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17 equazioni che hanno cambiato il mondo

26 Ago

Nel 2013 Ian Stewart, professore emerito di matematica presso l’università di Warwick, ha pubblicato un libro molto interessante e che consiglio a tutti di leggere, almeno per chi non ha problemi con l’inglese. Come da titolo di questo articolo, il libro si intitola “Alla ricerca dello sconosciuto: 17 equazioni che hanno cambiato il mondo”.

Perchè ho deciso di dedicare un articolo a questo libro?

In realtà, il mio articolo, anche se, ripeto, è un testo che consiglio, non vuole essere una vetrina pubblicitaria a questo testo, ma l’inizio di una riflessione molto importante. Queste famose 17 equazioni che, secondo l’autore, hanno contribuito a cambiare il mondo che oggi conosciamo, rappresentano un ottimo punto di inizio per discutere su alcune importanti relazioni scritte recentemente o, anche, molti secoli fa.

Come spesso ripetiamo, il ruolo della fisica è quello di descrivere il mondo, o meglio la natura, che ci circonda. Quando i fisici fanno questo, riescono a comprendere perchè avviene un determinato fenomeno e sono altresì in grado di “predirre” come un determinato sistema evolverà nel tempo. Come è possibile questo? Come è noto, la natura ci parla attraverso il linguaggio della matematica. Modellizare un sistema significa trovare una o più equazioni che  prendono in considerazione i parametri del sistema e trovano una relazione tra questi fattori per determinare, appunto, l’evoluzione temporale del sistema stesso.

Ora, credo che sia utile partire da queste 17 equzioni proprio per riflettere su alcuni importanti risultati di cui, purtroppo, molti ignorano anche l’esistenza. D’altro canto, come vedremo, ci sono altre equazioni estremanete importanti, se non altro per le loro conseguenze, che vengono studiate a scuola senza però comprendere la potenza o le implicazioni che tali risultati hanno sulla natura.

Senza ulteriori inutili giri di parole, vi presento le 17 equazioni, ripeto secondo Stewart, che hanno cambiato il mondo:

Le 17 equazioni che hanno cambiato il mondo secondo Ian Stewart

Le 17 equazioni che hanno cambiato il mondo secondo Ian Stewart

Sicuramente, ognuno di noi, in base alla propria preparazione, ne avrà riconosciute alcune.

Passiamo attraverso questa lista per descrivere, anche solo brevemente, il significato e le implicazioni di questi importanti risultati.

Teorema di Pitagora

Tutti a scuola abbiamo appreso questa nozione: la somma dell’area dei quadrati costruiti sui cateti, è pari all’area del quadrato costruito sull’ipotenusa. Definizione semplicissima, il più delle volte insegnata come semplice regoletta da tenere a mente per risolvere esercizi. Questo risultato è invece estremamente importante e rappresenta uno dei maggiori assunti della geometria Euclidea, cioè quella che tutti conoscono e che è relativa al piano. Oltre alla tantissime implicazioni nello spazio piano, la validità del teorema di Pitagora rappresenta una prova indiscutibile della differenza tra spazi euclidei e non. Per fare un esempio, questo risultato non è più vero su uno spazio curvo. Analogamente, proprio sfruttando il teorema di Pitagora, si possono fare misurazioni sul nostro universo, parlando proprio di spazio euclideo o meno.

 

Logaritmo del prodotto

Anche qui, come riminescenza scolastica, tutti abbiamo studiato i logaritmi. Diciamoci la verità, per molti questo rappresentava un argomento abbastanza ostico e anche molto noioso. La proprietà inserita in questa tabella però non è affatto banale e ha avuto delle importanti applicazioni prima dello sviluppo del calcolo informatizzato. Perchè? Prima dei moderni calcolatori, la trasformazione tra logaritmo del prodotto e somma dei logaritmi, ha consentito, soprattutto in astronomia, di calcolare il prodotto tra numeri molto grandi ricorrendo a più semplici espedienti di calcolo. Senza questa proprietà, molti risultati che ancora oggi rappresentano basi scientifiche sarebbero arrivati con notevole ritardo.

 

Limite del rapporto incrementale

Matematicamente, la derivata di una funzione rappresenta il limite del rapporto incrementale. Interessante! Cosa ci facciamo? La derivata di una funzione rispetto a qualcosa, ci da un’indicazione di quanto quella funzione cambi rispetto a quel qualcosa. Un esempio pratico è la velocità, che altro non è che la derivata dello spazio rispetto al tempo. Tanto più velocemente cambia la nostra posizione, tanto maggiore sarà la nostra velocità. Questo è solo un semplice esempio ma l’operazione di derivata è uno dei pilastri del linguaggio matematico utilizzato dalla natura, appunto mai statica.

 

Legge di Gravitazione Universale

Quante volte su questo blog abbiamo citato questa legge. Come visto, questa importante relazione formulata da Newton ci dice che la forza agente tra due masse è direttamente proporzionale al prodotto delle masse stesse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. A cosa serve? Tutti i corpi del nostro universo si attraggono reciprocamente secondo questa legge. Se il nostro Sistema Solare si muove come lo vediamo noi, è proprio per il risultato delle mutue forze agenti sui corpi, tra le quali quella del Sole è la componente dominante. Senza ombra di dubbio, questo è uno dei capisaldi della fisica.

 

Radice quadrata di -1

Questo è uno di quei concetti che a scuola veniva solo accennato ma che poi, andando avanti negli studi, apriva un mondo del tutto nuovo. Dapprima, siamo stati abituati a pensare ai numeri naturali, agli interi, poi alle frazioni infine ai numeri irrazionali. A volte però comparivano nei nostri esercizi le radici quadrate di numeri negativi e semplicemente il tutto si concludeva con una soluzione che “non esiste nei reali”. Dove esiste allora? Quei numeri non esistono nei reali perchè vivono nei “complessi”, cioè in quei numeri che arrivano, appunto, da radici con indice pari di numeri negativi. Lo studio dei numeri complessi rappresenta un importante aspetto di diversi settori della conoscenza: la matematica, l’informatica, la fisica teorica e, soprattutto, nella scienza delle telecomunicazioni.

 

Formula di Eulero per i poliedri

Questa relazione determina una correlazione tra facce, spigoli e vertici di un poliedro cioè, in parole semplici, della versione in uno spazio tridimensionale dei poligoni. Questa apparentemente semplice relazione, ha rappresentato la base per lo sviluppo della “topologia” e degli invarianti topologici, concetti fondamentali nello studio della fisica moderna.

 

Distribuzione normale

Il ruolo della distribuzione normale, o gaussiana, è indiscutibile nello sviluppo e per la comprensione dell’intera statistica. Questo genere di curva ha la classica forma a campana centrata intorno al valore di maggior aspettazione e la cui larghezza fornisce ulteriori informazioni sul campione che stiamo analizzando. Nell’analisi statistica di qualsiasi fenomeno in cui il campione raccolto sia statisticamente significativo e indipendente, la distribuzione normale ci fornisce dati oggettivi per comprendere tutti i vari trend. Le applicazioni di questo concetto sono praticametne infinite e pari a tutte quelle situazioni in cui si chiama in causa la statistica per descrivere un qualsiasi fenomeno.

 

Equazione delle Onde

Questa è un’equazione differenziale che descrive l’andamento nel tempo e nello spazio di un qualsiasi sistema vibrante o, più in generale, di un’onda. Questa equazione può essere utilizzata per descrivere tantissimi fenomeni fisici, tra cui anche la stessa luce. Storicamente poi, vista la sua importanza, gli studi condotti per la risoluzione di questa equazione differenziale hanno rappresentato un ottimo punto di partenza che ha permesso la risoluzione di tante altre equazioni differenziali.

 

Trasformata di Fourier

Se nell’equazione precedente abbiamo parlato di qualcosa in grado di descrivere le variazioni spazio-temporali di un’onda, con la trasformata di Fourier entriamo invece nel vivo dell’analisi di un’onda stessa. Molte volte, queste onde sono prodotte dalla sovrapposizione di tantissime componenti che si sommano a loro modo dando poi un risultato finale che noi percepiamo. Bene, la trasformata di Fourier consente proprio di scomporre, passatemi il termine, un fenomeno fisico ondulatorio, come ad esempio la nostra voce, in tante componenti essenziali più semplici. La trasformata di Fourier è alla base della moderna teoria dei segnali e della compressione dei dati nei moderni cacolatori.

 

Equazioni di Navier-Stokes

Prendiamo un caso molto semplice: accendiamo una sigaretta, lo so, fumare fa male, ma qui lo facciamo per scienza. Vedete il fumo che esce e che lentamente sale verso l’alto. Come è noto, il fumo segue un percorso molto particolare dovuto ad una dinamica estremamente complessa prodotta dalla sovrapposizione di un numero quasi infinito di collissioni tra molecole. Bene, le equazioni differenziali di Navier-Stokes descrivono l’evoluzione nel tempo di un sistema fluidodinamico. Provate solo a pensare a quanti sistemi fisici includono il moto di un fluido. Bene, ad oggi abbiamo solo delle soluzioni approssimate delle equazioni di Navier-Stokes che ci consentono di simulare con una precisione più o meno accettabile, in base al caso specifico, l’evoluzione nel tempo. Approssimazioni ovviamente fondamentali per descrivere un sistema fluidodinamico attraverso simulazioni al calcolatore. Piccolo inciso, c’è un premio di 1 milione di dollari per chi riuscisse a risolvere esattamente le equazioni di Navier-Stokes.

 

Equazioni di Maxwell

Anche di queste abbiamo più volte parlato in diversi articoli. Come noto, le equazioni di Maxwell racchiudono al loro interno i più importanti risultati dell’elettromagnetismo. Queste quattro equazioni desrivono infatti completamente le fondamentali proprietà del campo elettrico e magnetico. Inoltre, come nel caso di campi variabili nel tempo, è proprio da queste equazioni che si evince l’esistenza di un campo elettromagnetico e della fondamentale relazione tra questi concetti. Molte volte, alcuni soggetti dimenticano di studiare queste equazioni e sparano cavolate enormi su campi elettrici e magnetici parlando di energia infinita e proprietà che fanno rabbrividire.

 

La seconda legge della Termodinamica

La versione riportata su questa tabella è, anche a mio avviso, la più affascinante in assoluto. In soldoni, la legge dice che in un sistema termodinamico chiuso, l’entropia può solo aumentare o rimanere costante. Spesso, questo che è noto come “principio di aumento dell’entropia dell’universo”, è soggetto a speculazioni filosofiche relative al concetto di caos. Niente di più sbagliato. L’entropia è una funzione di stato fondamentale nella termodinamica e il suo aumento nei sistemi chiusi impone, senza mezzi termini, un verso allo scorrere del tempo. Capite bene quali e quante implicazioni questa legge ha avuto non solo nella termodinamica ma nella fisica in generale, tra cui anche nella teoria della Relatività Generale di Einstein.

 

Relatività

Quella riportata nella tabella, se vogliamo, è solo la punta di un iceberg scientifico rappresentato dalla teoria della Relatività, sia speciale che generale. La relazione E=mc^2 è nota a tutti ed, in particolare, mette in relazione due parametri fisici che, in linea di principio, potrebbero essere del tutto indipendenti tra loro: massa ed energia. Su questa legge si fonda la moderna fisica degli acceleratori. In questi sistemi, di cui abbiamo parlato diverse volte, quello che facciamo è proprio far scontrare ad energie sempre più alte le particelle per produrne di nuove e sconosciute. Esempio classico e sui cui trovate diversi articoli sul blog è appunto quello del Bosone di Higgs.

 

Equazione di Schrodinger

Senza mezzi termini, questa equazione rappresenta il maggior risultato della meccanica quantistica. Se la relatività di Einstein ci spiega come il nostro universo funziona su larga scala, questa equazione ci illustra invece quanto avviene a distanze molto molto piccole, in cui la meccanica quantistica diviene la teoria dominante. In particolare, tutta la nostra moderna scienza su atomi e particelle subatomiche si fonda su questa equazione e su quella che viene definita funzione d’onda. E nella vita di tutti i giorni? Su questa equazione si fondano, e funzionano, importanti applicazioni come i laser, i semiconduttori, la fisica nucleare e, in un futuro prossimo, quello che indichiamo come computer quantistico.

 

Teorema di Shannon o dell’informazione

Per fare un paragone, il teorema di Shannon sta ai segnali così come l’entropia è alla termodinamica. Se quest’ultima rappresenta, come visto, la capicità di un sistema di fornire lavoro, il teorema di Shannon ci dice quanta informazione è contenuta in un determinato segnale. Per una migliore comprensione del concetto, conviene utilizzare un esempio. Come noto, ci sono programmi in grado di comprimere i file del nostro pc, immaginiamo una immagine jpeg. Bene, se prima questa occupava X Kb, perchè ora ne occupa meno e io la vedo sempre uguale? Semplice, grazie a questo risultato, siamo in grado di sapere quanto possiamo comprimere un qualsiasi segnale senza perdere informazione. Anche per il teorema di Shannon, le applicazioni sono tantissime e vanno dall’informatica alla trasmissione dei segnali. Si tratta di un risultato che ha dato una spinta inimmaginabile ai moderni sistemi di comunicazione appunto per snellire i segnali senza perdere informazione.

 

Teoria del Caos o Mappa di May

Questo risultato descrive l’evoluzione temporale di un qualsiasi sistema nel tempo. Come vedete, questa evoluzione tra gli stati dipende da K. Bene, ci spossono essere degli stati di partenza che mplicano un’evoluzione ordinata per passi certi e altri, anche molto prossimi agli altri, per cui il sistema si evolve in modo del tutto caotico. A cosa serve? Pensate ad un sistema caotico in cui una minima variazione di un parametro può completamente modificare l’evoluzione nel tempo dell’intero sistema. Un esempio? Il meteo! Noto a tutti è il cosiddetto effetto farfalla: basta modificare di una quantità infinitesima un parametro per avere un’evoluzione completamente diversa. Bene, questi sistemi sono appunto descritti da questo risultato.

 

Equazione di Black-Scholes

Altra equazione differenziale, proprio ad indicarci di come tantissimi fenomeni naturali e non possono essere descritti. A cosa serve questa equazione? A differenza degli altri risultati, qui entriamo in un campo diverso e più orientato all’uomo. L’equazione di Black-Scholes serve a determinare il prezzo delle opzioni in borsa partendo dalla valutazione di parametri oggettivi. Si tratta di uno strumento molto potente e che, come avrete capito, determina fortemente l’andamento dei prezzi in borsa e dunque, in ultima analisi, dell’economia.

 

Bene, queste sono le 17 equazioni che secondo Stewart hanno cambiato il mondo. Ora, ognuno di noi, me compreso, può averne altre che avrebbe voluto in questa lista e che reputa di fondamentale importanza. Sicuramente questo è vero sempre ma, lasciatemi dire, questa lista ci ha permesso di passare attraverso alcuni dei più importanti risultati storici che, a loro volta, hanno spinto la conoscenza in diversi settori. Inoltre, come visto, questo articolo ci ha permesso di rivalutare alcuni concetti che troppo spesso vengono fatti passare come semplici regolette non mostrando la loro vera potenza e le implicazioni che hanno nella vita di tutti i giorni e per l’evoluzione stessa della scienza.

 

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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Plancton nello spazio?

21 Ago

Partiamo dall’unica cosa certa che si sa al momento: tra poche ore, quello che è già diventato un caso sui siti internazionali, lo diventerà anche in Italia.

A cosa mi riferisco?

Raccontiamo prima di tutto i fatti.

Il 18 Agosto era prevista una EVA, attività extraveicolare, di circa 6 ore per i due attuali occupanti russi della Stazione Spaziale Internazionale: Olek Artemyev ed Alexander Skvortsov. Come sappiamo, si tratta di attività di routine per gli astronauti della ISS con scopi scientifici, di manutenzione o di ripristino di parti danneggiate.

Cosa è accaduto durante questa EVA? Prima di rientrare a bordo, i due cosmonauti hanno pulito quelli che vengono chiamati “illuminatori” della Stazione. In parole povere, le parti vetrate che consentono la visione all’esterno della nave. Perchè nello spazio si sporcano i vetri? Certamente si. La parte esterna della ISS è soggetta a vari fattori in grado di depositare residui sulla sua superficie: azionamento dei motori, inquinamento da agenti portati dagli astronauti, ecc. In particolare, l’attività di pulizia è stata fatta nel segmento di competenza russo, uno dei tronconi che compongono attualmente la Stazione.

Una volta rientrati all’interno, si sono analizzati i tessuti utilizzati per la pulizia. Oltre a quanto atteso, i due astronauti, che hanno analizzato con strumentazione adeguata le stoffe, hanno rinvenuto qualcosa che avrebbe dell’incredibile. Come da titolo dell’articolo, PLANCTON. Si, avete capito bene, proprio quell’insieme di microorganismi non dotati di spina dorsale che popolano i nostri mari e che vengono trasportati dalle correnti fungendo da importante nutrimento per tantissime specie acquatiche.

Plancton nello spazio? E’ un modo di dire?

Assolutamente no. Si tratta proprio di plancton identico a quello che si troverebbe nei nostri oceani. Altra cosa che ha dell’incredibile è che questo plancton, ripeto rinvenuto all’esterno della ISS, è riuscito a sopravvivere in un ambiente non propriamente semplice: assenza di gravità, centinaia di km di altitudine, forte irraggiamento da parte del Sole, temperature estreme, ecc..

Ora, prima di tutto, perchè ho detto che le cose certe in questa notizia scarseggiano? Per carità, non fraintendetemi, non sto bollando la cosa come una bufala, anche se ho tantissimi dubbi, ma, ripeto, al momento la cosa non è assolutamente verificata.

Primo assunto: la fonte della notizia è l’agenzia di stampa russa ITAR-TASS. Parliamo di una vera agenzia di stampa, paragonabile alla nostra ANSA, quindi, in linea di massima, affidabile. In particolare, la notizia originale è questa:

ITAR-TASS, ISS plankton

Come vedete, si chiama in causa anche il comandante della missione russa sulla ISS Vladimir Solovyev, che conferma quanto riportato.

A questo punto, per curiosità, vista la portata della notizia, sono andato a vedere cosa veniva scritto dalla Roscosmos, l’agenzia spaziale russa:

Roscosmos

Purtroppo, non ho trovato una versione inglese ma se usate anche semplicemente il traduttore online, vedrete che non c’è nessun riferimento alla scoperta di plancton sulla ISS, almeno fino ad ora (22 agosto, ore 00.12). Ovviamente, ci sono un paio di news relative alla EVA in questione, alle operazioni effettuate ma, ripeto, nessun riferimento al plancton.

Non contento, ripeto la mia ricerca sul sito della NASA:

NASA

Anche qui nulla, così come su ESA e ASI.

Ora, è vero che la notizia, anche se certa, richiederebbe ulteriori verifiche per determinare che il risultato non sia dovuto a contaminazione terrestre indiretta però appare comunque strano non trovare neanche un accenno da nessuna parte. Tutti i siti che ad ora riportano la notizia lo fanno citando sempre e solo l’agenzia ITAR-TASS.

Ulteriore informazione, sul sito Space.com, la notizia viene riportata:

Space.com, plankton

e qui viene raccolta anche la dichiarazione di Dan Hout della NASA che dichiara che l’ente americano non ha ricevuto assolutamente nessuna comunicazione dall’agenzia russa riguardante la scoperta del plancton. Anche questo, ripeto, fino a questo preciso istante.

Detto questo, questa notizia mi sembra un po’, lasciatemi dire, “particolare” per come si sta diffondendo. La fonte primaria, ITAR-TASS, è autorevole ma la mancanza di comunicazioni ufficiali mi lascia interdetto.

Nelle prossime ore cercheremo ovviamente di capire se questa notizia venisse confermata e, soprattutto, quali sono le considerazioni da parte delle agenzie spaziali interessate.

Detto questo, prima di chiudere vorrei riflettere ancora su un altro aspetto. Come è finito del plancton sulla superficie esterna della Stazione Spaziale? Ovviamente, non manca chi parla già di organismi provenienti dallo spazio e che costantemente giungono anche sulla Terra. Secondo queste fonti, l’origine stessa della vita sul nostro pianeta potrebbe venire da plancton arrivato da chissà dove. Ovviamente, ipotesi del genere, lasciano un po’ il tempo che trovano.

Ipotesi invece più plausibile è che quel plancton sia così uguale a quello dei nostri oceani …. perchè è proprio lo stesso. Cosa significa? Ovviamente, che si tratta di organismi provenienti dalla Terra.

Bene, la domanda allora è: come sono finiti sulla ISS?

Prime ipotesi assolutamente poco probabili: i tessuti utilizzati per la pulizia contenevano plancton, il plancton si è depositato sul segmento russo al momento del lancio. Questo è ovviamente da escludere perchè il cosmodromo di Baikonur si trova troppo lontano dall’oceano mentre mi rifiuto di pensare alla prima ipotesi.

Secondo alcuni, il plancton potrebbe essere stato trasportato fino alla ISS grazie alle correnti ascensionali del pianeta. In parole povere, questo tipo di plancton si trova anche sulla superficie dell’oceano. Se una corrente d’aria lo cattura e sale verso l’alto, può portarlo a quote molto elevate. Personalmente, ma questa è la mia opinione, sono molto scettico all’idea che una corrente d’aria possa trasportare plancton fino a 400 km di quota, cioè all’altezza a cui viaggia la ISS.

L’ipotesi invece che potrebbe essere papabile, ripeto sempre che la notizia stessa sia confermata, è che il plancton sia stato catturato si dal vettore in partenza, ma durante il suo percorso lungo l’atmosfera più prossima a terra. Esistono infatti diverse analisi che hanno dimostrato come il plancton degli oceani, appunto catturato da correnti d’aria, sia presente fino a decine di kilometri di altitudine, non centinaia come nell’altra ipotesi analizzata. A mio avviso, ripeto, questa potrebbe essere la spiegazione più plausibile se effettivamente si confermasse questa scoperta.

A questo punto, non resta altro che attendere qualche giorno per capire l’evolversi della situazione.

 

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

Materia oscura intorno alla Terra?

7 Gen

Come sapete, e’ sempre interessante leggere le notizie nelle sezioni di scienze di alcuni giornali, si trovano sempre delle chicche di tutto rispetto. Negli ultimi giorni, sono apparsi tantissimi articoli che parlano di una nuova sensazionale scoperta. Un ricercatore dell’universita’ del Texas, tale Ben Harris, avrebbe condotto una serie di misure utilizzando i satelliti delle costellazioni gps di Galileo e Glonass.

Se volete maggiori info sul gps, su come funziona e della scienza che c’e’ sotto, abbiamo pubblicato un articolo anche su questo:

Il sistema di posizionamento Galileo

Tornando alla notizia principale, cosa si sarebbe scoperto da queste misure: utilizzando i dati inviati dai satelliti negli ultimi 6 mesi, si sarebbe evidenziata un’anomalia del valore della massa della Terra rispetto a quella comunemente conosciuta. L’entita’ di questa differenza e’ tra lo 0,005 e lo 0,008% del valore noto.

Come si spiega questa differenza?

Dal momento che il moto dei satelliti e’ determinato dall’attrazione gravitazionale che il nostro pianeta esercita, in realta’ che anche i satelliti esercitano sulla Terra, questa differenza deve essere dovuta ad un’anomalia gravitazionale. Una delle spiegazioni date da Harris e’ che sia presente un disco di materia oscura intorno al nostro pianeta, tale da influenzare l’attrazione gravitazionale.

Di materia oscura abbiamo parlato in questo articolo:

La materia oscura

Poiche’, secondo le ipotesi, questa forma non convenzionale di energia esercitrebbe attrazione gravitazionale, la sua presenza influenzerebbe il moto dei satelliti falsando appunto la massa della Terra rispetto al valore conosciuto. Per essere precisi, dalle misure condotte, questo anello, posizionato intorno all’equatore terrestre, avrebbe uno spessore di 191 Km e una larghezza di ben 70000 Km.

Piccola parentesi, oltre ai tanti giornali, anche i siti catastrofisti hanno riportato la notizia, ovviamente a modo loro e aggiungendo dettagli inutili quanto inventati. Non manca certo chi sostiene che l’anello sia stato messo li da scienziati compiacenti o da extraterrestri che stanno iniziando la fase di conquista del nostro pianeta. Non credo sia il caso di ragionare su queste osservazioni che lasciano davvero il tempo che trovano.

Detto questo, ragioniamo un attimo sulla notizia, cercando di fare qualche considerazione aggiuntiva.

Come avrete notato, ho riportato, al contrario di molti giornali, tutta la notizia al condizionale. Non e’ assolutamente una licenza di stile, ma l’ho fatto perche’ quanto riportato non e’ assolutamente certo.

Vi spiego il perche’.

Come trovate in rete, le misure in questione sono state presentate da Harris nel corso del meeting annuale dell’unione geofisica americana, anche detta AGU. Ovviamente si tratta di misure reali e scientifiche, che pero’ vanno considerate come “preliminari”.

Permettetemi una considerazione statistica. Come detto, la differenza rispetto alla massa conosciuta e’ tra lo 0,005 e lo 0,008%. Ora, tra 0,005 e 0,008, la differenza non e’ assolutamente poca. In realta’, l’ampiezza di questo intervallo ci fa capire la precisione delle misure fatte. Per essere precisi, i due valori sono ottenuti utilizzando una volta la costellazione Glonass e un’altra quella Galileo. Il fatto che due misure indipendenti diano valori cosi’ diversi, non e’ assolutamente un dettaglio trascurabile.

Detto questo, durante la stessa riunione, dopo la presentazione dei risultati da parte di Harris, e’ stato evidenziato come le misure siano in realta’ falsate perche’ mancanti di correzioni molto importanti. Quali? Nella modellizzazione del moto dei satelliti, non sono state incluse le attrazioni da parte del Sole e della Luna. Inoltre, mancano da includere le correzioni dovute alla relativita’, assolutamente necessarie, come potete leggere nell’articolo sul sistema Galileo, per ottenere risultati veritieri.

La mancanza di queste correzioni, che potrebbero modificare sostanzialmente il risultato preliminare, fa si che i dati ottenuti siano del tutto preliminari. In questo stato, e’ assolutamente fuorviante e frettoloso fare conclusioni come quelle riportate in precedenza del disco di materia oscura.

Perche’ si e’ fatto questo?

Esistono varie risposte possibili. La prima, un po’ cattiva, e’ che si e’ voluto presentare un lavoro incompleto solo per attirare un po’ di attenzione. L’altra possibilita’ e’ che si sia voluta mostrare questa differenza rispetto al valore della massa conosciuta solo per ricevere commenti utili con cui correggere il tiro. Entrambe le risposte sono possibili. Molto spesso alle conferenze si presentano risultati preliminari solo per valutare la risposta della comunita’ scientifica di riferimento. Ultimamente pero’, si puo’ avere una fuga di notizie che porta ad articoli, come quelli sui nostri giornali, che puntano ala scoperta del secolo.

Concludendo, i dati ottenuti mostrano ovviamente una differenza della massa della Terra rispetto a quella nota. Questa discrepanza potrebbe essere dovuta ad un errore di calcolo, a correzioni molto importanti non ancora conteggiate o, anche, alla presenza di materia oscura intorno alla Terra. Personalmente, credo sia presto per parlare di quest’ultima ipotesi. Questa storia, e lo dico a malincuore, mi ricorda molto quella della velocita’ dei neutrini misurata ad Opera, poi smentita con la testa tra le gambe.

 

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

Acqua su Giove?

26 Apr

Come sapete, ogni tanto e’ interessante dare uno sguardo al nostro sistema solare, anche per presentare gli ultimi lavori scientifici pubblicati che, di volta in volta, ci permettono di capire meglio alcune caratteristiche dello spazio in cui viviamo.

Questa volta, la mia attenzione e’ stata attrata da un articolo pubblicato proprio in questi giorni, in cui viene presentata la scoperta fatta dagli scienziati dell’ESA che sono riusciti finalmente a dimostrare l’origine dell’acqua osservata nell’atmosfera di Giove. Come ipotizzato gia’ diversi anni fa, questa acqua non appartiene a Giove ma e’ stata portata sul pianeta dall’impatto con la cometa Shoemaker-Levy nel 1994.

Forse, piu’ di qualcuno ricordera’ l’attenzione mediatica su questa cometa quasi 20 anni fa. La Shoemaker-Levy venne scoperta nel 1993 e attiro’ subito l’attenzione degli astronomi perche’ per la prima volta venne osservato un corpo di questo tipo orbitare intorno ad un pianeta invece che al Sole. La cometa infatti, durante un passaggio all’interno del Sistema Solare, venne catturata dall’interazione gravitazionale di Giove e quindi inizio’ ad orbitare intorno al pianeta. La stretta orbita seguita dalla Shoemaker-Levy face subito capire che a distanza di poco tempo, la cometa avrebbe finito per impattare contro il pianeta. Dalle simulazioni del tempo, fu possibile infatti determinare con precisione il periodo dell’impatto, ipotizzato tra il 10 e il 20 luglio 1994.

Alla notizia dell’impatto, non solo molte sonde in orbita, ma anche molti telescopi a terra, di cui un numero enorme di stazioni amatoriali, vennero puntate verso Giove per osservare in diretta l’evento. L’impatto avvenne esattamente il 16 Luglio 1994, ma purtroppo nel lato non visibile a Terra di Giove. L’evento venne comunque registrato in diretta dalla sonda Galileo che pote’ osservare dal vivo l’ingresso in atmosfera dei 27 frammenti principali del nucleo cometario, che si era frantumato a causa di un precedente passaggio intorno al pianeta. La rapida velocita’ di rotazione di Giove, permise dopo pochi minuti di osservare i residui dell’impatto anche da Terra. Nell’atmosfera di Giove erano presenti delle vaste macchie nere causate appunto dall’ingresso ad alta velocita’ dei frammenti della Shoemaker-Levy.

Impatto della Schoemaker-Levy su Giove

Impatto della Schoemaker-Levy su Giove

Oltre alla spettacolarita’ dell’evento, la collisione della cometa, permise di ottenere notevoli informazioni astronomiche. Prima di tutto, fu possibile studiare gli strati piu’ profondi dell’atmosfera del pianeta, non raggiungibili con gli strumenti dell’epoca, inoltre, l’impatto apri’ nuovi scenari scientifici sugli studi del nostro sistema solare.

Successivamente, analizzando le macchie nere ancora oggi presenti su Giove, si capi’ che queste erano dovute ad una concentrazione anomala di acqua nell’atmosfera del pianeta. L’origine di questa acqua, rimase un mistero fino ai giorni nostri.

Come anticipato, il nuovo studio dell’ESA pubblicato in questi giorni, ha evidenziato come le tracce d’acqua presenti nell’atmosfera di Giove siano proprio dovute all’impatto con la Shoemaker-Levy. Detto in altri termini, l’acqua non appartiene a Giove, ma e’ stata proprio portata dalla cometa. Questo risultato e’ stato possibile sfruttando le osservazione nell’infrarosso del satellite Herschel. Questa sonda e’ stata in realta’ lanciata per studiare le proprieta’ degli Esopianeti, di cui abbiamo parlato in questi post:

Nuovi esopianeti. Questa volta ci siamo?

A caccia di vita sugli Esopianeti

ma si e’ rivelata una strumento molto preciso anche per analizzare i corpi del nostro sistema solare.

Come anticipato, l’ipotesi che l’acqua fosse stata portata dalla cometa era stata formulata gia’ nel 1994, proprio da un gruppo di astronomi italiani del nostro istituto di astrofisica. In questo caso, sfruttando la particolare emissione delle molecole d’acqua, si era ipotizzata l’origine di quanto osservato. Solo per completezza, vi dico anche che questa innovativa tecnica per l’epoca, e’ esattamente la stessa utilizzata oggi per cercare eventuale acqua sui pianeti al di fuori del sistema solare.

Immagine di Giove dopo l'impatto

Immagine di Giove dopo l’impatto

L’osservazione della Shoemaker-Levy e’ stato, come detto, il primo caso di cometa caduta su un pianeta del sistema solare. Come visto in questo post:

Adesso e’ il turno di Marte

sappiamo che anche nel 2014 un’altra cometa, la Siding Spring, cadra’ invece su Marte ed anche in questo caso, l’evento consentira’ sicuramente di raccogliere nuove ed importanti informazioni sul nostro sistema solare.

Concludendo, l’osservazione condotta dall’ESA ha consentito, a distanza di 20 anni, di determinare con certezza che l’acqua osservata nell’atmosfera di Giove e’ stata portata dall’impatto con la cometa Shoemaker-Levy. Questo genere di eventi sono sempre possibili all’interno del nostro sistema solare ed infatti nel 2014 un evento di questo tipo e’ atteso per Marte. La storia della Shoemaker-Levy ci consente anche di ricordare il ruolo di Giove come scudo per i pianeti del sistema solare interno. La sua grande massa infatti attira molti oggetti provenienti dallo spazio profondo di fatto proteggiando anche il nostro pianeta.

 

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Previsioni Meteo: pioggia su Saturno

16 Apr

Fin da bambini, il pianeta del nostro sistema solare che attirava maggiormente l’attenzione, o che comunque rimaneva piu’ facilmente impresso, era senza dubbio Saturno. La caratteristica che ovviamente contraddistingue questo gigante gassoso e’  la presenza degli anelli.

Gli anelli di Saturno sono visibili da chiunque anche un telescopio di modesta entita’ ed infatti la loro prima osservazione risale al 1655 quando Huygens riusci’ a distinguerli chiaramente. Prima ancora, Galileo aveva notato delle protuberanze sulla superifice di Saturno, ma non era riuscito a distinguere bene gli anelli a causa del basso potere risolutivo del telescopio da lui stesso inventato.

Perche’ sto parlando di Saturno?

Proprio pochi giorni fa, e’ apparso un articolo sulla rivista Nature che dimostra un fenomeno molto curioso, cioe’ che su Saturno “piove”. Non sto parlando di una strana pioggia intesa come una caduta di particelle o di altre sostanze chimiche, ma proprio di acqua che cade sul pianeta.

Foto di Saturno in cui sono visibili le bande scure causate dalla pioggia

Foto di Saturno in cui sono visibili le bande scure causate dalla pioggia

Ovviamente, trattandosi di un gigante gassoso, la pioggia interessa gli strati piu’ alti dell’atmosfera di Saturno e cioe’ la sua ionosfera.

Come e’ stato possibile vedere questa pioggia? Nella figura riportata a lato, vedete una bellissima foto di Saturno scattata mediante il telescopio NIRSPEC dell’osservatorio KECK alle Hawaii. Vedete quelle bande piu’ scure presenti nell’atmosfera e che corrono parallele all’equatore del pianeta? Bene, questa bande di colore diverso sono proprio l’effetto della pioggia.

Detto questo, cerchiamo di capire meglio la ricerca.

L’atmosfera di Saturno, almeno nello strato che stiamo analizzando, e’ formata da elettroni liberi che quando vengono visualizzati all’infrarosso, come nel caso del telescopio NIRSPEC, appaiono molto luminosi dando un aspetto lucente alla ionosfera. La pioggia di cui stiamo parlando, e’ formata da particelle d’acqua caricate elettricamente che, interagendo con gli elettroni, li neutralizzano. Dato il meccanismo, capite dunque perche’ in corrispondenza delle precipitazioni la ionosfera appare piu’ scura.

La presenza di queste bande era stata gia’ osservata negli anni ’80 attraverso la sonda Voyager, ma le immagini catturate oggi, consentono prima di tutto di poter identificare con certezza l’origine di queste strutture, ma anche di osservare come circa il 40% del pianeta sia interessato dla fenomeno delle piogge.

A questo punto pero’, la domanda spontanea che possiamo porci e’: da dove viene questa pioggia?

La risposta e’ molto semplice: dagli anelli. Praticamente, gli anelli di Saturno si comportano come delle nubi intoro al pianeta, da cui vengono strappate alcune molecole di acqua che non cadono verticalmente, ma seguono il percorso mostrato nella foto precedente, dovuto al campo magnetico di Saturno.

Come forse saprete, gli anelli del pianeta sono composti principalmente da ghiaccio raggruppato in strutture che vanno del millesimo di millimetro, fino anche a qualche metro. Gli anelli sono praticamente piatti, con uno spessore medio dell’ordine dei 10 metri.

L’effetto della radiazione solare carica elettricamente le molecole d’acqua degli anelli che, a causa del forte campo magnetico di Saturno,  vengono letteralmente strappate e portate verso la superficie. Risultato di questo fenomeno e’  una vera e propria pioggia sul pianeta.

L’osservazione di questo fenomeno non e’ ovviamente fine a se stessa, ma potrebbe consentire di raccogliere molte informazioni sugli anelli e forse potrebbe aiutare a spiegare meglio l’origine di queste affascinanti strutture che circondano il pianeta.

Oggi, infatti, rimane ancora un mistero l’origine degli anelli di Saturno. Esistono ovviamente alcune ipotesi verosimili proposte, ma ancora mancano importanti tasselli per capire quale di queste ipotesi sia quella giusta.

La prima ipotesi, vorrebbe gli anelli come un residuo di un grande satellite di Saturno, distrutto dall’impatto di un asteroide o di un altro pianeta. In questo caso, i resti di questo presunto corpo, sarebbero rimasti in orbita intorno al pianeta, catturati ovviamente dalla forza di gravita’.

La seconda ipotesi vedrebbe invece gli anelli come il resto del materiale da cui si formo’ Saturno. La teoria accettata vede infatti i pianeti come formati dal raggruppamento di materiale spaziale. Nel caso di Saturno, non tutto il materiale a disposizione sarebbe stato utilizzato, ma una parte di questo sarebbe rimasto libero e cattturato in orbita dalla forza di Gravita’.

Come visto attraverso le tante osservazioni, sia da Terra che in orbita, gli anelli di Saturno presentano diversi strati man mano che ci allontaniamo dal pianeta, intervallati in alcuni casi anche da zone vuote dette “divisioni”. Ecco una foto molto dettagliata con l’indicazione di alcune strutture principali:

Struttura degli anelli di Saturno

Struttura degli anelli di Saturno

Gli anelli iniziano ad un’altezza di circa 6600 Km dalla superficie del pianeta e si estendono per oltre 120000 Km nello spazio. Come visto in precedenza, si tratta di strutture praticamente piatte e formate da blocchi piu’ o meno grandi di ghiaccio.

Lo studio dettagliato della pioggia di Saturno, puo’ aiutarci a comprendere anche l’evoluzione degli anelli. Oltre alle ipotesi viste circa la loro origine, e dimostrato il fatto che del materiale viene continuamente strappato dagli anelli per essere portato sul pianeta, gli anelli di Saturno dovrebbero avere una vita media piu’ o meno lunga in base ai presunti meccanismi di rifornimento di materiale, ma anche in base all’eta’ stessa di queste formazioni. Molto probabilmente, se gli anelli sono, come si pensa, piu’ giovani del pianeta, in un tempo piu’ o meno breve, dovrebbero scomparire a cuasa dell’erosione portata dal campo magnetico.

Crioeruzione su Encelado

Crioeruzione su Encelado

Per dirla tutta, ad oggi, solo dell’anello E, cioe’ il piu’ esterno, si sa l’origine certa ed i meccanismi di rifornimento di materiale. Il ghiaccio che compone questa struttura viene continuamente fornito dal satellite Encelado in cui sono presenti, come osservato direttamente, notevoli fenomeni di criovulcanismo. Con questo termine si intendono eruzioni di acqua, metano e ammoniaca generalmente allo stato liquido (criomagma) che non appena eruttati fondono a causa delle basse temperature. L’immagine riportata mostra proprio una foto scattata dalla soda Cassini nel 2005 della superficie di Encelado mentre e’ in corso una crioeruzione. Fenomeni di questo tipo sono stati osservati anche su alte lune del Sistema Solare e si sospetta siano presenti anche per alcuni corpi della fascia di Kuiper.

 

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

Il sistema di posizionamento Galileo

21 Mar

Notizia fresca di questi giorni, che forse avrete letto anche sui  giornali, e’ stato lanciato il quarto satellite del sistema di navigazione e localizzazione Galileo. L’insieme dei quattro satelliti ha dato ufficialmente il via alla ricezione di questo sistema di localizzazione europeo.

Il principio di funzionamento, cosi’ potete leggere, e’ come quello del GPS americano, ma in questo caso si tratta di un sistema tutto europeo. Al momento sono in orbita 4 dei 30 satelliti previsiti che formerano la costellazione appunto del sistema Galileo.

Bello direte voi, ma questa notizia dovrebbe suscitare un po’ di curiosita’ e soprattutto una serie di domande lecite che vorrei condividere con voi: come funziona il GPS? Perche’ se c’era quello americano ne dobbiamo fare uno europeo? Che vantaggi comporta?

Tutte domande lecite a cui proveremo a dare una risposta semplice e accessibile a tutti.

Al solito, provate a fare un esperimento-intervista. Chiedete, anzi chiedetevi, come funziona il GPS che avete in macchina, sul cellulare, sul portatile, ecc. Molto spesso la risposta data e’ la seguente: semplice, si accende un antenna, questa comunica con un satellite che ci localizza e il gioco e’ fatto, otteniamo un puntino su una mappa che indica la nostra posizione “esatta”. Una risposta del genere e’ completamente sbagliata in diversi punti. Se questa e’ stata la vostra risposta, forse e’ il caso di continuare la lettura.

Partiamo dall’inizio. Abbiamo il problema di localizzare la nostra posizione in un punto qualsiasi della Terra. Come facciamo? Semplice, utilizziamo dei satelliti. Se non altro, l’utilizzo di satelliti ci permette, in linea di principio, di essere sempre localizzabili indipendentemente dalla posizione. In Europa, in Asia, nell’oceano, se alzate la testa vedete il cielo e quindi potenzialmente il satellite.

Satelliti visibili dal ricevitore nel tempo

Satelliti visibili dal ricevitore nel tempo

In realta’, non e’ proprio esattamente cosi’. Un solo satellite che gira intorno alla Terra non sarebbe sempre visibile. Per dirla tutta, un solo satellite non consentirebbe neanche di localizzarci, ma ne servono ben quattro visibili da dove siamo. Su questo torneremo tra poco. Dunque, un solo satellite non basta ne servono 4. Per questo motivo, la costellazione di satelliti GPS e’ formata da un numero grande di oggetti in orbita in modo da poter garantire sempre ed in ogni punto la visibilita’ di almeno 4 satelliti. L’immagine riportata permette di chiarire molto bene questo concetto. Come vedete, mentre i satelliti girano intorno alla Terra, viene riportato in ogni istante il numero di satelliti visibili. Affinche’ la vostra rete sia funzionale, questo numero non deve mai essere minore di quattro.

Fin qui ci siamo. Abbiamo bisogno di 4 satelliti. Non abbiamo ancora risposto alle domande iniziali, anzi ne abbiamo aggiunta un’altra: perche’ 4 satelliti?

Cerchiamo ora di capire come funziona il GPS. In realta’, l’antenna del vostro sistema non comunica affatto con i satelliti, ma e’ solo un “ricevitore” di segnali. In ogni istante, i satelliti inviano verso la terra dei segnali che l’antenna e’ in grado di ricevere. Questi segnali sono di tipo orario, cioe’ contengono l’informazione sull’ora del loro invio. Il metodo di localizzazione si basa appunto sulla differenza di tempo tra l’invio del segnale da parte del satellite e la sua ricezione dall’antenna. Conoscendo la velocita’di propagazione del segnale, dalla differenza di tempo possiamo ricavare la distanza del ricevitore dal satellite.

Ora, dovendo posizionare un punto sulla mappa corrispondente al ricevitore, avete bisogno di 3 informazioni: latitudine, longitudine e altitudine. Avete cioe’ 3 incognite da calcolare. Come ricorderete dalla matematica, per risolvere un sistema di 3 incognite c’e’ bisogno di 3 equazioni indipendenti. 3 equazioni significa dunque avere l’informazione contemporaneamente da 3 satelliti. Proprio per questo motivo si parla di “triangolazione” della posizione.

Ricapitoliamo: 3 incognite per la posizione esatta, 3 equazioni che sono i 3 satelliti, e fin qui ci siamo. Perche’ prima parlavamo di 4 satelliti?

Abbiamo detto che tutto il gioco si basa sulla misura del tempo impiegato dal segnale per andare dal satellite al ricevitore. Detto proprio semplicemente, il satellite manda un segnale dicendo sono le 12.00 il ricevitore ascolta il segnale, vede che sono le 12.01 e quindi capisce che e’ passato un minuto (in realta’ la differenza temporale e’ tipicamente dell’ordine dei millisecondi). Facile a dirsi ma non a farsi. Affinche’ questo gioco funzioni, i satelliti ed il ricevitore devono essere perfettamente sincronizzati.

I satelliti del GPS utilizzano degli orologi atomici al Cesio o al Rubidio, estremamente precisi, ma che costano piu’ o meno 200000 euro l’uno. Il nostro piccolo e economico ricevitore certamente non dispone di un sistema del genere. Dunque, per localizzare il punto non servono piu’ 3 incognite bensi’ 4, compreso il tempo. Il quarto satellite serve appunto per determinare anche l’informazione temporale.

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Solo per completezza di informazione, la localizzazione GPS sarebbe impossibile senza le dovute correzioni date dalla relativita’ di Einstein. Il tempo sul satellite scorre ad un ritmo leggermente piu’ veloce rispetto alla Terra (dilatazione dei tempi). Se questo effetto non fosse incluso, le misure dei tempi di percorrenza sarebbero sistematicamente sbagliate. La funzionalita’ del GPS e’, se vogliamo, anche una conferma pratica dell’esistenza della relativita’.

Dunque, abbiamo capito come avviene la localizzazione. Torniamo ora al discorso satelliti. In ogni istante ed in ogni punto della Terra devo dunque poter vedere almeno 4 satelliti. Quello che oggi chiamiamo GPS sfrutta, come detto all’inizio, la costellazione di satelliti americani chiamata NAVSTAR GPS costituita in tutto da 31 satelliti. Questi sono disposti su sei piani orbitali con un’inclinazione di 55 gradi sul piano equatoriale. Maggiore e’ il numero di satelliti utilizzati simultaneamente, minore e’ l’incertezza con cui si possono ricavare le incognite, e dunque la posizione del ricevitore.

La precisione attuale del NAVSTAR e’ dell’ordine di qualche metro. Fino a prima del 2000, la qualita’ del sistema per uso civile era dell’ordine dei 200 metri a causa dela distorsione fatta appositamente sui segnali per uso civile, mentre per gli usi militari veniva data qualita’ massima. Questa distinzione, detta anche “disponibilita’ selettiva” e’ stata eliminata su volere del presidente Clinton e, di fatto, ha aperto la strada ai sistemi GPS portatili per scopi civili.

Abbiamo risposto gia’ a 2 domande su 3. Sappiamo ora come avviene la localizzazione e perche’ servono 4 satelliti. Torniamo ora a Galileo.

Galileo prevede una costellazione di 30 satelliti che diverra’ pienamente operativa a partire dal 2014. Ad oggi, e sappiamo ora anche il perche’, sono stati lanciati 4 satelliti e dunque e’ possibile fare i primi studi sui segnali e cominciare a testare la qualita’ del sistema.

Perche’ fare un nuovo sistema se c’e’ gia’ quello americano? In realta’, in orbita ci sono due sistemi di navigazioni indipendenti, il NAVSTAR americano e il GLONASS russo, quest’ultimo pero’ scarsamente manutenuto negli ultimi tempi. La motivazione del Galileo e’ piu’ politica che scientifica. Il NAVSTAR e il GLONASS per uso civile sono sempre subordinati all’effettivo utilizzo militare dei due paesi. In qualsiasi momento, uno dei due paesi potrebbe decidere di chiudere il servizio civile per un qualsiasi motivo. Non pensate soltanto al navigatore della vostra automobile, il GPS e’ utilizzato in tutti i sistemi di navigazione civili come aerei, navi, antifurti satellitari, ecc. Una, seppur improbabile (forse), decisione del genere causerebbe un danno irreparabile. La necessita’ dunque di interrompere un monopolio di localizzazione ha spinto i paesi europei ha dotarsi di un proprio sistema satellitare.

Inoltre, a differenza di quello made in USA, il Galileo gode dei finanziamenti di diversi paesi attraverso la comunita’ europea e non solo. Diversi paesi extraeuropei, come Israele, Cina e Russia (come integrazione del GLONASS), stanno contribuendo a Galileo appunto per assicurare un servizio civile costante.

Solo per completezza, esistono anche dei sistemi minori di tipo regionale attualmente in fase di studio. Sia l’India che la Cina stanno infatti portando avanti gli studi per dotarsi di sistemi proprietari esclusivi non globali. In questo caso, ma si tratta di una mia considerazione personale, programmi di questo tipo servono soltanto per prendere confidenza e dimostrare agli altri la possibilita’ di accedere allo spazio mediante satelliti. Come sappiamo, si tratta di economie definite “emergenti”, anche se ormai emerse del tutto, e proprio per questo interessate alla corsa allo spazio su tutti i fronti.

Concludendo, i primi 4 satelliti di Galileo sono in orbita. Nel giro di qualche anno la costellazione di satelliti dovrebbe essere completata e funzionante. Questo sistema, parallelo al NAVSTAR, consentira’ la localizzazione sulla Terra garantendo la funzionalita’ civile sempre e indipendentemente dalla situazione politica. Dal punto di vista economico, ci saranno vantaggi anche per le aziende europee che potranno produrre e commercializzare ricevitori per Galileo mentre prima con il NAVSTAR questo settore era riservato ad aziende americane.

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Sole: quanta confusione!

31 Dic

Come sappiamo bene, il Sole rappresenta da sempre uno degli argomenti piu’ citati e piu’ inflazionati dai siti catastrofisti. Se ci pensiamo e’ naturale. Questa stella consente la vita sulla nostra Terra. Molti di noi sono abituati a vederlo sempre li e a pensarlo immutabile nel corso del tempo. Annunciare teorie allarmanti sul Sole e’ molto semplice. Stiamo parlando di un reattore a fusione estremamente potente e che praticamente si trova dietro l’angolo, solo 8 minuti luce di distanza dalla Terra.

Parlare di emissioni anomale e pericolose da parte del Sole e’ molto semplice e fa facilmente leva sulle persone.

Della nostra stella abbiamo gia’ parlato tante volte, ottimi esempi sono questi post:

Nuova minaccia il 22 Settembre?

– Come seguire il ciclo solare

Ora, come detto piu’ e piu’ volte, per il 2012 era atteso un massimo solare. In realta’ questo e’ quello che molti volevano farci credere dal momento che il massimo del XXIV ciclo e’ in realta’ atteso per la primavera del 2013. Come visto, questo massimo non avra’, almeno dalle previsioni e dal comportamente attuale, nessun carattere di eccezionalita’, anzi si presentera’ come un massimo molto soft e notevolmente meno intenso di altri occorsi in passato.

Bene, questo e’ quello che ci e’ stato detto e ridetto. Ora, come per magia, su molti siti si lancia un allarme completamente opposto: “fate attenzione, il Sole sta diventando sempre meno intenso”. Questo potrebbe comportare un abbassamento drastico delle temperature sulla Terra, una nuova era glaciale potrebbe arrivare, questo e’ sicuramente un anuncio di nuove catastrofi in arrivo.

Ma come? Fino a ieri dovevamo aspettare un massimo di attivita’ e cuocerci sotto le radiazioni solari, oggi dobbiamo congelarci perche’ il Sole si spegne?

Capite bene il titolo scelto per il post. Forse e’ il caso di fare un po’ di chiarezza.

Come visto nei post precedenti, l’attivita’ del nostro Sole non e’ affatto costante nel tempo. Per attivita’ intendiamo l’emissione di radiazione e particelle in tutte le direzioni dello spazio, compresa quella che investe la nostra Terra. Dalle osservazioni solari, si e’ capito che il Sole segue un ciclo di 11 anni tra un massimo e un minimo di attivita’. Questo e’ appunto quello che chiamiamo ciclo solare. Al contrario della Terra, il campo magnetico del Sole si inverte, cioe’ scambia la posizione dei suoi poli nord e sud, ogni 11 anni. Serve dunque un periodo di 22 anni, due cicli, per tornare nella posizione originale del campo magnetico. Su questo punto non c’e’ assolutamente nulla di strano o di allarmante, e’ cosi’ da sempre ed e’ un comportamento implicito nel funzionamento del nostro Sole.

Molto spesso poi sentiamo parlare di macchie solari. Queste altro non sono che zone piu’ scure che compaiono sulla superficie del Sole ed indicano dei punti in cui ci sono anomalie di campo magnetico. Queste macchie appaiono piu’ scure a causa della temperatura relativamente piu’ bassa di queste zone rispetto al resto della superficie (6000 gradi contro 4000). Il numero di macchie solari e’ un indicatore dell’attivita’ del Sole. Maggiore e’ il numero di macchie, piu’ alta e’ l’attivita’ solare in quel momento.

Il numero di macchie solari, o sunspot, e’ un parametro osservato da moltissimo tempo e su cui abbiamo raccolto una statistica considerevole. Il primo che osservo’ ed annoto’ il numero di macchie fu lo stesso Galileo grazie al telescopio da lui stesso inventato.

Bene, fino a questo punto nulla di difficile o di allarmante.

Dunque, cosa dobbiamo aspettarci un massimo o un minimo? Come anticipato, stiamo andando verso il massimo di attivita’ solare del XXIV ciclo. Tra l’altro, solo per compeltezza, fino a questo punto il Sole sta avendo un comportamento leggermente piu’ basso rispetto a quello che ci si aspettava. Questo e’ preoccupante? Anche in questo caso, la risposta e’ NO. Quando si dice “quello che si aspettava” si intendono le simulazioni che vengono fatte a priori per capire, piu’ o meno, quello che ci si deve aspettare nei mesi successivi. Queste simulazioni si basano sulla conoscenza attuale del comportamento del Sole, ma soprattutto sui dati che giorno per giorno vengono raccolti. Detto questo, capite bene che all’aumentare dei dati raccolti, e’ necessario ricorreggere le simulazioni per aggiornare lo stato attuale del Sole e modificare quanto ci si deve aspettare per il futuro.

Detto in parole povere, le simulazioni del comportamento del Sole, sono un po’ come le previsioni del tempo. Non a caso spesso si parla di Meteo-Solare. In quest’ultimo caso come funziona? Si vede la condizione attuale e si utilizzano modelli matematici per dare dei pronostici futuri. Se oggi vedreste le previsioni ad una settimana avreste dei risultati, se li rivedreste tra 3 giorni il risultato potrebbe cambiare e sicuramente essere piu’ preciso.

Spero che quanto detto sia sufficiente a farvi capire come vengono fatte queste simulazioni su cui tanta speculazione viene fatta.

Ora, nel post precedente riportato, abbiamo gia’ visto come seguire il ciclo solare. A distanza di qualche mese da quel post, vi riporto nuovamente il grafico dell’attivita’ solare, per mostrarvi gli ultimi aggiornamenti:

Numero di macchie Solari aggiornato a Dicembre 2012

Numero di macchie Solari aggiornato a Dicembre 2012

Vi ricordo che questi dati sono in rete e sono liberamente accessibili a tutti visitando questo indirizzo:

NOAA sun cycle

Alcune considerazioni. Come vedete dalla linea rossa, che rappresenta la simulazione, stiamo andando verso il massimo di attivita’ solare. Il picco piu’ alto e’ atteso per Maggio-Giugno 2013. Notate anche un’altra cosa che conferma quanto detto: i punti sperimentali, cioe’ quelli ossservati, nel 2012 sono piu’ bassi della sinusoide rossa. Questa e’ la conferma che l’attivita’ del Sole e’ leggermente piu’ bassa di quanto atteso. Assolutamente questo non significa che il Sole si sta spegnendo!

Vorrei anche darvi un’altra informazione aggiuntiva, utile a capire meglio il comportamento del Sole e le simulazioni fatte. Come detto sopra, uno dei parametri importanti per capire il Sole e’ dato dal numero di macchie solari sulla superificie. Sempre utilizzando il sito del NOAA, possiamo andare a vedere il numero di macchie osservate sul sole e confrontarlo anche con i dati ottenuti dalle simulazioni.

Ecco, in particolare, le previsioni:

SunSpot Estimation

Guardate una cosa, per ogni mese viene dato il numero di macchie atteso, ma anche un massimo ed un minimo. Questi valori indicano proprio l’incertezza della predizione. Dalle simulazioni non ottenete un valore preciso, ma una banda entro cui vi aspettate sia contenuto il numero di macchie solari. Notate anche come il numero di macchie atteso sale fino a Maggio-Giugno e poi ridiminuisce. Questo e’ proprio il massimo atteso e di cui parlavamo prima.

Dunque? Come vedete non c’e’ assolutamente nulla di strano o di misterioso riguardo al Sole. E’ assolutamente falso parlare di un massimo di forte intensita’ atteso tra pochi mesi, cosi’ come e’ assolutamente falso parlare di Sole al minimo o anche vicino allo spegnimento.

Al solito, la raccomandazione e’ sempre la stessa: non credete a tutte le teorie bislacche e assolutamente antiscientifiche che trovate in rete. Questi parametri sono noti alla scienza e pubblici su internet. La cosa principale e’ imparare ad utilizzare internet per quello che in realta’ e’: un potente strumento di informazione.

 

 

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