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Uno sguardo ai materiali del futuro

27 Apr

In questi giorni, diversi giornali hanno pubblicato una notizia riguardante la scoperta di un nuovo materiale. La caratteristica principale, che tanto sta attirando attenzione, e’ l’estrema leggerezza unita alla notevole resistenza dei composti di questo materiale. Poiche’, leggendo in rete, ho visto tantissime imprecioni, credo sia interessante parlare di questa “scoperta”.

Il materiale in questione e’ il Grafene Aerogel. Ho messo “scoperta” tra virgolette, perche’, se proprio vogliamo essere precisi, questi materiali non vengono scoperti dal nulla, ma sono sintetizzati partendo da sostanze note. Il grafene aerogel e’ dunque stato “inventato” dai ricercatori della Zheijiang University ed e’ un materiale a base di carbonio.

Parliamo subito della sua caratteristica principale, la leggerezza. Il Grafene Aerogel rappresenta, ad oggi, il materiale meno denso in assoluto. Prima di questa invenzione, il record spettava all’Aerografite, con una densita’ di “ben” 0,2 mg/cm^3. Oggi, questo record e’ stato spazzato via dal Grafene Aerogel, con una densita’ di soli 0,16 mg/cm3.

Per darvi un’idea della leggerezza di questo materiale, vi mostro una foto molto interessante:

Dimostrazione della leggerezza del Grafene Aerogel

Dimostrazione della leggerezza del Grafene Aerogel

Come vedete, un blocchetto di Grafene Aerogel e’ talmente leggero da non piegare nemmeno la spiga in foto.

Anche se poco conosciuto dai non addetti ai lavori, negli ultimi anni e’ nato proprio un nuovo settore della tecnologia, interamente mirato alla sintetizzazione di nuovi materiali di questo tipo.

Cosa sarebbe il grafene aerogel?

Per prima cosa, analizziamo i singoli termini. Il grafene altro non e’ che un materiale formato da un singolo strato di atomi di carbonio. In questo senso, lo spessore del grafene e’ pari al diametro atomico. Il carbonio che compone il grafene e’ disposto in strutture esagonali ed e’ ottenuto in laboratorio partendo dalla grafite. Tutti questi composti, insieme anche al fullerene, al diamante e ai nanotubi, sono a base di atomi di carbonio, disposti in maniera diversa per formare un reticolo, come mostrato in questa immagine:

Diversi materiali ottenuti dal carbonio

Diversi materiali ottenuti dal carbonio

L’introduzione del grafene e’ risultata molto importante nella realizzazione di componenti elettronici estremamente piccoli e con caratteristiche elettriche non raggiungibili con le tecnologie standard.

Il termine aerogel, indica invece un materiale simile al gel, nel quale pero’ la fase liquida e’ stata sostituita con un gas. Il primo aerogel realizzato era a base di silicio, e presentava uan densita’ 1000 volte inferiore a quella del vetro. I comuni aerogel, a base di silicio, di allumina o altri elementi, trovano larghissima applicazione in diverse soluzioni industriali. Solo per darvi un’idea, gli utilizzi dell’aerogel vanno dall’isolamento termico fino all’uso nei cosmetici e nelle vernici come addensatori pasando anche per applicazioni spaziali nella studio della polvere cosmica. La foto seguente mostra proprio un ricercatore della NASA che mostra un pezzo di aerogel di Silicio:

Aerogel in un laboratorio della NASA

Aerogel in un laboratorio della NASA

Acnhe se puo’ sembrare un fotomontaggio, si tratta di una foto reale. Quello che vedete mostrato e’ un pezzo di aerogel con le sue straordinarie proprieta’ di leggerezza e trasparenza.

Vista la struttura degli aerogel, capite bene come nel caso del grafene questo termine sia utilizzato in realta’ a sproposito. Spesso, si utilizza il termine aerogel anche per indicare materiali a base di carbonio, come il Grafene Aerogel, nel quale moltissimi spazi sono riempiti di aria per ottenere ottime proprieta’ di leggerezza.

Detto questo, una domanda molto semplice che potrebbe essere fatta e’: “a cosa servirebbe il Grafene Aerogel?”

Forse stavate pensando che l’invenzione di questo materiale servisse solo per continuare la sfida tra centri di ricerca su chi preparava il materiale piu’ leggero. In realta’, non e’ cosi’.

Il grafene aerogel trovera’ spazio in moltissime applicazioni, anche di carattere ambientale.

Per prima cosa, questo materiale, proprio grazie alla sua struttura atomica, si comporta come una spugna, essendo in grado di catturare all’interno notevoli quantita’ di altre sostanze riempiendo gli interstizi occupati dall’aria. Per darvi qualche numero, un solo grammo di Grafene Aerogel riesce a trattenere fino a 70 grammi di materiali organici. Pensate ad un’applicazione molto utile: in uno scenario in cui ci sia un riversamento, ad esempio, di petrolio in mare, il grafene aerogel potrebbe essere utilizzato per assorbire gli oli molto rapidamente ripulendo la zona. Inoltre, date le sue proprieta’, basterebbe “spremere” la spugna per renderla di nuovo utilizzabile e recuperare anche il petrolio disperso.

Il grafene aerogel ha anche straordinarie proprieta’ elastiche. Ad uno sforzo di compressione, questo maeriale riesce ad assorbire fino a 900 volte il suo peso, tornando, in modo perfettamente elastico, alla forma originale. Questa caratteristica lo rende un ottimo candidato per applicazioni meccaniche avanzate.

Visto che ne abbiamo parlato introducendo la classifica dei materiali piu’ leggeri, anche l’aerografite trova spazio in importanti settori industriali. E’ in corso di studio la produzione di batterie basate su questo materiale e che consentiranno, a parita’ di peso, di ottenere durate molto maggiori, caratteristica fondamentale nell’utilizzo, ad esempio, nei veicoli elettrici. Inoltre, l’aerografite puo’ essere utilizzata per la preparazione di filtri molto efficienti per ripulire l’aria e l’acqua da inquinanti potenzialmente molto dannosi per l’essere umano.

Detto questo, capite molto bene l’importanza di questo genere di ricerche. Il continuo studio di nuovi materiali consente di rendere piu’ semplici svariate applicazioni e di ottenere caratteristiche del tutto impensabili con i materiali tradizionali. Come visto, parlando in generale di questi nuovi materiali, le applicazioni vanno dalla salvaguardia ambientale fino alla miniaturizzazione dell’elettronica. Inoltre, alcuni materiali, sviluppati proprio nell’ambito di questi progetti, consentono gia’ oggi di ottenere, ad esempio, transistor di dimensioni quasi atomiche, batterie basate su supercondensatori o anche microprocessori di dimensioni nanometriche. Sicuramente, quando pensiamo ad applicazioni che oggi potrebbero ancora sembrarci lontane nel tempo, dobbiamo pensare che saranno realizzate partendo da materiali di questo tipo.

 

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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Effetto gregge: l’esagono su Saturno

7 Feb

Solo qualche giorno fa, avevamo parlato della notizia della tempesta in corso su Saturno:

Sistema solare: previsioni meteo

Come visto, le informazioni che venivano date su internet erano in parte sbagliate, ma, soprattutto, erano tutte caricate di un enfasi e di un complottismo, lasciatemelo dire, a volte ridicolo.

Ora cosa succede? Oggi sfogliando le pagine internet mi trovo di fronte ad una nuova sensazionale notizia: “Su Saturno sarebbe stato avvistato uno strano esagono, estremamente regolare e di dimensioni enormi”. Col sorriso sulle labbra, e tra poco capirete anche voi il perche’, cerco di informarmi meglio, facendo la parte di quello che non conosce di cosa si sta parlando. Con mia sorpresa, trovo la notizia su decine di siti ma con informazioni non sempre concordi.

Prima di tutto, vi mostro una foto per farvi capire a cosa mi sto riferendo:

La struttura esagonale al polo nord di Saturno

La struttura esagonale al polo nord di Saturno

Perche’ i siti di “informazione” non sono d’accordo? C’e’ chi dice che e’ stato avvistato ora per la prima volta, mettendolo anche in relazione alla tempesta sempre su Saturno di cui abbiamo parlato nel precedente post, c’e’ chi dice che e’ stato avvistato per la prima volta nel 2006, ma soprattutto, e su questo sono praticamente tutti d’accordo, “la scienza non sa di cosa si tratti”!

Nulla di sorprendente, a cose di questo tipo siamo ormai abituati. Come potete immaginare, molti siti si sono limitati a fare copia/incolla tra di loro, senza nemmeno pensare a quello che stavano pubblicando. Proprio per questo motivo ho chiamato il post “effetto gregge”, proprio per indicare un effetto, realmente studiato in psicologia, che schematizza il comportamento all’unisono, senza una ragione apparente, di soggetti diversi fatto solo a scopo emulativo. Per intenderci, e senza parlare di psicologia, i “pecoroni” come li conoscono tutti.

Pensate che io stia esagerando?

Ecco alcune delle frasi prese da un sito internet, che non riporto proprio per evitare la diffusione di notizie false, chiaramente catastrofiste:

La tempesta rappresentava una assoluta novità osservativa su pianeti che non siano la Terra

Anche in questo caso, gli scienziati non sanno cosa pensare, né hanno idea dell’origine del bizzarro comportamento climatico dei pianeti.

Non abbiamo mai visto niente del genere su nessun altro pianeta. Anzi, la densa atmosfera di Saturno è dominata da onde che plasmano le nubi in modo circolare e celle convettive che fanno lo stesso lavoro, per cui è forse il pianeta del sistema solare in cui meno ti potresti aspettare l’apparizione di una formazione ciclonica in forma di una precisa figura geometrica a sei facce.

Ed ovviamente non poteva certo mancare Nibiru per la spiegazione di questo esagono:

Alcuni ricercatori parlano dell’influenza gravitazionale di un eso-pianeta, come ad esempio l’ormai famoso Pianeta X, di cui in questo periodo se ne sta sempre parlando di più.

Ora, cerchiamo di capire in modo autonomo di cosa si tratta.

Prima di tutto, al contrario di quanto vi si vorrebbe far credere, quell’esagono e’ li almeno dal 1981, anno in cui venne fotografato per la prima volta dalla sonda Voyager-1. Se andate a visitare la pagina wikipedia su questo argomento:

Wikipedia, esagono di Saturno

trovate, nella prima riga, dunque senza nemmeno lo sforzo di leggere tutto, “è uno schema nuvoloso persistente di forma esagonale, al polo nord di Saturno“. Gia’ questo vi fa capire l’assurdita’ della notizia rispolverata e copiata da tanti siti senza ragionare sulle fonti.

Gia’ in passato avevamo visto comportamenti di questo tipo, anche su siti e giornali di diffusione nazionale:

Controllare le fonti!

Tralasciando questi comportamenti, capiamo dunque cos’e’ questa formazione esagonale osservata sulla superficie di Saturno.

Il fatto che sia una tempesta e’ vero, in particolare le ultime immagini scattate dalla sonda Cassini hanno mostrato la parte interna dell’esagono ad alta risoluzione. Intorno al polo nord di Saturno e’ presente un enorme ciclone di 2500 Km di diametro con vortici atmosferici che ruotano ad altissima velocita’, come potete vedere dall’immagine presa dall’archivio NASA:

Il tornado al centro dell'esagono di Saturno

Il tornado al centro dell’esagono di Saturno

Come abbiamo discusso nell’altro post su Saturno, le tempeste su questo pianeta non sono affatto un fenomeno raro e, a differenza di quanto avviene sulla Terra, la morfologia del pianeta e la sua atmosfera possono creare perturbazioni estremamente intense e che possono durare decine di anni. Sempre nel post precedente, abbiamo fatto il confronto tra le tempeste su Saturno e la grande macchia rossa di Giove, proprio per mostrare come fenomeni di questo tipo siano del tutto normali anche per altri pianeti del Sistema Solare.

Detto questo, sembrerebbe tutto chiaro, ma un punto scoperto ancora rimane. Perche’ si forma quella struttura esagonale cosi’ apparentemente perfetta e regolare?

Interno del cilindro utilizzato all'universita' di Oxford. Il colore verde e' dovuto a coloranti utilizzati per tracciare i fluidi.

Interno del cilindro utilizzato all’universita’ di Oxford. Il colore verde e’ dovuto a coloranti utilizzati per tracciare i fluidi.

In realta’, una spiegazione ufficiale della scienza ancora manca anche se, un paio di anni fa, dei fisici dell’universita’ di Oxford hanno fatto un interessante esperimento per cercare di riprodurre in laboratorio la struttura della tempesta.

L’esperimento e’ molto semplice: viene messo un cilindro con 30 litri di acqua su una piattaforma rotante a bassa velocita’. Successivamente, all’interno del volume di fluido, viene messo un anello in grado di ruotare a velocita’ molto piu’ sostenuta. A cosa serve questo? L’acqua del cilindro rappresenta l’atmosfera di Saturno, mentre l’anello in rotazione simula le correnti d’aria ad alta velocita’ che alimentano la tempesta, come mostrato nelle ultime foto di Cassini.

Cosa ha mostrato l’esperimento? In base alla differenza di velocita’ tra la piattaforma e l’anello, i ricercatori sono riusciti a creare strutture a forma di esagono, ma anche triangoli, cerchi, ellissi, ottagoni, ecc. Alla luce di questo, si puo’ supporre che molto probabilmente in prossimita’ del polo Nord di Saturno, siano presenti correnti d’aria piu’ veloci rispetto a quelle atmosferiche standard, e questa differenza sia in grado di formare la struttura esagonale. Sempre secondo i ricercatori, strutture di questo tipo possono formarsi anche sulla Terra, ma la differenza di atmosfera rispetto a Saturno, renderebbe queste formazioni visibili per tempi brevissimi.

Purtroppo l’articolo in questione e’ a pagamento, ma potete comunque leggere l’abstract della ricerca a questo indirizzo:

ScienceDirect Esagono

Concludendo, la notizia che potete leggere in questi giorni su diversi siti, e’ volutamente forzata. L’evidenza della struttura esagonale su Saturno non e’ affatto una scoperta di questi giorni. Come visto nell’articolo, la strana formazione racchiude una tempesta di notevoli dimensioni e, molto probabilmente, la forma geometrica e’ dovuta a forti correnti molto piu’ veloci di quelle atmosferiche.

 

 

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

Lens Flare e avvistamenti UFO

29 Set

Su questo blog, molto spesso abbiamo parlato di UFO e di avvistamenti. Vi ricordo che su “Psicosi 2012. Le risposte della scienza” viene affrontato, anche in questo caso scientificamente, l’argomento alieni ragionando proprio sulla probabilita’ che queste forme di vita possano esistere ed, eventualmente, entrare in contatto con noi.

Riguardo agli avvistamenti, molti di questi, anche documentati con prove video o fotografiche, possono essere smascherati facilmente riconducendoli a lanterne cinesi, bolidi e fulmini globulari:

4 Agosto? Avete capito male!

Palla di fuoco nei cieli del Sud Italia

Misteriose sfere di luce

Analogamente a questi gia’ visti, vi sono poi tutta una serie di avvistamenti che possono essere ricondotti al fenomeno dei “Lens Flare” di cui vorremmo parlare adesso.

I Lens flare sono molto noti a tutti quelli che sono appassionati di fotografie, ma ognuno di noi, almeno qualche volta, li ha osservati. Questo effetto altro non e’ che un disturbo dell’immagine dovuto a fenomeni di rifrazione e diffrazione della luce causati da fonti luminose anche esterne al campo visivo.

Apparentemente puo’ sembrare un fenomeno difficile dal punto di vista tecnico, ma per comprenderlo basta ricorrere ad alcuni esempi semplici.

Prima di tutto, vediamo una foto affetta da questo fenomeno:

Immagine affetta da lens flare

Come vedete nella parte in basso dell’immagine e’ presente una riga composta da esagoni e altre figure geometriche. Ovviamente nella realta’ questa riga non esiste, ma e’ dovuta proprio ad un difetto di costruzione dell’immagine.

Molto spesso i lens flare appaiono quando si tenta di scattare una foto osservando direttamente il Sole o una forte sorgente luminosa. L’origine puo’ essere ricondotta a due casi particolari:

– Lente sporca

– Forte sorgente luminosa.

Per quanto riguarda la sporcizia della lente, in questo caso si osserva una diffrazione della luce sulla lente che scompone lo spettro luminoso. In questo caso, troverete sull’immagine delle zone in cui compaiono i colori dell’iride come nell’arcobaleno. Nella diffrazione infatti, lo spettro luminoso, composto da diverse lunghezze d’onda, viene scomposto nei diversi colori. In questo caso, il problema puo’ ovviamente essere risolto pulendo gli elementi ottici della fotocamera.

Nel caso invece di flare dovuti a sorgenti di luce intense o esterne al campo, la comparsa del fenomeno dipende solo dalla bravura del fotografo. In alcuni casi, questi fenomeni possono dare degli effetti anche molto belli.

Sorgente luminosa esterna al campo

Tecnicamente, nel caso di luce intensa, l’immagine viene elaborata in modo sbagliato dal sensore della fotocamera, mentre nel caso di sorgenti luminose esterne al campo visivo, si creano delle componenti angolate nel sensore che provocano i flare.

Come si vede dallo schema riportato, la luce esterna al campo entra nell’obiettivo e viene rifratta con un angolo diverso rispetto a quella dell’immagine che stiamo riprendendo.

In questo caso, come detto in precedenza, evitare i lens flare dipende solo dall’esperienza e dalla bravura di chi scatta la foto. Per come avvengono, i flare sono piu’ probabili utilizzando elementi ottici come zoom e grandangoli. Questo a causa dal numero maggiore di elementi ottici e del cammino maggiore prima di raggiungere la CCD, cioe’ il sensore, della fotocamera.

Abbiamo parlato di questo fenomeno perche’, come anticipato, molti degli avvistamenti UFO che trovate documentati in rete, possono essere ricondotti alla formazione di lens flare. Lo stesso fenomeno e’ anche la spiegazione alle molte foto con presenze misteriose attribuite a fantasmi o manifestazioni inspiegabili. Un esempio di questo e’ visibile in questa foto scattata nella chiesa del Sacro Sepolcro di Gerusalemme:

Lens Flare nel Sacro Sepolcro di Gerusalemme. Fonte:Wikipedia

Tornando agli avvistamenti UFO, analizziamo direttamente un’immagine che testimonia un avvistamento:

Foto di un presunto avvistamento UFO

Come vedete, in cielo ci sono una serie di puntini luminosi che possono far pensare ad una flottiglia extraterrestre in volo sulla citta’.

In realta’, questo e’ un chiaro esempio di Lens Flare dovuto alle sorgenti luminose presenti nel campo visivo. Inoltre, dal momento che le sorgenti di disturbo sono tutte nell’area dell’immagine, possiamo proprio identificare ciascun UFO con la propria sorgente:

Lens Flare all’origine dell’avvistamento

Quello riportato e’ un chiaro esempio di falso avvistamento UFO riconducibile al fenomeno dei Lens Flare.

Come visto qui e in altri articoli, molte delle foto o delle testimonianze di avvistamenti che trovate, soprattutto in rete, possono essere spiegati facilmente riconducendoli a fenomeni noti.

Purtroppo, la nostra distrazione nell’osservare qualsiasi fenomeno puo’ spingerci a credere a teorie poco scientifiche o ad origini non note di tali eventi. Ragionare sulla documentazione, confrontare fonti e fare ricerche autonome e’ l’unico modo per trovare la vera spiegazione di fenomeni apparentemente inspiegabili. Per sapere il punto di vista della scienza sull’esistenza di forme di vita extraterrestri e per affrontare definitivamente le profezie fatte sul 2012, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.