. Tornando al discorso “lotteria profetica”, capite subito l’impossibilita’ di avere un pianeta di antimateria in rotta di collisione con le Terra.

Inoltre, capite bene anche un’altra cosa, cioe’ l’assurdita’ scientifica proposta dal film “Angeli e Demoni” in cui al CERN di Ginevra si producevano provette con dentro “antimateria”.

Concludendo, abbiamo finalmente capito cosa si intende parlando di antiparticelle e antimateria. Non c’e’ assolutamente nulla di sconvolgente nel parlare di questi argomenti. Capite bene come le ipotesi complottiste e catastrofiste create intorno a questi argomenti sono soltanto frutto di fantasie dettate da scenari fantascientifici o da qualcuno dotato di troppa fantasia.

 

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Inversione dei poli terrestri

3 Nov

Negli ultimi giorni, sta tornando alla ribalta l’ipotesi secondo la quale il 21 Dicembre 2012 ci sara’ un’inversione dei poli magnetici terrestri. Di questo argomento se ne parla abbondantemente nel libro “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, ma, dal momento che ho ricevuto diverse mail di utenti che mi chiedono il mio punto di vista, ho deciso di parlarne anche sul blog.

Cerchiamo prima di tutto di capire meglio cos’e’ il campo magnetico terrestre e se veramente una sua inversione dovrebbe preoccuparci.

Il geomagnetismo e’ un fenomeno del tutto naturale, per cui la nostra Terra presenta un campo magnetico intrinseco. Questo e’ assimilabile ad un campo dipolare, cioe’ con un polo Nord ed un polo Sud, ed in cui i poli magnetici non sono esattamente coincidenti con quelli geografici. Proprio grazie al magnetismo terrestre, possiamo utilizzare strumenti come la bussola, il cui ago si allinea perfettamente con la direzione delle linee di forza del campo, o, detto in parole semplici, il cui ago si allinea nella direzione dei poli magnetici.

Nell’immagine seguente viene mostrata la forma del campo magnetico terrestre mostrando anche la sua assimilazione ad un magnete dipolare:

Forma del campo magnetico terrestre

Oltre a far funzioanre la bussola, il campo magnetico terrestre offre un’importante difesa contro le radiazioni provenienti dal Sole. Come sappiamo, il sole emette nello spazio getti di particelle in parte anche nella direzione della nostra Terra. Questi fasci, che compongono la radiazione cosmica primaria, vengono deviati dal campo magnetico e in parte riescono a penetrare l’atmosfera in prossimita’ dei poli generando le aurore.

Effetto di schermo del campo magnetico per la radiazione proveniente dal Sole

Torando al 2012, perche’ tanto peso viene dato all’inversione dei poli magnetici? Quello che spaventa, non e’ tanto una configurazione con i poli invertiti rispetto alla situazione attuale, bensi’ il periodo, piu’ o meno lungo, in cui l’inversione e’ in corso. In questo transitorio infatti, sempre secondo le teorie catastrofiste, il campo sarebbe annullato lasciando la Terra priva del suo schermo naturale per la radizione solare.

I sostenitori del 2012 sostengono che e’ in corso l’inversione dei poli e che proprio il 21 Dicembre iniziera’ il periodo di annullamento del campo magnetico.

Cosa c’e’ di vero in questo? E’ veramente in corso l’inversione dei poli?

Cominciamo la nostra discussione partendo dalle prove portate a sostegno dai catastrofisti: il polo nord magnetico si sta spostando nel corso del tempo e negli ultimi tempi sta presentando un’accelerazione.

Posizione del polo Nord a partire dal 1831

Parte di questa affermazione e’ vera. Il polo Nord e’ in costante movimento nel corso degli anni e la sua posizione e’ costantemente misurata dalla scienza ufficiale. Nell’immagine riportata si vede la sua posizione a partire dal 1830, anno di inizio delle osservazioni.

Il polo Nord magnetico e’ in movimento in direzione Nord-Ovest e nel corso del XX secolo si e’ spostato di 1100 Km. Al ritmo attuale, il polo raggiungera’ la Siberia entro i prossimi 50 anni. Dai modelli e dalle simulazioni ci si aspetta pero’ che il movimento si sposti dall’attuale traiettoria e che rallenti sensibilmente nei prossimi 5-10 anni.

Dunque e’ vero che il polo Nord si sta spostando. E’ vero anche che questo spostamento indica un’inversione in corso del campo come sostenuto dai catastrofisti? Assolutamente no!

I fenomeni naturali, per quanto possano essere veloci, non sono istantanei. Con questo si intende che non e’ possibile che il campo magnetico parta dalla sua configurazione, si annulli istantaneamente e dopo un certo periodo di tempo si ripresenti imporovvisamente con i poli invertiti.

Per poter capire questi concetti possiamo prendere come esempio il nostro Sole. Anche la nostra stella ha un suo campo magnetico intrinseco ma, a differenza di quello terrestre, i poli vengono invertiti regolarmente ogni 11 anni. Questo significa che partendo da una configurazione, sono necessari 22 anni affinche’ il campo magnetico ritorni nella configurazione iniziale.

Anche il campo magnetico solare puo’ essere assimilato ad un dipolo, con un polo nord ed uno sud. In prossimita’ dell’inversione, le linee di forza, cioe’ la forma del campo magnetico, assume forme molto complesse e attorcigliate presentando una struttura multi-polare non uniforme e non ordinata. Dopo questa fase, il campo inizia a “stirarsi” nuovamente presentandosi con una struttura invertita.

Per capire meglio questi concetti, possiamo vedere la struttura delle linee di forza prima e durante l’inversione:

Linee di forza prima e durante l’inversione

Come vedete, nella fase di inversione la struttura e’ completamente diversa da quella standard.

Attualmente, la forma del campo magnetico terrestre e’ tutt’altro che attorcigliata. Come detto in precedenza, esistono moltissime misure, anche fatte da istituti indipendenti, che monitorano costantemente il campo magnetico e la posizione dei poli. Come ulteriore smentita ad un’inversione in corso, riguardate la struttura dei poli della figura precedente nel periodo intermedio. Capite bene come in una configurazione di questo tipo, chiunque con una bussola in mano potrebbe accorgersi che qualcosa e’ in atto, questo solo per smetire le immancabili voci complottiste o di copertura scientifica sulla cosa.

Prima di concludere il discorso, vorrei porre l’attenzione anche su un altro importante aspetto. L’inversione dei poli magnetici terrestri e’ un fenomeno possibile e di cui si ha traccia nel passato.

La conferma di queste affermazioni viene dal paleomagnetismo, cioe’ da quella branca della geologia che si occupa dello studio delle proprieta’ magnetiche di rocce e sedimenti. Questi materiali contengono infatti parti di materiali ferromagnetici che si orientano con la direzione del campo cosi’ come avviene per l’ago della bussola. Durante le eruzioni vulcaniche, enormi quantita’ di sedimenti vengono depositati sul terreno in uno stato semiliquido e dunque in grado di orientarsi con la direzione del campo. Quando inizia il raffreddamento delle rocce, i minerali ferromagnetici vengono bloccati rimendo orientati nella direzione del campo presente al momento.

Estraendo rocce vulcaniche di periodi differenti e datando i sedimenti, e’ stato possibile documentare una configurazione inversa del campo magnetico terrestre rispetto a quella attuale. In particolare, da questi studi e’ stato possibile ricavare che l’ultima inversione del campo e’ avvenuta nel pleistocene 780000 anni fa.

Concludendo, un’inversione del campo magnetico terrestre e’ un fenomeno possibile e di cui si ha traccia nel passato. E’ altresi’ vero che il polo Nord magnetico e’ in costante movimento, ma questo non e’ assolutamente una prova di una inversione in corso. Come abbiamo visto, la fase transitoria precedente lo scambio dei poli e’ caratterizzata da una forma del campo molto complessa e assolutamente diversa da quella attuale.

Supposizioni e dati non correlati sono i mezzi utilizzati per insinuare il dubbio nelle persone su molti argomenti scientifici. Prima di credere a questa o quella ipotesi, confrontate sempre diverse fonti e ragionate con la vostra testa, solo in questo modo potrete evitare di cadere nelle trappole catastrofiste di cui e’ pieno il web in questo periodo. Per affrontare scientificamente tutte le profezie sul 2012, capendo in primis la scienza che vi e’ alla base, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.