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La bomba più potente mai creata!

20 Ott

Eccoci di nuovo qui. Scusate, come al solito, la mia latitanza ma, in questi giorni, sono un po’ lontano dall’Italia e con qualche problema di fuso orario, oltre ai sempre presenti impegni lavorativi.

Detto questo, dopo questi due post:

Il suono del vinile

Il suono più forte mai udito

c’è un’ultima domanda che mi è stata rivolta via mail e che vorrei condividere con tutti perchè, a mio avviso, potrebbe essere molto interessante. La domanda fatta è, se vogliamo, molto semplice: qual è la bomba atomica più potente mai creata dall’uomo?

Premetto subito che il mio post non vuole urtare il pensiero di nessuno. Non è questa la sede per discutere tra chi è a favore dell’energia atomica e chi no, chi pensa una cosa e chi un’altra, ecc.. Lo scopo di questo post vuole essere puramente scientifico o, lasciatemi dire, nonostante l’argomento, di curiosità.

Bene, la bomba atomica più potente, e vedremo cosa significa, mai realizzata dall’uomo è la Bomba Zar, nome in codice Big Ivan, sviluppata in unione sovietica. Premetto subito che non si è trattato di un ordigno di offesa ma solo di un test militare. Anzi, come molti storici sotengono, più che un test militare, la costruzione e il seguente utilizzo della bomba è stato più che altro un messaggio di propaganda dell’ex-URSS per dimostrare ai suoi cittadini, e al mondo intero, cosa la nazione fosse in grado di realizzare.

Dal punto di vista tecnico, la bomba Zar, nella sua concezione iniziale, era una bomba a 3 stadi. Nel nucleo più interno il processo di fissione veniva fatto partire per fornire energia al secondo stadio in cui si aveva un’amplificazione grazie alla fusione di atomi di idrogeno, energia che serviva a sua volta per innescare una seconda fusione nel terzo e più esterno strato della bomba.

A livello progettuale, la bomba Zar era in grado di sviluppare una potenza di 100 Mt, cioè 100 milioni di tonnellate di TNT equivalente. A quanto equivale questa energia? Per farvi un esempio noto a tutti, l’atomica sganciata dagli USA su Hiroshima, Little Boy, aveva una potenza 3125 volte inferiore. Se potessimo far esplodere simultaneamente tutti gli esplosivi convenzionali utilizzati nella seconda guerra mondiale, l’esplosione sarebbe ancora 10 volte inferiore a quella della Bomba Zar.

Questo potentissimo ordigno venne sviluppato dall’Unione Sovietica da un team di fisici capeggiati da Andrej Sacharov, una delle menti più brillanti del XX secolo. Dopo aver contribuito in modo fondamentale allo sviluppo della bomba a idrogeno, Sacharov iniziò una lunga battaglia a favore dei diritti civili e contro l’uso dell’energia nucleare negli armamenti. Proprio questa sua attività gli valse il premio nobel per la pace.

Tornando a parlare dell’ordigno, per motivi di sicurezza, nell’unico test condotto, venne realizzata una versione depotenziata della Bomba Zar. A differenza del progetto iniziale, il terzo stadio venne sostituito da piombo, materiale in grado di rallentare e schermare le radiazioni prodotte dalla bomba. Questa versione poteva però raggiungere la sempre impressionante energia di 50 Mt. Il test venne poi eseguito il 30 Ottobre 1961, sull’isola di Novaja Zemlja, una località sperduta a nord del Circolo Polare.

Nonostante l’enorme potenza, la sostituzione del terzo stadio con piombo diminuì notevolmente la radiazione emessa attraverso il fallout successivo alla detonazione. Proprio per questo motivo, considerando il rapporto potenza/radiazione, la bomba Zar è anche stata l’ordigno nucleare più “pulito”.

Quali sono gli effetti di una detonazione del genere? Prima di tutto, consideriamo che la bomba venne fatta esplodere a 4000 metri dal suolo. Nonostante questo, la successiva onda sismica provocata dalla deflagrazione fece 3 volte il giro del pianeta. Testimoni a 1000 Km di distanza dal punto, poterono vedere chiaramente il lampo anche se il cielo era notevolmente nuvoloso. Altri testimoni riportarono di aver percepito il calore dell’onda sulla pelle fino a 270 Km di distanza. Praticamente tutto quello che era presente fino a 35 Km dal centro venne completamente spazzato via. Se ancora non vi basta, a 900 Km di distanza, in Finlandia, alcune case riportarono danni a porte e finestre provocati dall’onda d’urto dell’esplosione.

Ripeto, questa era la versione depotenziata di un un fattore 2 rispetto al reale progetto.

Spero che quanto raccontato sia sufficiente a far capire le potenzialità di questi ordigni. Ripeto, non voglio discutere se è giusto o meno costruire, o saper realizzare, bombe di questo tipo. Permettetemi però di dire, senza offesa per nessuno, che dal punto di vista tecnico è straordinario pensare a quanta energia possa essere sviluppata da un sistema 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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Il metodo made in Italy per produrre Idrogeno

26 Lug

Da molti anni, ormai, sentiamo parlare di un futuro energetico incentrato sull’idrogeno. Molti, parlano di questo possibile combustibile addirittura speculando su un passaggio dall’era del petrolio a quella dell’idrogeno. Come tutti sappiamo, questa soluzione potrebbe essere utilizzata in tantissimi settori. Anche se il più noto, e lasciatemi dire su cui tante leggende sono state create, è quello delle macchine alimentate a idrogeno, questo elemento potrebbe servire per produrre corrente elettrica ed energia nei più svariati settori industriali, consentendo, finalmente, di mettere da parte i fortemente inquinanti idrocarburi ma, soprattutto, l’economia basata su questi oli che non ha fatto altro che creare centri di potere, in primis, e guerre per l’appropriazione e lo sfruttamento dei giacimenti sparsi per il mondo.

Perché, ancora oggi, visto che molti parlano di una panacea di tutti i mali, non utilizziamo l’idrogeno?

Come sapete, molti parlano di poteri forti in grado di bloccare lo sviluppo di queste tecnologie per puri fini economici. Da un lato, queste affermazioni sono corrette. Non voglio nascondermi dietro un dito e dire che viviamo in un mondo ideale. Come tutti sanno, i soldi fanno andare l’acqua in salita ma, soprattutto, decidono dove l’acqua deve passare e dove no. Questo lato economico-oscuro non è però materia del nostro blog. Quello su cui invece vorrei spingere tutti a ragionare è il discorso prettamente energetico e ambientale dell’idrogeno.

Anche molti tra i cosiddetti esperti dell’energia, un po’ per secondi fini ma, mi dispiace dirlo, a volte anche per ignoranza, quando parlano di fonti alternative, dunque non solo idrogeno, dimenticano sempre di prendere in considerazione l’intera filiera del settore che non comprende solo l’utilizzo della risorsa ma anche la sua estrazione o eventuale produzione, stoccaggio, distribuzione, ecc.

Che cosa intendo con questo?

Facciamo un esempio pratico ma inventato. Immaginate di trovare una nuova fonte energetica che possa essere utilizzata per alimentare le automobili. Questa risorsa rende la vostra macchina assolutamente non inquinante e costa 1/10 della benzina. Bene, annunciate la vostra scoperta su internet e immediatamente si formerà un esercito di internauti pronti a parlare della vostra genialata e del fatto che la ricerca, insieme con qualche burocrate in giacca, cravatta e occhiali scuri, vi sta ostacolando. Scommetto che questa storiella ve ne ricorda tante altre sentite in questi anni. Dov’è il problema? Semplice, anche se il nostro carburante costa poco e non inquina, come si produce? Dove si estrae? Se per produrre questo carburante dovete utilizzare carbone, oli o elementi chimici che produrrebbero un effetto sull’atmosfera peggiore di quella dell’uso del petrolio, la vostra invenzione sarebbe ancora molto conveniente? Direi proprio di no.

Bene, questo è quello che vorrei far capire. Ogni qual volta si parla di qualcosa legato all’energia e all’inquinamento, dovete sempre mettere in conto tutti gli aspetti legati a quella determinata risorsa. Esempio pratico? I pannelli solari producono energia dalla fonte rinnovabile per eccellenza, il Sole. Nessuno però vi racconta mai dei costi di produzione dei pannelli o, soprattutto, di quelli di smaltimento dei pannelli ormai esausti. Tenendo conto di questi fattori, si deve ridimensionare molto il vantaggio ottenuto con l’uso di pannelli commerciali. Per carità, non voglio dire che questa soluzione debba essere scartata. Il mio pensiero vuole solo mostrare gli altri aspetti che spesso, soprattutto tra i sostenitori di una tecnologia, vengono completamente taciuti.

Perdonate questa mia lunga introduzione, ma quanto detto è, a mio avviso, importante per inquadrare al meglio la situazione.

Tornando ora al discorso idrogeno, come forse avrete letto, un team di ricercatori del CNR, per essere precisi della sezione di Firenze, ha trovato un nuovo processo di produzione dell’idrogeno che riesce a sfruttare i cosiddetti oli rinnovabili.

Perché è così interessante questa notizia? Alla luce di quanto detto sopra, ad oggi, esistono due modi principali di produzione dell’idrogeno, entrambi con criticità molto importanti. Il primo metodo di produzione consiste nell’estrazione dell’idrogeno dal metano. Per poter avviare il processo è però necessario ossigenare l’ambiente. In questo caso, la produzione di idrogeno è accompagnata da quella di anidride carbonica. Risultato? La produzione di CO2, come è noto, è da evitare per le conseguenze sull’ambiente. Vedete come le considerazioni iniziali ci consentono di fare ora un’analisi critica dell’intero processo?

Il secondo metodo possibile per la produzione dell’idrogeno è semplicemente basato sull’elettrolisi dell’acqua, cioè nella scomposizione di questa fonte nota e ampiamente disponibile in idrogeno e ossigeno. Quale sarebbe ora il rovescio della medaglia? Per fare l’elettrolisi dell’acqua occorre fornire molta energia, energia che deve ovviamente essere messa in conto quando si calcola il rendimento della risorsa. Esempio pratico, se per innescare l’elettrolisi utilizzate energia prodotta da fonti rinnovabili, questo contributo inquinante deve essere contabilizzato e l’idrogeno non è più così pulito. Oltre al problema del costo energetico di produzione, nel caso dell’elettrolisi si deve considerare anche il fattore sicurezza. Idrogeno e ossigeno vengono prodotti ad alte pressioni. Se, per puro caso, i due elementi vengono in contatto tra loro, si crea una miscela fortemente esplosiva.

Alla luce di quanto detto, credo che ora sia più chiaro a tutti il perché, escluso il discorso economico legato al petrolio, ancora oggi la futuribile economia dell’idrogeno ancora stenta a decollare.

Bene, quale sarebbe allora questo metodo made in Italy che i ricercatori del CNR hanno inventato? Come anticipato, questo sistema di produzione sfrutta gli alcoli rinnovabili. Credo che tutti abbiamo bene in mente cosa sia un alcol, perché però parliamo di rinnovabili? Detto molto semplicemente, si tratta degli alcoli, glicerolo, metanolo, ecc., prodotti dalle biomasse, quindi sfruttabili, rinnovabili e anche assolutamente diffuse.

Come funziona questo metodo?

Come noto alla chimica, rompere la molecola d’acqua in presenza di alcoli richiede molta meno energia rispetto a quella necessaria in presenza di sola acqua. Nessuno però, fino ad oggi, aveva pensato di sfruttare questa evidenza per la produzione di idrogeno. La vera innovazione di questo processo è nell’aggiunta di elettrodi nanostrutturati ricoperti di palladio che fungono da catalizzatori per il processo e raccolgono l’idrogeno prodotto nella reazione. A questo punto, immergendo gli elettrodi in una soluzione acquosa di alcoli è possibile rompere la molecola di acqua producendo idrogeno, evitando la formazione di ossigeno libero e, soprattutto, risparmiando il 60% dell’energia rispetto all’elettrolisi.

Come annunciato anche dagli stessi ricercatori, questo sistema potrà servire in un primo momento per la produzione di batterie portatili in grado di fornire energia in luoghi isolati e, a seguito di ulteriori ricerche e perfezionamenti, potrà essere sfruttato anche per la realizzazione di generatori da qualche KWh fino a potenze più alte.

Apro e chiudo parentesi, non per essere polemico ma per mostrare l’ambito nel quale molto spesso le ricerche si svolgono. Il gruppo di ricerca è riuscito a trovare i finanziamenti per i suoi studi perché al progetto hanno partecipato alcuni enti privati finanziatori, tra cui il credito cooperativo di Firenze.

Solo per concludere, e giusto per ricalcare nuovamente il fatto che la ricerca non si è dimenticata dell’idrogeno, anche a livello governativo, nelle direttive per l’obiettivo 2020 è stato imposto un target di 45KWh per la produzione di 1 Kg di idrogeno. Obiettivo considerato futuribile fino ad oggi ma che richiedeva ricerca aggiuntiva sui sistemi di produzione. Bene, il metodo inventato dal CNR richiede soltanto 18.5KWh per produrre 1 Kg di idrogeno. Direi che questo rende sicuramente il processo economicamente vantaggioso e apre finalmente le porte a un utilizzo, che sarà sempre e comunque graduale, di questa risorsa nella vita di tutti i giorni.

 

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

Europa: oceani, acqua e …. (forse) vita

10 Mag

Diverse volte abbiamo parlato di esplorazione spaziale e altrettante siamo poi finiti a discutere dell’esistenza o meno di forme di vita al di fuori del nostro pianeta. Come e’ noto, uno degli aspetti senza dubbio piu’ interessanti e sentiti, anche dai non addetti ai lavori, e’ la possibilita’ che la vita si sia sviluppata anche su altri pianeti.

Personalmente, come detto tante volte, non sono assolutamente chiuso all’idea che la vita si possa essere sviluppata da qualche altra parte ma ogni qual volta si affrontano discorsi di questo tipo, si deve sempre prestare la massima attenzione nel mantenere un approccio scientifico al problema, senza finire, come avviene molto spesso in rete, a discutere di improbabili quanto assurdi avvistamenti di dischi volanti o alieni fotografati in qualche bosco sperduto.

Di queste tematiche abbiamo parlato in diversi articoli. Dapprima sotto il profilo puramnete scientifico-biologico:

Il segnale WOW!

Messaggio alieno nelle aurore?

poi discutendo invece dove cercare questa vita, introducendo il discorso degli esopianeti e della loro scoperta al di fuori del nostro Sistema Solare:

A caccia di vita sugli Esopianeti

Nuovi esopianeti. Questa volta ci siamo?

Esopianeti che non dovrebbero esserci

Ancora sugli Esopianet

In particolare, tutto il discorso degli esopianeti riguarda principalmente l’identificazione di corpi orbitanti intorno a qualche stella e che si trovano in una zona potenzialmnete adatta allo sviluppo della vita. Come discusso varie volte negli articoli precedenti, la definizione di questi parametri impone una discussione di diversi fattori, non solo legati all’irraggiamento da parte della stella centrale e dunque della posizione orbitale del pianeta stesso.

Detto questo, questa volta vorrei parlare della ricerca di vita non al di fuori del nostro Sistema Solare, bensi’ al suo interno, molto piu’ vicino di quanto si possa pensare. Molti di voi, conosceranno sicuramente Europa, uno dei satelliti orbitanti intorno a Giove e che, da diverso tempo ormai, e’ visto come un possibile candidato ad ospitare forme di vita non sulla superficie, bensi’ al suo interno.

Visto da fuori, Europa si presente come un corpo estremamente inospitale:

Il satellite di Giove Europa

Il satellite di Giove Europa

La scoperta di Europa risale addirittura la 1610, quando Galileo riusci’ ad osservarlo, insieme ad altre lune di Giove, con l’ausilio del suo telescopio appena inventato. La superficie di Europa appare praticamente liscia e priva di criteri da impatto. Le osservazioni fatte a partire dal 1995 dalla sonda Galileo hanno evidenziato la presenza di una spessa crosta fatta di ghiaccio, molto simile al pack presente sui mari polari della Terra.

Come anticipato, in superficie, l’ambiente offerto da Europa non e’ assolutamente dei migliori. La temperatura superficiale si aggira intorno ai -150 gradi centigradi con un irragiamento da parte del Sole che e’ circa 1/25 di quello che arriva sulla Terra. Vicino ai poli geografici del satellite, la situazione e’ ancora peggiore con temperature che scendono fino a -230 gradi.

Perche’ su una luna di questo tipo ci potrebbe essere la vita?

Le osservazioni fatte nel corso degli anni dai vari satelliti che hanno sorvolato Europa hanno mostrato alcuni aspetti del pianeta che potrebbero essere compatibili con una struttura interna del tutto diversa da quella che vediamo dall’esterno. Il modellamento della superficie potrebbe infatti essere dovuto a moti mareali innescati dal vicino e massivo Giove su un enorme volume di acqua liquida, o ghiaccio conduttivo, contenuta all’interno di Europa. Questa immagine mostra molto bene le due ipotesi sulla struttura interna:

Possibili modelli per la struttura interna di Europa

Possibili modelli per la struttura interna di Europa

Oltre a queste considerazioni, le misure sul magnetismo del sistema Giove-Europa hanno evidenziato la presenza di un lieve campo magnetico sul satellite e di materiale conduttivo all’interno. Basta? Niente affatto, Europa presenta anche una lieve atmosfera propria con la presenza di ossigeno prodotto dalla dissociazione dell’acqua degli strati superficiali di ghiaccio. Poi? Nel 2013 il telescopio Hubble ha mostrato enormi geyser di vapore acqueo che fuoriescono dalle zone polari di Europa e che si elevano fino a 200 Km di altezza. Anche in questo caso, anche se da confermare ovviamente, il vapore acqueo potrebbe arrivare direttamente dall’interno del satellite spinto dall’attivita’ vulcanica, interna anche in questo caso.

Ragioniamo un attimo insieme: abbiamo una serie di evidenze che ci spingono a pensare che la superficie di Europa possa essere uno strato di ghiaccio contenente al suo interno un enorme oceano di acqua liquida. Alcune domande banali: quanto e’ spesso questo strato di ghiaccio? Come avrebbe fatto la vita a formarsi in un ambiente cosi’ ostile e, soprattutto, senza un sufficiente irraggiamento da parte del sole?

Domande ovviamente lecite e su cui e’ doveroso ragionare.

Per quanto riguarda lo spessore di ghiaccio, studiando la morfologia del pianeta, il suo moto e altri parametri chimico-fisici, si suppone che questo strato possa essere spesso circa 20 Km. Inoltre, le proprieta’ magnetiche di Europa potrebbero essere compatibili con un oceano di acqua addirittura salata, proprio come quella che riempie gli oceani della nostra Terra. Certo, uno spessore di 20 Km non e’ trascurabile e proprio questo aspetto rappresenta una delle difficolta’ principali per la probabile esplorazione e la ricerca di vita su Europa. Ma, come vedremo, le soluzioni tecnologiche potrebbe esserci.

L’altra domanda che ci siamo posti e’ invece legata alla possibilita’ che ci sia vita in questo immenso oceano sotterraneo. Per prima cosa, vi ricordo un argomento discusso qualche tempo fa su questo blog:

I misteri del lago Vostok

Lago Vostok, c’e’ vita?

Come ricorderete, anche nelle profondita’ di questo lago polare si ipotizza possa essere presente la vita, sviluppata in un ambiente apparentemente ostile e completamente isolato dalla superficie. Oltre a questo, nell’mmaginario comune, la moltitudine di forme di vita che si sviluppano nei nostri mari sono possibili grazie unicamente all’energia dei raggi solari che penetrano fino a profondita’ molto elevate. Se mettiamo un “tappo” di 20 Km su questo oceano e per di piu’ all’esterno abbiamo un irraggiamento proveniente dal sole gia’ notevolmente inferiore a causa della distanza Europa-Sole, come possiamo pensare che ci possano essere le condizioni per la vita?

Anche a questa domanda abbiamo una risposta che viene direttamente da quello che abbiamo potuto osservare sul nostro pianeta. Vi mostro una foto:

Fumarola Nera

Fumarola Nera

Di cosa si tratta? Quella che vedete e’ una cosiddetta “fumarola nera”, cioe’ un punto da cui fuoriescono gas provenienti dalle profondita’ della terra. Gas come idrogeno e acido solfidrico che, a causa della presenza di una forte attivita’ vulcanica su Europa, potrebbero essere presenti anche nell’oceano che vogliamo studiare. Di che tipo di forme di vita parliamo? Nel 1977, durante una missione esplorativa nelle Galapagos, venero scoperte colonie di vermi tubo, vongole, crostacei e mitili proprio intorno ad una fumarola nera in un punto in cui la luce del Sole non poteva assolutamente arrivare. Queste forme di vita, dunque non solo batteriche, si sviluppano grazie alla cosiddetta “chemiosintesi batterica”. In questo caso, al contrario della fotosintesi in cui si usa l’energia solare per ricavare energia, il processo sfrutta processi inorganici ad alta entalpia per formare sostanze organiche come, ad esempio, il glucosio. Detto questo, capite bene come la ricerca di vita su Europa potrebbe non essere assolutamente un azzardo, bensi’ una missione in grado di portare risultati.

Bene, a questo punto abbiamo capito dove poter cercare la vita, come potrebbe essersi sviluppata ma manca da capire se esistono i mezzi e la volonta’ per una missione di questo tipo. Senza tanti giri di parole, vi riporto un link sicuramente interessante il “President budget” per il Fiscal Year 2015:

President Budget, FY15

Per la prima volta, l’esplorazione su Europa e’ stata inserita nei finanziamenti della NASA per dare avvio a quella che viene chiamata missione Clipper.

Di cosa si tratta?

Come potete immaginare, il nome Clipper sta proprio per “taglia ghiaccio”. Scopo della missione e’ dapprima quello di effettuare 45 flyby intorno ad Europa partendo da un’altezza di 2700 Km per scendere fino a 25. Durante questi passaggi, grazie agli strumenti in dotazione, Clipper potra’ esaminare molti parametri chimico fisici sia dell’atmosfera che delle emissioni gassose intorno ai poli della luna. Inoltre, potranno essere scattate foto della superficie per una ricostruzione precisa di tutto il corpo. Nella seconda fase invece, la missione avra’ il compito di atterrare sul satellite e raccogliere campioni del terreno in superficie, e a profondita’ diverse comprese tra i 2 e i 10 cm. Perche’ questa raccolta? Semplice, l’analisi di questi campioni potra’ confermare o meno la presenza di salinita’, di materiale organico e di ogni altro parametro interessante per farci comprendere la presenza di o meno di vita all’interno di Europa.

La missione Clipper, gia’ in fase di studio da qualche anno e che, se tutto va nel verso giusto, dovrebbe essere lanciata nel 2025, rappresenta senza dubbio un primo passo per uno studio dettagiato di Europa. Ovviamente, come e’ facile immaginare, in questo caso, ancora piu’ che in altri, sara’ fondamentale garantire una sterilizzazione perfetta di tutti gli strumenti al fine di non “inquinare” i campioni con eventuali forme di vita terrestri.

Oltre alla NASA, molti altri paesi ed agenzie stanno pensando a missioni specifiche su Europa e su altre lune di Giove. L’ESA, ad esempio, sta preparando la missione JUICE per lo studio delle atmosfere di alcuni satelliti gioviani, tra cui ovviamente Europa. Se i risultati di queste missioni confermeranno, o almeno saranno compatibili, con l’ipotesi di vita, si passera’ ad una fase due con l’intenzione proprio di perforare lo strato di ghiaccio ed esplorare l’oceano sottostante. Per darvi un’idea, gia’ molti pensano a come realizzare queste missioni utilizzando trivelle alimentate da combustibile nucleare in grado di fornire l’acqua calda per forare l’enorme strato di ghiaccio. Oltre a questo, saranno sicuramente presenti non piu’ rover, ma mini sommergibili automatizzati per l’esplorazione dell’oceano e la ricerca di forme di vita.

Come vedete, Europa rappresenta sicuramente un futuro molto prossimo dell’esplorazione spaziale. Da qui a qualche anno potremmo finalmente capire se questo satellite possa essere un ambiente ospitale per la vita o se dovremmo limitarci a cercare al di fuori del nostro Sistema Solare.

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

Buon appetito Sagitarius A*

5 Mag

Un nostro caro lettore, nella sezione:

Hai domande o dubbi?

ci ha segnalato delle pagine davvero molto interessanti, dal nostro punto di vista, riguardanti un evento cosmico molto affascinante che sta iniziando proprio in questi mesi e durera’ per almeno una decina di anni.

Di cosa si tratta?

Molto probabilmente, se siete appassionati di astronomia e eventi cosmici, avrete sentito parlare di G2, una nube di gas che si sta avvicinando verso il centro della nostra galassia. Cosa c’e’ di speciale in questo movimento? In alcuni articoli abbiamo gia’ parlato del centro della Galassia e soprattutto di Sagitarius A*, il buco nero super massivo che si trova in questo punto:

Nube assassina dallo spazio

Meteorite anche a Cuba e dark rift

Nuova sconvolgente Teoria

Come visto, non c’e’ assolutamente nulla di anormale nella presenza di questo buco nella nostra galassia anzi, per dirla tutta, si pensa che oggetti di questo tipo siano presenti nel centro di molte galassie.

Ora, cosa sarebbe G2? Anche in questo caso, dietro questo nome misterioso, non c’e’ nulla di sorprendente. Si tratta di una nube di gas con una massa circa 3 volte quella della Terra che pero’ si trova molto vicina a Sagitarius. Come e’ ormai noto, parlando cosmologicamente di “molto vicino”, intendiamo comunque dimensioni molto elevate. Nel caso di G2, la sua orbita prevede un passaggio ravvicinato con una minima distanza dal buco nero di circa 260 unita’ astronomiche. Come visto in questo articolo:

I buchi neri che … evaporano

questa distanza corrisponde pero’ a circa 3000 volte il raggio dell’orizzonte degli eventi del buco nero. Come potete facilmente immaginare, ad una distanza cosi’ “piccola”, la nube sara’ attratta dalla gravita’ del buco nero per cui gli effetti di questa forza saranno molto intensi per il gas.

G2 e’ stata scoperta nel 2002, ma solo nel 2012 si e’ iniziato a studiarla in dettaglio proprio quando si e’ ricostruita con maggiore precisione la sua orbita. Il passaggio ravvicinato con Sagitarius A*, rappresenta un evento cosmico molto importante dal punto di vista dell’astrofisica. Durante questo incontro, sara’ infatti possibile studiare in dettaglio diverse caratteristiche dei buchi neri, ancora poco noti, come, ad esempio, il processo di accrescimento, la gravita’, l’orizzonte degli eventi, ecc..

Perche’ questo evento viene richiamato da alcuni siti catastrofisti? La motivazione e’ sempre, purtroppo, la stessa: speculare su eventi assolutamente non pericolosi pur di aumentare le visite ai propri siti. Come visto negli articoli precedenti, la Terra si trova a circa 26000 anni luce dal centro della Galassia. Questo significa che, anche volendo, qualunque cosa, radiazione o materia, sparata da Sagitarius A verso la Terra impieghera’ al minimo 26000 anni per raggiungerci. Detto questo, non credo sia il caso di preoccuparci ne’ di questo incontro, ne’ di qualunque altro evento cosmico che possa interessare il centro della nostra galassia.

Oltre a questa speculazione “scontata”, come sottolineato nel commento iniziale da cui siamo partiti, ci sono alcuni siti, apparentemente camuffati da siti scientifici, che propongono teorie “alternative” per G2 e per il suo passaggio ravvicinato. La prima ipotesi che salta agli occhi e’ che si vorrebbe far credere che G2 non sia in realta’ una nube di gas ma una stella. E’ possibile questo? In realta’ si, ma questa ipotesi, prima che su questi siti, e’ stata discussa a livello scientifico. Esistono infatti diverse ipotesi sull’origine e sulla struttura di G2. Come detto all’inizio, si pensa con maggiore probabilita’ che questa sia una nube di gas. Da dove proviene? Ipotesi possibili potrebbero essere che si tratti di una nube di gas cosmico isolata oppure che si tratti dell’atmosfera di una qualche stella strappata da eventi cosmici. Un’idea alternativa prevede invece, da studi sull’orbita, che non si tratti esclusivamente di gas, ma che, all’interno della nube osservata, ci sia un corpo massivo come una stella nelle fasi finali della propria esistenza. Altre ipotesi alternative prevedono che G2 sia un proto-pianeta, cioe’ quello che rappresentava un disco di accrescimento di un corpo massivo che pero’ non e’ riuscito a formarsi a causa della temperatura troppo alta dei gas. Tutte ipotesi possibili scientifiche e su cui ancora oggi si dibatte.

Dal punto di vista del passaggio ravvicinato, cosa comporterebbe una struttura diversa di G2?

Ovviamente, la reale natura della nube, continuiamo a chiamarla cosi’, determinera’ uno “spettacolo” diverso durante il passaggio. Per essere precisi, e per smentire alcuni siti e giornali che hanno usato titoli pomposi, questo passaggio non rappresentera’ un lauto pasto per Sagitarius A*, ma piu’ che altro uno spuntino. La minima distanza di passaggio sara’ tale da far avvertire l’attrazione gravitazionale da parte del buco nero ma, molto probabilmente, G2 sopravvivera’ all’incontro perche’ troppo distante dall’orizzonte degli eventi.

Diverse simulazioni condotte in questi mesi hanno mostrato scenari possibili in cui G2 sopravvivera’ anche se la sua orbita e la sua struttura saranno fortemente modificati. In particolare, dopo l’incontro, la nube di gas potrebbe essere talmente diffusa da non apparire piu’ come compatta. Inoltre, se G2 fosse composta solo ed esclusivamente di gas, durante l’assorbimento da parte di Sagitarius A*, verranno emessi brillamenti di radiazione soprattutto nei raggi X. Al contrario, se all’interno fosse presente un corpo massivo, questo effetto sarebbe notevolmente ridimensionato. Come potete capire molto bene, dall’emissione di radiazione nel passaggio, sara’ dunque possibile capire anche la struttura intima di G2.

Vi mostro anche una simulazione di uno degli scenari possibili dell’attrazione di G2 da parte del buco nero:

Simulazione dell'attrazione di G2 da parte di Sagitarius A*

Simulazione dell’attrazione di G2 da parte di Sagitarius A*

Come vedete, l’orbita seguita dalla nube viene deviata verso la parte centrale a causa dell’attrazione gravitazionale esercitata da Sagitarius A*.

Concludendo, a partire dal 2013 e’ iniziato il passaggio ravvicinato di una nube di gas, G2, in prossimita’ del buco nero che occupa il centro della nostra galassia, Sagitarius A*. Questo evento cosmico durera’ uan decina di anni che rappresentano comunque un intervallo molto breve sulle scale del nostro universo. A parte le speculazioni sempre presenti per eventi di questo tipo, si tratta di un evento assolutamente non pericoloso, ma estremamente affascinante dal punto di vista scientifico. Come visto nell’articolo, osservando questo passaggio, sara’ possibile ottenere informazioni molto importanti sulla nube di gas, sulla sua struttura interna ma, soprattutto, sara’ possibile carpire informazioni molto importanti per comprendere meglio i buchi neri e i processi che ne regolano il loro accrescimento.

 

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

Quante miglia con un litro di acqua di mare?

15 Apr

Diversi lettori mi hanno contatto privatamente per chiedere info riguardo una notizia che sicuramente avrete letto e che e’ stata rimbalzata su praticamente tutti i giornali nazionali. Come avrete capito dal titolo di questo post, mi riferisco alla notizia di qualche giorno fa in cui la Marina Americana, o meglio il centro ricerche di questo corpo militare, ha annunciato al mondo di essere riuscito a produrre carburante a base di idrocarburi partendo dall’acqua di mare.

Se provate a documentarvi in rete, e vi chiedo di farlo, troverete, come sempre e come cattiva abitudine, 2 o 3 testi differenti ricopiati spudoratamente su tutti i giornali, siti e blog della rete.

Perche’ mi preoccupo di questo? Semplice, non nel caso specifico ma come visto per altre notizie, se la fonte primaria presenta un errore, un dettaglio sbagliato e non spiega alcuni passaggi importanti, tutti gli altri gli vanno dietro dimostrando ancora una volta l’effetto gregge!

Detto questo, come richiesto, torniamo a pensare alla famosa notizia in questione. Leggendo la notizia trovate scritto che, come anticipato, i ricercatori al servizio della Marina avrebbero prodotto combustibile partendo solo ed esclusivamnete dall’acqua di mare. Questo combustibile puo’ gia’ essere utilizzato per alimentare navi da guerra e caccia militari. La dimostrazione? Semplice, come testimonia il vidoe che trovate praticamente ovunque, il combustibile e’ stato usato per far voare un modello di Mustang P-51, tipo di aereo utilizzato durante la seconda guerra mondiale. Secondo i ricercatori coinvolti, la produzione di combustibile dall’acqua di mare e’ gia’ realta’, ma saranno necessari altri 10 anni prima che questa tecnologia venga utilizzata per il rifornimento.

Vantaggi?

Evidenti, ma e’ meglio elencarli di nuovo: le navi potranno percorrere tratti piu’ lunghi in mare aperto senza dover attraccare nei porti per il rifornimento, adottare questa alimentazione eliminerebbe i rischi tecnici e ambientali che un rifornimento in mare aperto prevede ma, soprattutto, usate acqua per produrre combustibile!

Vi rendete conto?

Acqua di mare, tanta, pulita, semplice e assolutamente rinnovabile per produrre combustibile. Altro che re Mida che trasformava in oro quello che toccava o la pietra filosofale degli alchimisti, acqua salata in combustibile. Vi rendete conto di questo? Sono decenni che parliamo di green economy, energie rinnovabili, ambiente, ecc e ora si puo’ produrre combustibile dall’acqua di mare. Commento molto frequente sulla rete su questa notizia: a questo punto potremmo finalmente rottamare quelle pericolose navi nucleari che solcano i nostri mari e che sono delle vere e proprie bombe atomiche galleggianti.

Perche’ aspettare 10 anni per questa rivoluzione, investiamo tutto in questa ricerca e portiamola a conclusione. Facciamo in modo che questa soluzione possa essere commerciale subito, magari anche per altri mezzi di trasporto.

Vi sto insospettendo con questo mix di entusiasmo in forma grottesca? Forse, ed in questo caso l’espressione e’ proprio azzeccata, non e’ tutto oro quello che luccica.

Prima cosa, che molti giornali dimenticano di dire perche’ troppo affannati a fare copia/incolla e gridare al miracolo: come si trasforma l’acqua di mare in combustibile?

Senza spiegare in dettaglio la chimica delle varie reazioni, il processo puo’ essere cosi’ descritto: si sfrutta ovviamente l’acqua ma anche l’anidride carbonica normalmente sciolta nell’acqua di mare. In che modo? Anidride carbonica e idrogeno vengono separati facendoli passare attraverso una cella elettrificata. In questa fase, nell’anodo e nel catodo si accumulano rispettivamente ioni idrogeno e gas idrogeno e anidride carbonica. Successivamente i prodotti vengono fatti passare attraverso una camera riscaldata in cui viene posto un catalizzatore ferroso. Compito di quest’ultimo e’ favorire la produzione di idrocarburi con 8-9 atomi di carbonio che vengono poi raccolti da un catalizzatore al nichel. Risultato, una miscela di idrocarburi utilizzabile come combustibile per la vostra nave.

Quale sarebbe il problema di questo processo? Voi mettete l’acqua e ottenete idrocarburi. Rileggete quanto scritto in precedenza, anidride carbonica e idrogeno vengono “separati” utilizzando una cella “elettrificata”. Inoltre, i prodotti vengono fatti passare attraverso una camera “riscaldata” con un catalizzatore.

Vi dicono niente le parole “elettrificata” e “riscaldata”? Come si elettrifica o si riscalda qualcosa? Semplice, dovete dargli energia.

Cosa significa questo?

Come potete facilmente immaginare, il processo non e’ assolutamente gratuito o cosi’ miracoloso come i giornali vorrebbero farvi credere. Attenzione, non sto facendo il bastian contrario per partito preso, sto solo cercando di mostrare, appunto, che non e’ tutto oro quello che luccica.

Nessun giornale che propone la notizia parla di “rendimento” di questo processo. Purtroppo, allo stato attuale delle cose, l’efficienza della reazione, ottenuta confrontando prima di tutto l’energia contenuta in un litro di carburante con l’energia spesa per produrre quel litro ma anche il rendimento della produzione di quella stessa energia elettrica, non e’ assolutamente elevata. Anzi, per dirla tutta, questo processo e’, allo stato attuale, energeticamente sfavorevole.

Ora, dire “energeticamente sfavorevole” non significa buttare via tutto. La notizia riportata mostra un ottimo punto “di ricerca” raggiunto in questo ambito ma ci vorranno ancora molti anni per arrivare a qualcosa di realmente utilizzabile. Mia opinione personale e’ che i 10 anni di cui si parla siano assolutamente una sottostima dei tempi necessari.

Perche’ dico questo?

Come detto all’inizio, la notizia e’ di questi giorni. Cercando in rete, si trova pero’ un documento, sempre della Marina americana, datato 2010, in cui si fa il punto proprio su questa ipotetica tecnologia:

Documento 2010, combustibile da acqua salata

Leggendo quanto riportato, si parla di un’energia richiesta per la produzione del carburante, in particolare della prima elettrolisi nella cella elettrificata, doppia rispetto a quella realmente ottenibile dal carburante prodotto. Ora, nel gito di 4 anni, le cose sono sensibilmente migliorate, ma siamo ancora abbastanza lontani da poter definire questa tecnologia matura per essere commercializzata.

Altra osservazione importante. Per la prima elettrolisi serve energia. Tralasciando il rapporto tra quella spesa e quella prodotta, se siamo in mezzo al mare, dove prendiamo questa energia? Semplice, la produciamo con sistemi nucleari! Capito bene? Con sistemi nucleari che producono energia elettrica per la nave. Non fraintendete, personalmente non mi sto affatto sconvolgendo, trovo semplicemente grottesco che tanti annuncino entusiasti questa notizia parlando di sostituzione del nucleare sulle navi, non sapendo che per far andare questa tecnologia la stessa marina militare avrebbe pensato di utilizzare energia prodotta da fissione nucleare.

Se e’ tutto vero quello che scrivo, perche’ non commento il video dell’aereo che vola con questo carburante? Ho scritto da qualche parte che la notizia e’ una bufala al 100%? Non mi sembra, uno dei prodotti finale delle reazioni e’ proprio una sorta di combustibile utilizzabile. Notate pero’ una cosa, quello che vi mostrano e’ un modellino molto in miniatura di un aereo militare. Per far volare questo oggetto servono pochi ml di combustibile, quantita’ infinitamente minore di quella che servirebbe anche solo per far partire una nave da guerra.

Conclusione, la notizia riguardante questa scoperta e’ stata ridicolizzata a causa del sensazionalismo imperante ormai su tutti i giornali. La ricerca e’ assolutamente interessante e degna di osservazione. Quanto proposto e’ da intendersi come un “work in progress” e cosi’ sara’ ancora per molto tempo. Qualora si riuscisse ad ottimizzare l’intero processo e a migliorarne il rendimento, sicuramente questa soluzione potrebbe apportare notevoli miglioramenti non solo in termini navali ma, soprattutto, in termini ambientali. Non ci resta che continuare a monitorare questo settore e vedere se ci saranno novita’ nei prossimi anni.

 

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

Un nuovo segnale WOW!

18 Mar

Spulciando, come mia abitudine, la rete in cerca di novita’, tendenze e, purtroppo in molti casi, nuove bufale, mi sono imbattuto in un articolo che ha suscitato il mio interesse. Come forse avrete letto, sembrerebbe che in questi giorni il SETI abbia annunciato la visione di quello che molti, senza mezzi termini, definiscono il segnale WOW! del XXI secolo.

Prima di affrontare la notizia, facciamo un po’ di ripasso dal momento che questi sono argomenti che abbiamo gia’ visto su questo blog. Per prima cosa, il SETI e’ il programma per la ricerca dei segnali alieni provenienti dallo spazio. Anche se su questo si potrebbe discutere a lungo, si tratta di un programma scientifico reale per la ricerca di segnali non convenzionali, cioe’ non prodotti naturalmente, che arrivano sulla Terra da qualche zona dell’universo. Come sapete, l’aggettivo “scientifico” in questo caso non e’ sempre accettato, non per l’assurdita’ della ricerca in se, ma semplicemente perche’ una ricerca del genere e’ soggetta a forti limitazioni, prima tra tutte le possibile non ripetibilita’ di un segnale captato dallo spazio. Nonostante questo, nel bene o nel male, il programma SETI va avanti da decenni cercando, anno dopo anno, di migliorarsi raffinando i criteri di ricerca ed includendo sempre piu’ punti di ascolto mediante radiotelescopi.

Cosa ha trovato fino ad oggi il programma SETI?

Come visto in questo articolo:

Il segnale WOW!

nel 1977 e’ stato captato un segnale molto particolare e che e’ stato appunto chiamato WOW! per via della nota lasciata a fianco al listato proprio ad indicare la stranezza di quanto osservato. Questo segnale fu intercettato dal telescopio Big Ear, come gia’ raccontato nell’articolo, ed aveva tutte le caratteristiche di un segnale proveniente dallo spazio e non prodotto da qualcosa di naturale. Ancora oggi, non si e’ trovata una spiegazione “naturale” al segnale.

Personalmente, come scritto anche in precedenza, trovo assurdo che molti preferiscano parlare di ipotetici avvistamenti senza una minima validita’ oggettiva mentre la storia del segnale WOW! e’ molto spesso dimenticata e non ricordata a sufficienza.

Detto questo, come anticipato, in questi giorni stano uscendo diversi articoli in rete che parlano di una nuova evidenza di segnale compatibile con intelligenza aliena. Per prima cosa, se provata a fare una ricerca in rete, potrete rimanere davvero molto delusi. Le informazioni che potete reperire sono frammentarie e solo frutto di un selvaggio copia/incolla da una singola fonte. Cosa significa questo? Semplice, come al solito, l’effetto gregge e’ stato dominante. Qualcuno scrive qualcosa in rete, giusto o sbagliato poco importa, e tutti dietro a copiare a pappardella senza una minima considerazione o, ancora peggio, senza verificare che quanto scritto corrisponda veramente a realta’.

Per non cadere nello stesso errore, cerchiamo di analizzare la notizia sotto un altro punto di vista, facendo riferimento soprattutto alla nota emanata proprio dal SETI in cui ci sarebbe l’evidenza di questo nuovo segnale.

Per prima cosa, trovate l’articolo in questione a questo link:

Articolo SETI, 2014

A pag. 12 c’e’ questo fantomatico nuovo segnale WOW!, che vi riporto per completezza:

Segnale captato dal SETI nel 2010

Segnale captato dal SETI nel 2010

Bene, anche per uno che di segnali non capisce nulla, si vede chiaramente un picco altissimo che si alza su un fondo piu’ o meno piatto. Questo segnale sarebbe quello di cui stiamo parlando e dovrebbe provenire da qualche parte in prossimita’ dalla stella TYC 1220-91-1 che si trova a circa 100 anni luce dalla Terra. 

Fin qui tutto chiaro. Ora, prima di andare avanti, leggiamo le informazioni che tanti hanno scopiazzato e pubblicato in rete. Come ricordato varie volte, il segnale proviene da una stella potenzialmente abitabile e questo particolare sarebbe ripetuto piu’ volte nell’articolo del SETI. Inoltre, questo segnale e’ stato captato nel 2010 ma reso noto soltanto oggi perche’ per molto tempo hanno provato a nasconderlo o hanno cercato una soluzione razionale per giustificarlo. Non avendo trovato nulla, hanno deciso di rendere nota questa evidenza. Sempre nell’articolo della rete, trovate scritto che in diversi punti il SETI parli di intelligenza aliena senza pero’ mai menzionare direttamente l’esistenza degli extraterrestri. Questa e’ solo una chiara evidenza della scoperta che pero’ deve essere somministrata un poco alla volta alla popolazione ancora non pronta a notizie del genere.

Ma siamo sicuri di questo?

Capisco che l’articolo del SETI, linkato in precedenza, e’ lungo piu’ di 30 pagine, pero’ forse si dovrebbe leggere meglio prima di fare affermazioni di questo tipo.

Prima cosa, il titolo e’ “A new Class of SETI Beacons that contain information”, cioe’ una nuova classe di radiofari che contengono informazioni. Perche’ questo titolo? Semplice, l’articolo in questione, ripeto scritto da astronomi facenti parte del programma SETI, vuole evidenziare come la ricerca condotta fino ad oggi possa contenere molti falsi segnali ed in particolare come la non ripetibilita’ di alcune evidenze possa influenzare notevolmente la comprensione dei dati. Nell’articolo in questione, gli autori spiegano come potrebbe essere possibile inserire molte informazioni in un segnale proveniente dallo spazio ed inviato per lo stesso motivo per cui noi abbiamo il SETI, mettersi in contatto con altre civilta’ dell’universo.

In questo articolo, in cui compare molta matematica e ovviamente teoremi fondamentali utilizzati per lo studio dei segnali, si cerca di mostrare prima di tutto la criticita’ della ricerca tradizionale e poi quante risorse, soprattutto computazionali, sarebbero necessarie per effetturare una ricerca piu’ mirata su segnali come quelli indicati nell’articolo stesso.

In questo contesto, quanto riportato a pag.12 dell’articolo assume tutto un altro significato. Come potete vedere, siamo nella sezione 2.5 che si chiama “persistenza”. Qui, come potete verificare, si discute proprio la mancanza di persistenza che un segnale potrebbe avere e che, a causa di questo problema, non potrebbe essere identificato con precisione, se non molto intenso o molto vicino alla Terra. Come anticipato, nelle varie sezioni del paragrafo 2 che stiamo analizzando, si discutono proprio le molteplici criticita’ della ricerca classica del SETI per poi arrivare nei paragrafi successivi a confrontarle con la nuova ricerca proposta.

Bene, mancanza di persistenza significa difficolta’ di identificazione della provenienza di un segnale. Andando avanti leggete poi:

Interesting signals without persistence are observed thousands of times each day at the SETI Institute

Capito? Segnali provenienti dallo spazio senza persistenza sono osservati migliaia di volte dal SETI. Subito dopo questa importante frase, non dopo pagine o righe, ma subito dopo, c’e’ scritto:

Figure 4 for example shows a result obtained in a narrowband SETI search near the PiHI frequency (the number π times the HI observing line of 1420.4 MHz).

La figura 4, come potete indovinare e verificare, e’ propria quella del segnale. Dunque? Questo segnale viene preso come un esempio, tra migliaia, di quei segnali senza persistenza di cui non possiamo essere certi e, come riportato nella frase precedente, non possiamo determinare con esattezza la provenienza. Infatti, proprio poche righe sotto, dopo una discussione sulla frequenza del segnale che comunque e’ interessante e tra quelle in cui sia pensa potrebbero arrivare segnali extraterrestri, trovate scritto:

This pulse has interesting features: It is observed at a magic frequency in the direction of a nearby and potentially habitable star. Yet we cannot be sure this signal was created intentionally or unintentionally by some transmitter on Earth.

Dunque, il segnale potrebbe provenire dalla direzione in cui si trova una stella che potrebbe avere un sistema stellare con pianeti in zona abitabile, OK. Subito dopo pero’, “non possiamo essere sicuri che questo segnale sia state creato intenzionalmente o meno da qualche trasmettitore sulla Terra”.

Trovate assurda questa frase? Assolutamente no. Si tratta di una considerazione appositamente fatta per mostrare la criticita’ della ricerca condotta con i metodi classici. Tra l’altro, e giusto per inciso, questa pagina e’ l’unica in cui viene discusso questo segnale e la frase riportata e’ l’unica in cui si parla di stella abitabile come probabile direzione. Non e’ assolutamente vero che in questo articolo si voglia assolutamente dire e non dire, ma far capire, che si tratta di un segnale con molta probabilita’ proveniente da civilta’ extraterrestri.

Concludendo, niente di interessante e assolutamente non un nuovo segnale WOW! sul quale arrovellarci per trovare una spiegazione.

 

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

Fusione, ci siamo quasi?

17 Feb

La chimera della produzione di energia attraverso processi nucleari e’ senza ombra di dubbio la fusione. Come sappiamo, detto in modo improprio, possiamo pensare a questo processo come qualcosa di inverso alla Fissione. Se in quest’ultimo caso, un nucleo atomico viene spezzato in due nuclei piu’ piccoli liberando energia, nella fusione abbiamo due elementi piu’ leggeri che vengono uniti in uno piu’ grande. Anche in questo caso, nel processo c’e’ un eccesso di energia che viene liberato verso l’esterno. Non si tratta di magia ma del bilancio energetico delle reazioni, facilmente calcolabile utilizzando i principi base della fisica nucleare.

Per la fissione, il processo e’ relativamente semplice ed in grado di autosostenersi. Quest’ultimo aspetto e’ fondamentale quando si considerano processi di questo tipo. Detto in altri termini, basta dare il “la” alla reazione per avere qualcosa in grado di autosostenersi autonomamente e continuare cosi’ a produrre energia. Come noto, siamo in grado di utilizzare questo processo molto bene sia con reazioni controllate nei reattori a fissione sia in modo non controllato attraverso la bomba atomica.

E per la fusione?

Qui il discorso e’ diverso. A partire dagli anni ’50, abbiamo iniziato a studiare queste reazioni per cercare di ottenere un bilancio positivo. Cosa significa? Prendete due nuclei leggeri. Per far avvenire la fusione dovete avvicinarli tra loro fino a formare qualcosa di piu’ grande. Semplice ma non scontato. Prendiamo il discorso in modo improprio ma comprensibile. Nei nuclei avete protoni e neutroni. Come ci hanno insegnato a scuola, se proviamo ad avvicinare cariche di uguale segno queste si respingono attraverso la forza coulombiana. Ma allora, perche’ nel nucleo i protoni sono fermi e tutti vicini tra loro? Avvicinando due particelle come i protoni, inizialmente avete la repulsione coulombiana dovuta alle cariche elettriche che tende ad allontanarle. Se resistete opponendovi a questa forza, vi accorgete che sotto una certa distanza interviene un’altra forza, questa volta attrattiva e molto piu’ intesa di quella dovuta alle cariche elettriche, la forza nucleare forte. Si tratta solo di un’altra interazione che pero’ agisce a distanze molto corte tra i nucleoni. La presenza dei neutroni nel nucleo serve proprio a tenere unito il nucleo stesso. Poiche’ i neutroni non hanno carica elettrica, non subiscono repulsione coulombiana mentre esercitano e subiscono l’interazione forte. Detto in altri termini, i neutroni fanno da collante per far si che la forza forte, attrattiva, vinca su quella coulombiana, repulsiva.

Bene, lo scopo del gioco della fusione e’ proprio questo. In qualche modo dobbiamo avvicinare i nuclei spingendoli fino a che la forza forte non diventi piu’ intensa di quella coulombiana. Sotto questo limite, ci sara’ un’attrazione spontanea che portera’ alla formazione di un nucleo piu’ pensate, rilasciando energia.

Qual e’ il limite nella produzione di energia da fusione? Ovviamente, dovete fare in modo che l’energia spesa per avvicinare i nuclei sia minore di quella che viene ceduta dopo la fusione. Questo e’ il famoso bilancio positivo di cui tanti parlano ma, lasciatemi dire, in pochi hanno veramente capito.

Di questi processi abbiamo parlato in diversi articoli mostrando le diverse tecniche che si stanno sperimentando nel mondo:

Sole: quanta confusione!

La stella in laboratorio

Studiare le stelle da casa!

Contrapposti a questi, ci sono poi i diversi esperimenti per creare quella che viene definita “fusione fredda” e su cui tanta speculazione e’ stata fatta negli ultimi anni:

E-cat meraviglia o grande bufala?

Ancora sulla fusione fredda

Come detto e ripetuto piu’ volte, dobbiamo essere aperti di mente nei confronti di questi processi che pongono le loro radici in metodi scientifici conosciuti. Quello che pero’ manca, e’ una dimostrazione oggettiva che questi apparecchi, esempio su tutti l’E-Cat, siano veramente in grado di produrre energia in quantita’ maggiore di quella data in ingresso.

Perche’ torno nuovamente su questi argomenti?

Come forse avrete letto, solo pochi giorni fa e’ stato fatto un nuovo anuncio riguardante la ricerca sulla fusione nucleare. In un articolo pubblicato sulla rivista Nature, il NIF, National Ignition Facility, della California ha annunciato di aver ottenuto un bilancio positivo della reazione di fusione di isotopi di idrogeno in elio.

Del NIF abbiamo gia’ parlato nei precedenti articoli riportati sopra. Come sappiamo, in questo caso si utilizzano quasi 200 fasci laser per comprimere, mediante oro, atomi e isotopi di idrogeno, deuterio e trizio, per formare elio. Nel processo viene rilasciata l’energia della fusione.

Come capite bene, in questo caso il bilancio positivo si ha se l’energia rilasciata e’ maggiore di quella necessaria per far sparare nello stesso istante tutti i laser.

Nei primi anni di vita, il NIF ha rappresentato una grande speranza per la ricerca della fusione, attirando grandi finanziamenti. Finanziamenti che poi sono diminuiti quando i risultati ottenuti erano notevolmente inferiori alle aspettative.

Oggi, il NIF e’ riuscito ad ottenere per la prima volta un bilancio positivo, anche se solo minore dell’1%, rispetto all’energia richiesta per far andare i laser. Se proprio vogliamo dirla tutta, non siamo ancora contenti di questo risultato e saranno necessari tantissimi altri studi prima di poter gridare vittoria e prima di poter vedere la fusione utilizzata per la produzione di energia.

Come detto nell’introduzione, lo scopo di questo gioco e’ quello di tenere in qualche modo gli atomi fermi mentre li comprimiamo fino alla fusione. Nel NIF questo confinamento avviene sfruttando l’inerzia dei nuclei stessi e proprio per questo motivo si parla di “confinamento inerziale”. Diversamente, ad esempio per ITER, si cerchera’ di utilizzare forti campi magnetici per tenere i nuclei uniti, parlando di “confinamento magnetico”. La trattazione di questo aspetto non e’ affatto banale e rappresenta, a questo livello, un contributo assolutamente non trascurabile nel bilancio energetico finale della reazione.

Perche’ dico questo?

I risultati ottenuti dal NIF sono assolutamente ragguardevoli e sono un ordine di grandezza maggiore rispetto ai migliori risultati precedenti. Il bilancio positivo dell’1% non tiene pero’ conto dell’energia spesa per il confinamento. Questo per far capire quanto lavoro e’ ancora necessario.

La comunita’ scientifica della fusione, pone tutte le sue speranze, nel progetto internazionale ITER. Come sapete bene, in questo caso si parla di un vero e proprio reattore prototipale per la produzione di energia per fusione. Anche in questo caso, ci saranno diverse sfide tecnologiche da vincere ma la strada segnata dai successi degli ultimi anni non puo’ che farci ben sperare.

 

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Fascio di anti-idrogeno? FATTO!

22 Gen

Uno degli aspetti della fisica che suscita maggior interesse nei non addetti ai lavori e’ senza dubbio il concetto di antimateria. Molto probabilmente, il motivo di questo interesse e’ da ricercarsi nelle tante storie fantascientifiche che sono state ispirate dall’esistenza di un qualcosa molto simile alla materia, se non fosse per la carica delle particelle che la compongono, che era presente prima del Big Bang ma che ora sembra totalmente scomparsa. Inoltre, come tutti sanno, se materia e antimateria vengono messe vicine tra loro si ha il fenomeno dell’annichilazione, qualcosa di assolutamente esotico nella mente dei non addetti ai lavori e che ha offerto trame sensazionali per tanti film e serie TV.

Come detto tante volte, dobbiamo fare una distinzione precisa tra quelle che chiamiamo antiparticelle e quella che invece viene intesa come antimateria. Cosi’ come avviene per la materia ordinaria, composta di particelle che, in questo schema, possiamo pensare come elettroni, protoni e neutroni, l’antimateria e’ a sua volta composta da anti-particelle. Spesso si tende a confondere questi due concetti, facendo, come si suole dire, di tutta l’erba un fascio.

Produrre anti-particelle e’ semplice e siamo in grado di farlo gia’ da diversi anni. Per darvi un esempio, molti collisori utilizzati per la ricerca nella fisica delle alte energie fanno scontrare fasci di particelle con antiparticelle. In questo contesto, molto usati sono i positroni, cioe’ gli anti-elettroni, e gli anti-protoni.

Completamente diverso e’ invece il caso dell’antimateria.

Per formare anti-atomi e’ necessario assemblare insieme le anti-particelle per comporre qualcosa simile nella struttura alla materia, ma composto a partire da mattoncini di anti-particelle.

Di questi concetti abbiamo gia’ parlato in articoli precedenti che trovate a questi link:

Troppa antimateria nello spazio

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

Come anticipato, prima del Big Bang, erano presenti in eguale quantita’ materia e anti-materia. Ad un certo punto pero’, l’anti-materia e’ scomparsa lasciando il posto solo alla materia che ha poi formato l’universo che vediamo oggi. Anche se questo meccanismo e’ in linea di principio ipotizzato dalla fisica, ci sono ancora punti da chiarire in quella che viene chiamata “asimmetria materia-antimateria”. Anche di questo abbiamo gia’ parlato in questi articoli:

E parliamo di questo Big Bang

Ancora sullo squilibrio tra materia e antimateria

Se, da un lato, produrre antiparticelle e’ semplice, metterle insieme per formare antiatomi non e’ assolutamente banale.

Nel 2011 al CERN di Ginevra era stato annunciato per la prima volta un risultato molto importante: atomi di anti-idrogeno erano stati formati e osservati per un tempo di circa 1000 secondi prima si scomparire. Questa osservazione aveva permesso di osservare alcune importanti proprieta’. Nel 2012, sempre al CERN, un altro esperimento era riuscito a misurare altre importanti proprieta’ di questi anti-atomi, facendo ben sperare per il futuro.

Ora, invece, sempre il CERN ha annunciato di essere riuscito per la prima volta a produrre addirittura un fascio di anti-idrogeni. L’annuncio ‘e stato dato sul sito del laboratorio svizzero:

CERN, ASACUSA NEWS

e pubblicato sull’autorevole rivista Nature.

La scoperta e’ stata realizzata dalla collaborazione internazionale ASACUSA, di cui fanno parte anche alcuni ricercatori del nostro Istituto Nazionale di Fiscia Nucleare.

Cosa sarebbero questi anti-idrogeni?

Seguendo il ragionamento fatto, questi speciali atomi sono composti dagli analoghi di antimateria di protone e elettrone. Se l’idrogeno ha un nucleo composto da un protone con un elettrone che gira intorno, un anti-idrogeno e’ composto da un anti-protone, carico negativamente, e un positrone che gira intorno, carico positivamente. Come potete facilmente capire, in questo gioco di costruzione di atomi, siamo alla struttura piu’ semplice conosciuta ma, come vedremo tra poco, fondamentale per la comprensione dell’universo.

Come e’ stato fatto questo esperimento?

L'esperimento ASACUSA del CERN

L’esperimento ASACUSA del CERN

Senza annoiarvi con tecnicismi, gli anti-idrogeni sono prodotti da un deceleratore di antiprotoni e poi allontanati dal punto di produzione ad una distanza sufficiente a non risentire dei campi magnetici. Questo accorgimento e’ fondamentale per stabilizzare gli anti-atomi che altrimenti si scomporrebbero scomparendo. Come vedete nella foto riportata, la camera da vuoto utilizzata e’ infatti un lungo tubo e gli anti-idrogeni sono stati osservati e immobilizzati ad una distanza di quasi 3 metri dal punto di produzione.

Perche’ e’ cosi’ importante l’anti-idrogeno?

La sua semplicita’ rispetto agli atomi piu’ pesanti, sia per materia che per anti-materia, ha fatto si che questi siano stati i primi atomi stabili creati nell’universo in espansione. Secondo la teoria, idrogeno e anti-idrogeno dovrebbero avere esattamente lo stesso spettro di emissione. Poter disporre in laboratorio di un fascio stabile di anti-atomi consentira’ di studiare a fondo le caratteristiche di questa struttura analizzando nei minimi dettagli ogni minima possibile discrepanza con l’idrogeno. Queste caratteristiche aiuterebbero notevolmente nella comprensione dell’asimmetria tra materia e anti-materia dando una notevola spinta in avanti nella comprensione della nascita del nostro universo e nella ricerca di ogni possibile accumulo di anti-materia.

Concludendo, questa importante notizia apre nuovi scenari nello studio della fisica di base, offrendo un’occasione fondamentale per comprende il nostro universo. Come spesso avviene, molti siti e giornali si sono lanciati in speculazioni parlando di pericoli o applicazioni fantascientifiche che lasciano un po’ il tempo che trovano. Sicuramente, il futuro in questa branca della ricerca ha ancora molto da offrire e non possiamo che essere entusiasti delle novita’ che ancora ci attendono.

 

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

Ritorno ai dirigibili?

23 Dic

Se proviamo a pensare ai trasporti, la nostra mente sarebbe necessariamente influenzata dall’ambiente in cui viviamo. Oggi, siamo abituati a poter raggiungere qualsiasi posto o citta’ mediante strade, autostrade, ferrovie o, per posti piu’ lontani, con l’aereo. Questo purtroppo non e’ sempre vero. Costruire infrastrutture di questo tipo costa moltissimo e una corretta valutazione costo/utilizzo viene sempre fatta per decidere la convenienza o meno di una nuova costruzione. Anche con l’aereo, il discorso e’ molto simile, solo per darvi un’idea, dovendo andare dal punto A al punto B, e’ necessario avere piste di decollo e atterraggio nei due punti.

Ora, sulla Terra esistono diverse zone, magari poco popolate, in cui queste infrastrutture non sono presenti. Proprio in virtu’ di questo, negli ultimi anni, sta tornando di moda il trasporto mediante dirigibile. I primi a ripensare a questo metodo, sono state le diverse compagnie minerarie e petrolifere che operano in zone molto disagiate e poco raggiungibili del pianeta. Esempio classico e’ quello delle zone della Siberia e della Russia Orientale, ricche di materie prime, ma poco servite da infrastrutture di trasporto. In questo caso, sono necessari costanti viaggi di rifornimento non solo per il trasporto del materiale per la creazione del sito produttivo, ma anche per l’approviggionamento di derrate alimentari e beni per i lavoratori del posto.

Leggendo questa notizie, non possono non venire in mente filmati in bianco e nero con questi enormi dirigibili che solcano i cieli. Perche’ pero’, ad un certo punto, il trasporto con dirigibili e’ stato quasi completamente abbandonato? Fino agli anni ’30 del secolo scorso, dirigibile e aereo si contendevano lo scettro di mezzo di trasporto piu’ sicuro e efficiente per viaggi a lunga distanza. Come spesso accade, quello che ha segnato la fine del dirigibile e’ stato un incidente. Il 6 maggio 1937, durante la fase di atterraggio, il dirigibile Hindemburg si incendio’ causando la morte di 35 delle 97 persone che erano a bordo. Ancora oggi, la reale causa dell’incidente non e’ stata ancora completamente spiegata. Secondo alcuni, l’incendio sarebbe stato provocato da una fuoriuscita di idrogeno presente nel pallone. Questo, a causa dell’elettricita’ accumulata sulla tela o forse a cusa di un fulmine, si incendio’ causando il disastro. Secondo altri ancora, l’ipotesi ragionevole e’ quella di un attentato terroristico. Anche se la causa non e’ stata determinata con precisione, il risultato di questo incidente fu quello gia’ introdotto, il completo abbandono del dirigibile nei confronti dell’aereo.

Ora pero’, a causa della, chiamiamola cosi’, colonizzazione da parte dell’uomo di qualsiasi angolo del pianeta, si e’ ricreata la necessita’ di ricorrere a questo innovativo/antico metodo. Come visto in precedenza, la possibilita’ di un decollo verticale e di atterraggio senza pista, fanno si che il dirigibile possa essere una scelta molto adatta in luoghi impervi. Oltre alle gia’ citate compagnie di estrazione, l’idea e’ quella di utilizzare questo mezzo per le missioni artiche o anche per campagne di raccolta dati scientifici. Gia’ negli anni scorsi, questi sistemi sono stati utilizzati, ad esempio, per raccogliere campioni di atmosfera a diversa altezza o anche per studiare i parametri ambientali su specifici punti del pianeta. Detto questo, capite bene come l’interesse sia assolutamente vivo e anche i possibili campi di applicazione non manchino.

Ora, ci sono gia’ diverse compagnie che si stanno attrezzando con questi sistemi. Come e’ noto, e solo per inciso, oggi si utilizza l’elio, piu’ leggero dell’aria, per far volare i dirigibili. Al contrario dell’idrogeno questo e’ un gas inerte e non infiammabile. Le soluzioni proposte sono essenzialmente di due tipi, uno per trasporto fino a 66 tonnellate e una che puo’ arrivare a trasportare merci per un peso complessivo fino a 250 tonnellate. Per darvi un’idea di questi numeri, un apparecchio del genere e’ in grado di trasportare carri armati, camion, macchinari pesanti e tutto quello che vi viene in mente. Immaginate il guadagno rispetto al dover costruire centinaia, se non migliaia, di kilometri di ferrovia in zone impervie.

A parte la salita del dirigibile, e’ interessante anche discutere i sistemi di movimentazine in orizzontale. Anche in questo caso, si sta lavorando per trovare nuove soluzioni, prima di tutto a basso costo ed alto rendimento e poi anche a basso impatto ambientale. In che modo? I sistemi gia’ proposti utilizzano motori a gasolio per far muovere il sistema parallelamente alla Terra. Al contrario, alcune compagnie stanno lavorando alla realizzazione di teli semirigidi per il dirigibile coperti da panneli solari ricurvi. L’energia prodotta in questo modo servirebbe per alimentare motori elettrici o ibridi ad alta efficienza.

Concludendo, i cari vecchi dirigibili erano stati messi da parte in seguito al terribile incidente del 1937. Oggi pero’, si sta di nuovo accendendo una corsa a questi sistemi a causa dell’impossibilita’ di raggiungere alcune zone specifiche della Terra mediante sistemi, diciamo cosi’, tradizionali. In questo caso, piu’ che di un’idea, parliamo di sistemi gia’ in avanzato stato di realizzazione con diverse grandi compagnie presenti sul mercato. Oltre al trasporto pesante, ci sono gia’ alcune organizzazioni che publicizzano giri turistici in dirigibile per visitare dall’alto zone spettacolari del nostro pianeta.

 

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Antichi segreti di Marte

13 Dic

In diversi articoli abbiamo parlato del rover Curiosity e della sua importante missione su Marte:

Curiosity: scoperta sensazionale?

– Curiosity e gli UFO

– Curiosity e gli UFO: dopo le foto, il video. 

Ecco perche’ Curiosity non trova gli alieni!

Ecco la scoperta di Curiosity

Come sappiamo bene, purtroppo, molte di queste volte lo abbiamo dovuto fare per smentire storie fantastiche che si sono rincorse su internet e che parlavano di UFO, resti di civilta’ antiche, ecc. Tutte notizie infondate che non fanno altro che distogliere l’attenzione da questa importante missione e dalle mille soprprese che sta rivelando ai ricercatori coinvolti nel progetto.

Anche questa volta, dobbiamo partire da una notizie distorta che molto sta facendo discutere in rete, per arrivare poi alla scienza vera e propria.

Di cosa si tratta?

Partiamo dalle basi, come sappiamo Curiosity e’ a spasso nel cratere Gale con tutto il suo carico di strumentazione scientifica di tipo geologico. In particolare, lo scopo della missione era quello di fare delle analisi con una sensibilita’ non possibile prima prendendo in esame campioni di terreno e roccia. Cosa vogliamo imparare? Prima di tutto, analisi di questo tipo ci permettono di capire meglio la struttura del pianeta, la sua origine, e avere un’idea della storia geologica che Marte ha attraversato nel corso degli anni. Oltre a questo, un’analisi precisa del terreno consente di determinare se c’e’ o meno la presenza di elementi chimici che possono rappresentare dei marker per la vita sul pianeta rosso. Fate attenzione, parliamo di marker per la vita, non di vita. Cioe’? Come e’ ovvio, ci sono degli elementi chimici che possono dare indicazioni molto precise sulla vita o sulla presenza di questa in passato. L’attivita’ metabolica, la decomposizione cellulare, ecc portano ad aumentare la presenza di determinati elementi piuttosto che di altri.

Tenete a mente queste parole perche’ saranno la chiave di lettura per comprendere meglio la notizia di cui stiamo parlando.

Perche’ Curiosity e’ stato inviato proprio nel cratere Gale? Ovviamente, il luogo non e’ stato scelto a caso, ma ponderato attentamente. Come visto negli articoli precedenti, questa depressione di Marte rappresenta uno dei posti migliori per la ricerca geologica e chimica del terreno. Inoltre, nella zona sono presenti alture che consetono una visione ad ampio raggio di gran parte di Marte, consentendo, qualora ncessario, una variazione del percorso qualora si evidenziassero zone di maggior interesse.

Bene, a questo punto siamo pronti a parlare della notizia.

Curiosity si trova ora in una zona molto particolare del cratere Gale nota come Yellowknife Bay. Questa e’ una depressione vicino all’equatore di Marte in cui si pensa che in passato ci fosse un lago con acque poco profonde. In particolare, la profondita’ delle acque e’ stiamata non oltre i 5 metri, ma la cosa importante e’ che, dalle analisi fatte, si pensa che queste acque, quando erano presenti, avevano caratteristiche molto particolari. Prima di tutto, erano praticamente ferme, poi erano caratterizzate da una bassa salinita’ ed erano raggiunte da una buona radiazione solare.

Curiosity si e’ concentrato in particolare su due rocce trovate nell’antico fondale del lago, chiamate John Klein e Cumberland. Dall’analisi di queste rocce sono emersi elementi come Carbonio, idrogeno, zolfo, azoto e fosforo.

Cosa significa questo?

Dal punto di vista scientifico, la presenza e la concentrazione di questi elementi significa che in passato erano presenti condizioni adatte per la formazione della vita.

Fate attenzione, come e’ stato interpretato questo da molti siti internet che hanno riportato la notizia? Semplice, trovati segni di vita su Marte! Signori, alla luce di quanto detto, capite molto bene come il sensazionalismo scientifico su argomenti di questo tipo regni sempre sovrano. E’ possibile questo? Ovviamente no. Tra l’altro, Curiosity ha una strumentazione di tipo geologico. Le analisi possibili sono sulle rocce per determinare caratteristiche chimico fisiche come, ad esempio, la concentrazione di elementi da analisi spettroscopiche. Nella dotazione del rover mancano gli strumenti per cercare molecole organiche, cioe’, in soldoni, tracce di vita passata o presente. Questo “particolare” lo avevamo commentato anche negli articoli precedenti parlando appunto sempre della distorsione mediatica sulle scoperte del rover.

Cosa succedera’ ora?

Dal punto di vista scientifico, quanto emerso e’ senza dubbio eccitante. Prima di tutto e’ stata dimostrata, qualora ci fossero ancora dubbi, l’importanza della missione e la correttezza del luogo scelto per le analisi. Inoltre, questa scoperta offre anche nuove motivazioni alla futura missione Exomars prevista per i prossimi anni. Questo nuovo rover, in cui molta tecnologia e’ di origine italiana, sara’ anche dotato di una trivella di 2 metri. Inoltre, ci saranno apparecchiature fondamentali proprio pere la ricerca di molecole organiche sia presenti che future.

Concludendo, Curiosity ha rivelato una zona di Marte con carattetristiche uniche al momento per lo studio della vita passata sul pianeta. La strumentazione presente consente di determinare tracce e concentrazioni di elementi chimici fondamentali per la vita. In futuro, la missione Exomars consentira’ di fare analisi specifiche su questi punti per determinare se in passato fossero presenti forme di vita biologica sul pianeta rosso. Come potete capire, la ricerca e la curiosita’ sui pianeti del sistema solare non e’ assolutamente morta e ancora tante sorprese ci deve rivelare.

 

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