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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.

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Flusso oscuro e grandi attrattori

28 Feb

Nella ormai celebre sezione:

Hai domande o dubbi?

in cui sono usciti fuori davvero gli argomenti piu’ disparati ma sempre contraddistinti da curiosita’ e voglia di discutere, una nostra cara lettrice ci ha chiesto maggiori lumi sul cosiddetto “dark flow” o flusso oscuro. Una richiesta del genere non puo’ che farci piacere, dal momento che ci permette di parlare nuovamente di scienza e, in particolare, di universo.

Prima di poterci addentrare in questo argomento scientifico ma, anche a livello di ricerca, poco conosciuto, e’ necessario fare una piccolissima premessa iniziale che serve per riprendere in mano concetti sicuramente conosciuti ma su cui spesso non si riflette abbastanza.

Per iniziare la discussione, voglio mostrarvi una foto:

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Quello che vedete non e’ un semplice libro, ma uno dei tre volumi che compongono il Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o, tradotto in italiano, “I principi naturali della filosofia naturale”. Quest’opera e’ stata pubblicata il 5 luglio 1687 da Isaac Newton.

Perche’ e’ cosi’ importante questa opera?

Questi tre volumi sono considerati l trattato piu’ importante del pensiero scientifico. Prima di tutto, contengono la dinamica formulata da Newton che per primo ha posto le basi per lo studio delle cause del moto ma, soprattutto, perche’ contengono quella che oggi e’ nota come “Teoria della Gravitazione Universale”.

Sicuramente, tutti avrete sentito parlare della gravitazione di Newton riferita al famoso episodio della mela che si stacco’ dall’albero e cadde sulla testa del celebre scienziato. Come racconta la leggenda, da questo insignificante episodio, Newton capi’ l’esistenza della forza di gravita’ e da qui la sua estensione all’universo. Se vogliamo pero’ essere precisi, Newton non venne folgorato sulla via di Damasco dalla mela che cadeva, ma questo episodio fu quello che fece scattare la molla nella testa di un Newton che gia’ da tempo studiava questo tipo di interazioni.

Volendo essere brevi, la teoria della gravitazione di Newton afferma che nello spazio ogni punto materiale attrae ogni altro punto materiale con una forza che e’ proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. In soldoni, esiste una forza solo attrattiva che si esercita tra ogni coppia di corpi dotati di massa e questa interazione e’ tanto maggiore quanto piu’ grandi sono le masse e diminuisce con il quadrato della loro distanza.

Semplice? Direi proprio di si, sia dal punto di vista fisico che matematico. Perche’ allora chiamare questa legge addirittura con l’aggettivo “universale”?

Se prendete la male di Newton che cade dall’albero, la Luna che ruota intorno alla Terra, la Terra che ruota intorno al Sole, il sistema solare che ruota intorno al centro della Galassia, tutti questi fenomeni, che avvengono su scale completamente diverse, avvengono proprio grazie unicamente alla forza di gravita’. Credo che questo assunto sia sufficiente a far capire l’universalita’ di questa legge.

Bene, sulla base di questo, l’interazione che regola l’equilibrio delle masse nell’universo e’ dunque la forza di gravita’. Tutto quello che vediamo e’ solo una conseguenza della sovrapposizione delle singole forze che avvengono su ciascuna coppia di masse.

Detto questo, torniamo all’argomento principale del post. Cosa sarebbe il “flusso oscuro”? Detto molto semplicemente, si tratta del movimento a grande velocita’ di alcune galassie in una direzione ben precisa, situata tra le costellazioni del Centauro e della Vela. Questo movimento direzionale avviene con velocita’ dell’ordine di 900 Km al secondo e sembrerebbe tirare le galassie in un punto ben preciso al di fuori di quello che definiamo universo osservabile.

Aspettate, che significa che qualcosa tira le galassie fuori dall’universo osservabile?

Per prima cosa, dobbiamo definire cosa significa “universo osservabile”. Come sappiamo, l’universo si sta espandendo e se lo osserviamo da Terra siamo in grado di vedere le immagini che arrivano a noi grazie al moto dei fotoni che, anche se si muovono alla velocita’ della luce, si spostano impiegando un certo tempo per percorrere delle distanze precise. Se sommiamo questi due effetti, dalla nostra posizione di osservazione, cioe’ la Terra, possiamo vedere solo quello che e’ contenuto entro una sfera con un raggio di 93 miliardi anni luce. Come potete capire, l’effetto dell’espansione provoca un aumento di quello che possiamo osservare. Se l’universo ha 14.7 miliardi di anni, ci si potrebbe aspettare di poter vedere dalla terra la luce partita 14.7 miliardi di anni fa, cioe’ fino ad una distanza di 14.7 miliardi di anni luce. In realta’, come detto, il fatto che l’universo sia in continua espansione fa si che quello che vediamo oggi non si trova piu’ in quella posizione, ma si e’ spostato a causa dell’espansione. Altro aspetto importante, la definizione di sfera osservabile e’ vera per ogni punto dell’universo, non solo per quella sfera centrata sulla Terra che rappresenta cquello che noi possiamo vedere.

Bene, dunque si sarebbe osservato un flusso di alcune galassie verso un punto preciso fuori dall’universo osservabile. Proprio dal fatto che questo flusso e’ all’esterno del nostro universo osservabile, si e’ chiamato questo movimento con l’aggettivo oscuro.

Aspettate un attimo pero’, se le galassie sono tirate verso un punto ben preciso, cos’e’ che provoca questo movimento? Riprendendo l’introduzione sulla forza di gravitazione, se le galassie, che sono oggetti massivi, sono tirate verso un punto, significa che c’e’ una massa che sta esercitando una forza. Poiche’ la forza di gravitazione si esercita mutuamente tra i corpi, questo qualcosa deve anche essere molto massivo.

Prima di capire di cosa potrebbe trattarsi, e’ importante spiegare come questo flusso oscuro e’ stato individuato.

Secondo le teorie cosmologiche riconosciute, e come spesso si dice, l’universo sarebbe omogeneo e isotropo cioe’ sarebbe uguale in media in qualsiasi direzione lo guardiamo. Detto in altri termini, non esiste una direzione privilegiata, almeno su grandi scale, in cui ci sarebbero effetti diversi. Sempre su grandi scale, non esisterebbe neanche un movimento preciso verso una direzione ma l’isotropia produrrebbe moti casuali in tutte le direzioni.

Gia’ nel 1973 pero’, si osservo’ un movimento particolare di alcune galassie in una direzione precisa. In altri termini, un’anomalia nell’espansione uniforme dell’universo. In questo caso, il punto di attrazione e’ all’interno del nostro universo osservabile e localizzato in prossimita’ del cosiddetto “ammasso del Regolo”, una zona di spazio dominata da un’alta concentrazione di galassie vecchie e massive. Questa prima anomalia gravitazionale viene chiamata “Grande Attrattore”. In questa immagine si vede appunto una porzione di universo osservabile da Terra ed in basso a destra trovate l’indicazione del Grande Attrattore:

800px-2MASS_LSS_chart-NEW_Nasa

Questa prima anomalia dell’espansione venne osservata tramite quello che e’ definito lo spostamento verso il rosso. Cosa significa? Se osservate un oggetto che e’ in movimento, o meglio se esiste un movimento relativo tra l’osservatore e il bersaglio, la luce che arriva subisce uno spostamento della lunghezza d’onda dovuto al movimento stesso. Questo e’ dovuto all’effetto Doppler valido, ad esempio, anche per le onde sonore e di cui ci accorgiamo facilmente ascoltando il diverso suono di una sirena quando questa si avvicina o si allontana da noi.

220px-Redshift_blueshift.svg

Bene, tornando alle onde luminose, se la sorgente si allontana, si osserva uno spostamento verso lunghezze d’onda piu’ alte, redshift, se si avvicina la lunghezza d’onda diminuisce, blueshift. Mediate questo semplice effetto, si sono potuti osservare molti aspetti del nostro universo e soprattutto i movimenti che avvengono.

Tornando al grnde attrattore, questa zona massiva verso cui si osserva un moto coerente delle galassie del gruppo e’ localizzato a circa 250 milioni di anni luce da noi nella direzione delle costellazioni dell’Hydra e del Centauro e avrebbe una massa di circa 5×10^15 masse solari, cioe’ 5 milioni di miliardi di volte il nostro Sole. Questa, come anticipato, e’ soltanto una anomalia dell’espansione dell’universo che ha creato una zona piu’ massiva in cui c’e’ una concentrazione di galassie che, sempre grazie alla gravita’, attraggono quello che hanno intorno.

Discorso diverso e’ invece quello del Dark Flow. Perche’? Prima di tutto, come detto, questo centro di massa si trova talmente lontano da essere al di fuori del nostro universo osservabile. Visto da Terra poi, la zona di spazio che crea il flusso oscuro si trova piu’ o meno nella stessa direzione del Grande Attrattore, ma molto piu’ lontana. Se per il Grande Attrattore possiamo ipotizzare, detto in modo improprio, un grumo di massa nell’universo omogeneo, il flusso oscuro sembrerebbe generato da una massa molto piu’ grande ed in grado anche di attrarre a se lo stesso Grande Attrattore.

Il flusso oscuro venne osservato per la prima volta nel 2000 e descritto poi a partire dal 2008 mediante misure di precisione su galassie lontane. In questo caso, l’identificazione del flusso e’ stata possibile sfruttando il cosiddetto effetto Sunyaev-Zel’dovich cioe’ la modificazione della temperatura dei fotoni della radiazione cosmica di fondo provocata dai raggi X emessi dalle galassie che si spostano. Sembra complicato, ma non lo e’.

Di radiazione di fondo, o CMB, abbiamo parlato in questi articoli:

Il primo vagito dell’universo

E parliamo di questo Big Bang

Come visto, si tratta di una radiazione presente in tutto l’universo residuo del Big Bang iniziale. Bene, lo spostamento coerente delle galassie produce raggi X, questi raggi X disturbano i fotoni della radiazione di fondo e noi da terra osservando queste variazioni ricostruiamo mappe dei movimenti delle Galassie. Proprio grazie a queste misure, a partire dal 2000, e’ stato osservato per la prima volta questo movimento coerente verso un punto al di fuori dell’universo osservabile.

Cosa potrebbe provocare il Flusso Oscuro? Bella domanda, la risposta non la sappiamo proprio perche’ questo punto, se esiste, come discuteremo tra un po’, e’ al di fuori del nostro universo osservabile. Di ipotesi a riguardo ne sono ovviamente state fatte una miriade a partire gia’ dalle prime osservazioni.

Inizialmente si era ipotizzato che il movimento potrebbe essere causato da un ammasso di materia oscura o energia oscura. Concetti di cui abbiamo parlato in questi post:

La materia oscura

Materia oscura intorno alla Terra?

Se il vuoto non e’ vuoto

Universo: foto da piccolo

Queste ipotesi sono pero’ state rigettate perche’ non si osserva la presenza di materia oscura nella direzione del Dark Flow e, come gia’ discusso, per l’energia oscura il modello prevede una distribuzione uniforme in tutto l’universo.

Cosi’ come per il Grande Attrattore, si potrebbe trattare di un qualche ammasso molto massivo in una zona non osservabile da Terra. Sulla base di questo, qualcuno, non tra gli scienziati, aveva ipotizzato che questo effetto fosse dovuto ad un altro universo confinante con il nostro e che provoca l’attrazione. Questa ipotesi non e’ realistica perche’ prima di tutto, la gravitazione e’ frutto dello spazio tempo proprio del nostro universo. Se anche prendessimo in considerazione la teoria dei Multiversi, cioe’ universi confinanti, l’evoluzione di questi sarebbe completamente diversa. Il flusso oscuro provoca effetti gravitazionali propri del nostro universo e dovuti all’attrazione gravitazionale. Il fatto che sia fuori dalla nostra sfera osservabile e’ solo dovuto ai concetti citati in precedenza figli dell’accelerazione dell’espansione.

Prima di tutto pero’, siamo cosi’ sicuri che questo Flusso Oscuro esista veramente?

Come anticipato, non c’e’ assolutamente la certezza e gli scienziati sono ancora fortemente divisi non solo sulle ipotesi, ma sull’esistenza stessa del Flusso Oscuro.

Per farvi capire la diatriba in corso, questo e’ il link all’articolo originale con cui si ipotizzava l’esistenza del Flusso Oscuro:

Dark Flow

Subito dopo pero’, e’ stato pubblicato un altro articolo che criticava questo sostenendo che i metodi di misura applicati non erano corretti:

Wright risposta al Dark Flow

Dopo di che, una lunga serie di articoli, conferme e smentite, sono stati pubblicati da tantissimi cosmologi. Questo per mostrare quanto controversa sia l’esistenza o meno di questo flusso oscuro di Galassie verso un determinato punto dell’universo.

Venendo ai giorni nostri, nel 2013 e’ stato pubblicato un articolo di analisi degli ultimi dati raccolti dal telescopio Planck. In questo paper viene nuovamente smentita l’esistenza del dark flow sulla base delle misure delle velocita’ effettuate nella regione di spazio in esame:

Planck, 2013

Dunque? Dark Flow definitivamente archiviato? Neanche per sogno. Un altro gruppo di cosmologi ha pubblicato questo ulteriore articolo:

Smentita alla smentita

in cui attacca i metodi statistici utilizzati nel primo articolo e propone un’analisi diversa dei dati da cui si mostra l’assoluta compatibilita’ di questi dati con quelli di un altro satellite, WMAP, da cui venne evidenziata l’esistenza del dark flow.

Credo che a questo punto, sia chiaro a tutti la forte discussione ancora in corso sull’esistenza o meno di questo Dark Flow. Come potete capire, e’ importante prima di tutto continuare le analisi dei dati e determinare se questo flusso sia o meno una realta’ del nostro universo. Fatto questo, e se il movimento venisse confermato, allora potremmo fare delle ipotesi sulla natura di questo punto di attrazione molto massivo e cercare di capire di cosa potrebbe trattarsi. Ovviamente, sempre che venisse confermata la sua esistenza, stiamo ragionando su qualcosa talmente lontano da noi da essere al di fuori della nostra sfera osservabile. Trattare questo argomento ci ha permesso prima di tutto di aprire una finestra scientifica su un argomento di forte e continua attualita’ per la comunita’ scientifica. Come sappiamo, trattando argomenti di questo tipo, non troviamo risposte certe perche’ gli studi sono ancora in corso e, cosi’ come deve avvenire, ci sono discussioni tra gli scienziati che propongono ipotesi, le smentiscono, ne discutono, ecc, come la vera scienza deve essere. Qualora ci fossero ulteriori novita’ a riguardo, ne parleremo in un futuro articolo.

 

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Buongiorno Rosetta!

26 Gen

Solo pochi giorni fa, e’ stata data una notizia che, purtroppo, e’ passata un po’ in sordina sui siti di informazione: dopo ben 31 mesi, la sonda Rosetta si e’ risvegliata dal suo periodo di ibernazione ed e’ pronta ad effetturare una missione che non puo’ che richiamare alla mente scenari fantascientifici.

Di cosa si tratta?

La missione della sonda Rosetta e’ estremamente interessante dal punto di vista scientifico. Il suo compito e’ quello di avvicinarsi alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e, per la prima volta, far scendere un modulo di atterraggio pensato per esplorare la cometa.

Il nome Rosetta viene proprio dalla stele di Rosetta. Cosi’ come il manufatto, gli studiosi del settore pensano di poter scoprire importanti segreti del nostro universo analizzando da vicino la cometa. Come abbiamo visto in questo articolo:

Cos’e’ una cometa

le comete sono dei veri e propri fossili del nostro universo, dal cui studio e’ possibile raccogliere informazioni fondamentali sull’origine della Via Lattea e dell’universo stesso.

Non a caso, il lander destinato a scendere sulla cometa si chiama Philae e prende spunto dal nome di un’isola dove e’ stato ritrovato un importante manufatto che ha consentito di decifrare la Stele di Rosetta.

Torniamo alla missione. Perche’ la sonda e’ stata ibernata?

Rosetta e’ stata lanciata nel 2004. Il percorso ha previsto ben quattro fionde gravitazionali,  3 intorno alla Terra ed una intorno a Marte, per consentire alla sonda di acquistare suffciente velocita’ per il suo viaggio. Terminata questa prima fase, la sonda e’ stata messa in stato di ibernazione per risparmiare importanti risorse inutili per il viaggio.

In questi giorni, dopo ben 31 mesi, Rosetta e’ stata risvegliata in automatico dal suo computer di bordo. Come potete facilmente immaginare, il risveglio e’ stato un procedimento molto lungo ed estremamente delicato. Per prima cosa, e’ stato un successo ricevere da Terra il primo segnale da Rosetta che indicava il corretto funzionamento della strumentazione.

Ora, la sonda ha ripreso il suo viaggio verso la 67P/Churyumov-Gerasimenko. Per darvi qualche informazione aggiuntiva, si tratta di una cometa periodica del nostro Sistema Solare con un periodo di 6.45 anni terrestri. Una volta raggiunta la cometa, dalla sonda si stacchera’ il modulo Philae destinato a posarsi sulla superficie del piccolo corpo. Parliamo infatti di una dimensione di 2×4 kilometri quadrati.

Ricostruzione 3D del nucleo della cometa

Ricostruzione 3D del nucleo della cometa

Anche se durante la preparazione della missione, e’ stato utilizzato il telescopio Hubble per ricostruire un’immagine 3D della cometa, come potete facilmente immaginare, non e’ possibile pianificare alla perfezione il momento dell’atterraggio. Questa delicatissima operazione sara’ infatti eseguita in diretta per correggere eventuali variazioni di piano e consentire al lander di atterrare.

Una volta in posizione, Philae utilizzera’ i suoi strumenti per fare un’analisi assolutamente esclusiva di un corpo di questo tipo. Il lander e’ dotato anche di un trapano in grado di scavare a profondita’ fino a 20 cm. I frammenti raccolti saranno anche scaldati in piccoli fornetti fino a 1200 gradi per permettere un’analisi chimico-fisica dei materiali.

Come potete facilmente capire, si tratta di un’operazione estremamente complessa ma che potrebbe consentire di raccogliere informazioni importantissime per la comprensione del nostro universo. Una missione di questo tipo, come anticipato all’inizio, non puo’ che richiamare gli scenari di alcuni film di fantascienza degli anni ’90. Sicuramente, l’operazione presenta alcuni punti oscuri ma grandi speranze sono affidate a questa missione pensata e sviluppata dall’ESA con un contributo italiano davvero notevole. L’arrivo intorno alla cometa e’ atteso per la seconda meta’ del 2014. Non resta ancora molto da aspettare. Daremo ulteriori aggiornamenti su questa missione, seguendo passo dopo passo ogni evoluzione di Rosetta.

 

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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.

 

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Nube assassina dallo spazio

6 Nov

Nella solita sezione dedicata a queste proposte:

Hai domande o dubbi

un nostro caro lettore ci ha chiesto informazioni riguardo ad una notizia che, soprattutto negli ultimi giorni, sta facendo molto discutere sul web e ha fornito nuova linfa ai tanti siti catastrofisti che, diciamocela tutta, dopo il 21 dicembre 2012 sono rimasti un po’ a corto di idee.

Di cosa si tratta?

Cerchero’ di farvela molto breve. Anche se sul web girano molte versioni, con dettagli piu’ o meno fantasiosi, il succo e’ pressapoco questo: una massiccia nube di “qualcosa” si sarebbe staccata dal centro della nostra galassia, la Via Lattea, e starebbe per raggiungere ad altissima velocita’ il nostro pianeta. Su cosa sia questo “qualcosa” ognuno ci mette del suo: antimateria, una soluzione acida, antiparticelle. Nonostante questo, il risultato e’ sempre lo stesso: quando la nube raggiungera’ la Terra, e manca ovviamente molto poco, il nostro mondo verra’ spazzato via. Anzi, per dirvela con le stesse parole, l’effetto del passaggio di questa nube sara’ come l’acqua buttata su un foglio scritto con inchiostro, tutto si dissolvera’ a causa dell’interazione tra la materia che costituisce il nostro pianeta e quel qualcosa che forma la nube.

Quanto tempo resta? Ovviamente molto poco, qualcuno parla di giorni, altri di mesi, ma l’ora e’ comunque prossima. Possibile che non se ne sia accorto nessuno? Ma dai, possibile che nessuno se ne sia accorto? Ovviamente qualcuno c’e’, indovinate chi? Ma ovvio, la NASA! Come al solito pero’, i tecnici dell’ente spaziale americano hanno scoperto questa nube e la stanno continuamente monitornando. Purtroppo, per evitare problemi di ordine pubblico, che cuore nobile che hanno, evitano di dirlo ai comuni mortali che tanto sarebbero destinati lo stesso a morire.

Per fortuna, come nei migliori film di fantascienza americani, c’e’ il solito eroe, il buono del film, che si accorge di tutto e cerca di avvisare gli abitanti della Terra. Questo qualcuno e’ uno scienziato, l’astrofisico inglese Albert Shervinsky. Avete capito bene, mica uno qualsiasi, addirittura un astrofisico. Sapete dove lavora il buono del nostro film? All’universita’ di Cambridge, quindi non un’istituzione da quattro soldi.

Cosa dire, c’e’ un buco nero che butta una nube di qualcosa di distruttivo, la nube sta arrivando sulla Terra e un astrofisico di un’importante universita’ se ne accorge. Detto questo, non resta altro da fare che pregare prima che la fine giunga sotto forma di nube spaziale.

Attenzione, forse, e dico forse, prima di pregare o lasciarsi prendere dal panico e’ il caso di leggere meglio la storia che gira sul web e che tanto sta facendo discutere.

Siamo proprio sicuri che questa storia sia verosimile?

Come potete immaginare, anche dal mio tono goliardico utilizzato fino a questo punto, la storia e’ una vera e propria bufala, tra l’altro anche orchestrata in modo pessimo.

Torniamo di nuovo seri e ragioniamo su quanto detto fino a questo punto.

Prima di tutto, c’e’ una nube esplusa da un buco nero o meglio dal buco nero al centro della nostra galassia. Di questo buco nero, anche noto come Sagitarius A, abbiamo parlato in dettaglio in questo articolo:

Nexus 2012: bomba a orologeria

A parte che e’ un buco nero supermassivo e occupa la parte centrale della nostra Galassia, questo buco nero e’ solo un buco nero. Con questo intendo dire che il suo comportamento e’ molto ben descritto da quello che sappiamo su questa classe di oggetti celesti. Come visto in questo articolo:

I buchi neri che … evaporano

secondo la teoria di Hawking i buchi neri possono evaporare, cioe’ emettere particelle verso l’esterno diminuendo nel corso del tempo la loro massa. Questo e’ un meccanismo noto e di cui abbiamo gia’ parlato in dettaglio. L’evaporazione e’ l’unico modo in cui una parte di materia esce all’esterno del buco nero, per definizione spazio in cui la materia viene assorbita a causa dell’elevatissima gravita’.

Perche’ dico questo?

Anche se fosse, un buco nero puo’ emettere radiazione all’esterno attraverso l’evaporazione, ma sempre di particelle ordinarie si tratta. Se anche, per assurdo, pensassimo che un qualcosa venisse emesso dal buco nero, sarebbe sempre qualcosa di materia ordinaria. E’ completamente assurdo pensare che questo qualcosa, ripeto fatto di materia ordinaria, se incontrasse la Terra la dissolverebbe nel nulla. Per tentare di giustificare questa affermazione, alcuni siti, come visto, inventano che questo qualcosa emesso dal buco nero sia antimateria. Come visto nell’articolo precedente sull’evaporazione, questa affermazione e’ assolutamente non giustificata.

Altra considerazione non da poco, il nostro Sagitarius A si trova ad una distanza stimata di circa 26000 anni luce dalla Terra. Ora, se un qualcosa venisse emesso dal buco nero in direzione della Terra, supponendo che questo qualcosa viaggi alla velocita’ della luce, allora servirebbero 26000 anni prima di arrivare a colpirci. Con 26000 anni di tempo, non credo sia il caso di preoccuparci.

Da dove nasce questa storia cosi’ assurda?

E’ interessante rispondere a questa domanda se non altro per capire come vengono create queste bufale che ormai quotidianamente ci offrono divertenti storielle da leggere online.

La bufale della nube emessa dal centro galattico verso la nostra Terra e’ in realta’ una storia vecchia gia’ di qualche anno. In rete si trova infatti un articolo del 2005 che parlava dell’osservazione di questa nube:

Pravda.ru, nube dal centro galattico

Per chi non lo conoscesse, questo sito e’ assolutamente affidabile o meglio offre sempre una certezza: se leggete una notizia in rete e non sapete se sia vera o meno, controllate Pravda. ru. Se la stessa notizia la trovate anche qui, allora potete essere sicuri che si tratta di una bufala!

Perche’ proprio ora e’ stata ritirata fuori?

Anche per questo c’e’ una spiegazione. Gia’ da questa estate, si parlava dell’osservazione di una nube di gas che e’ passata in prossimita’ di Sagitarius A. Attenzione, qui parliamo di misure reali fatte da osservatori in orbita. A causa della fortissima gravita’ vicino al centro, la nube aveva mostrato dinamiche molto particolari che avevano permesso agli studiosi di poter capire alcuni importanti parametri del buco nero super massivo. Su youtube si trova anche un video pubblicato dall’INAF in cui si parla di questa osservazione:

Il diffondersi di questa notizia aveva ovviamente creato la distorsione di cui stiamo parlando, alimentata anche dal vecchio articolo bufala che gia’ girava in rete.

Prima di chiudere, proprio per non lasciare niente al caso, c’e’ ancora un altro punto  di cui parlare. Come visto, anche se ci sono varie vesioni della storia, tutte sono concordi sull’eroe buono pronto a diffondere la notizia al popolo, l’astrofisico Albert Shervinsky dell’universita’ di Cambridge.

Chi e’ costui?

Come nella migliore tradizione delle bufale, non esiste nessun astrofisico con questo nome, tantomeno all’universita’ di Cambridge.

Come verificare questo?

Semplice, andiamo a vedere nel sito dell’universita’ citata. Ci sono due dipartimenti papabili in cui potrebbe lavorare un astrofisico, uno e’ quello di fisica, l’altro e’ il dipartimento di astronomia. Bene, andiamo alle pagine corrispondenti in cui troviamo tutti i membri affiliati:

Cambridge, dipartimento di Fisica

Cambridge, dipartimento di Astronomia

Come mostrato, non esiste nessun astrofisico in questa universita’ con il nome citato nella notizia.

Concludendo, anche in questo caso si tratta della solita bufala o meglio del soito tentativo vano dei siti catastrofisti alla disperata ricerca di un qualcosa utile per sostituire l’ormai tramontato 21 Dicembre 2012. Come visto, la notizia di una nube sparata dal centro della galassia verso la Terra e’ solo la riproposizione di una vecchia bufala del 2005, ritirata fuori dopo le osservazioni in orbita su Sagitarius A. A parte queste osservazioni, tutto cio’ che e’ contenuto nella notizia e’ una libera produzione della fantasia di qualche buontempone.

 

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

(Quasi) pronta al lancio la missione GAIA

24 Ott

Diverse volte nei nostri articoli abbiamo parlato di astronomia, ma soprattutto della ricerca di esopianeti 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 esopianeti

Aggiornamento su Kepler

Come visto in particolare nell’ultimo articolo, la sonda Kepler, che tanto ha contribuito all’esplorazione della nostra Galassia, ha avuto gravi problemi di funzionamento al punto di inficiare il suo funzionamento.

Premesso questo, negli ultimi giorni, molti siti e giornali hanno invece parlato di una nuova missione quasi pronta al lancio da parte dell’ESA, con un’ampia partecipazione dei nostri ASI e INAF. La missione in questione e’ chiamata GAIA dove, come al solito, il nome non e’ altro che un acronimo che sta per Global Astrometric Interferometer for Astrophysics.

Prima di darvi qualche dettaglio tecnico sull’esperimento e dirvi a cosa servira’, partiamo invece dicendo a cosa “non” serve Gaia. Come di solito avviene, molti giornali e siti internet hanno preso la palla al balzo per inventare storielle fantastiche e rafforzare le paure degli ultimi tempi.

La missione GAIA

La missione GAIA

Leggendo in rete, trovate scritto che GAIA e’ una missione preparata in fretta e furia dall’ESA perche’, tastuali parole, gli astronomi si sono resi conto che qualcosa non torna nel nostro sistema solare e, finalmente, hanno preso in seria considerazione la possibilita’ che la nostra Terra possa essere colpita nel giro di poco tempo da qualche asteroide o cometa in grado di provocare estinzioni di massa o, peggio ancora, far scomparire del tutto il nostro pianeta. Inoltre, molti siti parlano di uno studio particolare atteso da Gaia per individuare nane brune nel nostro sistema solare e per tracciare corpi vagabondi che provengono da orbite particolari tali per cui questi oggetti sarebbero invisibili fino al momento dell’impatto con la Terra.

Cosa vi ricorda questa storia?

Ovvio, il tanto amato, citato e fantasticato Nibiru! Ovviamente, il tutto mescolato insieme nel solito brodo catastrofista. Nane brune nel sistema solare che creano pioggie di meteoriti, asteroidi killer che provengono da dietro il Sole e sono invisibili fino al momento dell’urto sulla Terra. Insomma, anche sulla missione Gaia, e notate il modo subdolo, senza citare espressamente la cosa, si cerca di rafforzare l’idea che Nibiru sia una minaccia reale ma coperta dai soliti scienziati che sanno ma non dicono.

Lasciamo perdere queste fantasie e vediamo invece come e’ fatta Gaia.

Prima premessa, per poter arrivare al momento del lancio di una qualsiasi missione, sono necessari anni di studi e preparazione. Pensare l’esperimento, fare calcoli di fattibilita’, studiare prototipi, ecc. Tutte operazioni che richiedono anni. Nel caso di Gaia, la missione e’ stata elaborata inizialmente prima ancora del 2000.

A cosa serve?

La missione punta ad ottenere una mappa 3D molto precisa delle stelle e degli oggetti vicini al sistema solare nella nostra Galassia, oltre ad una mappa meno precisa dei corpi piu’ lontani. La durata della missione dovrebbe essere all’incirca di 5 anni, periodo in cui Gaia potra’ osservare circa un miliardo di stelle.

Per ottenere queste risoluzioni, Gaia e’ dotata di due telescopi con punti di vista differenti ma focale in comune. Gli strumenti sono realizzati con una matrice di piu’ di 100 CCD che garantiranno una risoluzione intorno al miliardo di pixel. Detto in modo familiare, parliamo di 1000 Mega pixel se paragonata con le comuni macchine fotografiche.

Altro aspetto importante della missione e’ la posizione in cui il satellite orbitera’. Come potete leggere dalla vasta bibliografia, Gaia occupera’ il cosiddetto punto Lagrangiano 2, o anche L2 nel nostro sistema solare. Cosa significa? Detto in termini molto semplici, se prendiamo il sistema a tre corpi composto da Sole, Terra e Luna, come e’ noto questi interagiscono tra loro attraverso la mutua attrazione gravitazionale. Bene, visto nello spazio, a causa delle rotazioni, nel tempo e nollo spazio, l’intensita’ risultante delle tre forze non sara’ costante. Esistono pero’ dei punti particolari di equilibrio in cui le forze che agiscono sul corpo di massa minore, ad esempio, come in questo caso, il satellite che occupa il punto, si bilanciano esattamente.

Per farvi capire meglio, vi mostro un’immagine proprio del sistema Sole-Terra in cui sono riportati questi punti di equilibrio:

Punti lagrangiani in un sistema a 3 corpi

Punti lagrangiani in un sistema a 3 corpi

Come anticipato, Gaia si trovera’ proprio nel secondo punto lagrangiano. Oltre al discorso gravitazionale, questo particolare punto offre una condizione molto privilegiata: durante il suo moto Terra e Luna saranno fuori dal campo visivo del telescopio, la radiazione incidente non sara’ troppo elevata e si hanno condizioni di temperatura abbastanza costanti.

Durante la sua vita operativa, Gaia osservera’ circa 70 volte ciascuna porzione di cielo ad intervalli differenti. Questo e’ fondamentale per poter capire l’evoluzione nel tempo delle stelle osservate.

Quali sono gli obiettivi di Gaia?

Grazie ai suoi strumenti, Gaia potra’ registrare dati con una precisione quasi 200 volte maggiore dei suoi predecessori. Attraverso l’osservazione delle stelle, come anticipato, si potra’ studiare la dinamica dell’evoluzione oltre ad individuare nuovi esopianeti fuori dal sistema solare. Inoltre, la capacita’ di registrare dati a diverse lunghezze d’onda permettera’ di studiare la chimica dei corpi e ottenere informazioni nuove sull’origine della nostra galassia.

Dunque, siamo pronti a questa nuova avventura?

Purtroppo no. La data iniziale di lancio di Gaia era il 2011, come potete leggere in questo link dell’ASI:

ASI, Gaia

Da questa, sicuramente un po’ aggressiva, si era passati al 2013 e il lancio era atteso per la fine di quest’anno. Purtroppo, ci sara’ un nuovo slittamento e si spera di poter lanciare Gaia, la cui partenza sara’ fatta dallo spazioporto di Kourou nella Guiana francese, all’inizio dell’anno prossimo. Il ritardo e’ dovuto ad una serie di problemi tecnici evidenziati dall’ESA che dunque ha deciso, per motivi di sicurezza e di riuscita della missione, di rimandare di qualche mese il lancio.

Concludendo, la missione GAIA e’ quasi pronta al lancio. Come visto nell’articolo, non e’ assolutamente vero che questa missione e’ stata preparata in fretta e furia per studiare e valutare il rischio sempre crescente di scontro tra la Terra ed un asteroide proveniente dallo spazio. Al contrario, questa missione, come tutte le altre, ha richiesto anni di preparazione e di studio e i suoi obiettivi scientifici saranno molto importanti ed interessanti. Come visto, infatti, la missione si occupera’ di analizzare e registrare circa un miliardo di stelle nella nostra galassia ottenendo dati quasi 200 volte piu’ precisi di quelli delle missioni precedenti.

 

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

E quindi uscimmo a riveder le stelle

10 Set

Nella sezione:

Hai domande o dubbi?

e’ stata fatta una richiesta davvero molto interessante. Come potete leggere, si chiede come vengano ricostruite le immagini astronomiche che spesso ci vengono mostrate e catturate dai tanti telescopi a terra e in orbita. Questa richiesta sembra apparentemente molto semplice, ma nasconde in realta’ una vera e propria professione. Oggi come oggi, molti astronomi dedicano il loro lavoro proprio alla visione e all’elaborazione di immagini astronomiche. Cerchiamo di capire meglio come funzionano queste tecniche per poter meglio apprezzare anche il lavoro che c’e’ dietro una bella immagine che troviamo sulla rete.

Come sapete bene, al giorno d’oggi, per esplorare l’universo non si utilizzano piu’ solo telescopi nel visibile. In questo caso, come facilmente immaginabile, questi sistemi catturano immagini esattamente come farebbe il nostro occhio. Oltre a questi, si utilizzano telescopi, sia a terra che in orbita, sensibili all’infrarosso, ai raggi X, all’ultravioletto, oltre ad enormi antenne pensate per catturare segnali radio provenienti dal cosmo.

Che differenza c’e’ tra queste radiazioni?

Per capire bene il concetto, vi mostro quello che normalmente si chiama lo spettro della radiazione elettromagnetica:

Spettro della radiazione elettromagnetica

Diverse lunghezze d’onda vengono accorpate in famiglie. Come vedete, la parte visibile, cioe’ quella a cui i nostri occhi sono sensibili, e’ in realta’ solo una strettra frazione dell’intero spettro. Per fare un esempio, tutti conosciamo le immagini infrarosse utilizzate per esempio per identificare le fonti di calore. Bene, questo e’ un esempio di immagine fuori dallo spettro visibile. Si tratta di particolari che i nostri occhi non sarebbero in grado di vedere, ma che riusciamo a visualizzare utilizzando tecnologie appositamente costruite. Non si tratta di immagini false o che non esistono, semplicemente, mediante l’ausilio di strumentazione, riusciamo a “vedere” quello che i nostri occhi non sono in grado di osservare.

Bene, il principio dietro l’astronomia nelle diverse lunghezze d’onda e’ proprio questo. Sfruttando parti dello spettro normalmente non visibili, si riesce ad osservare dettagli che altrimenti sarebbero invisibili.

Per dirla tutta, anche le normali immagini visibili, subiscono un’opera di elaborazione pensata per ricostruire i dettagli e per ottimizzare la visione. Cosa significa? Nella concezione comune, un telescopio nel visibile e’ paragonabile ad una normale macchina digitale. Questo non e’ esattamente vero. Molto spesso, le immagini catturate da questi sistemi sono ottenute mediante una sovrapposizione di dati raccolti utilizzando filtri diversi.

Cosa significa?

Prendiamo come esempio il telescopio Hubble. In questo caso, il sistema acquisisce immagini a diverse lunghezze d’onda, o isolando una particolare frequenza piuttosto che altre. Si tratta di immagini in bianco e nero che poi vengono colorate artificialmente e sovrapposte per formare l’immagine finale. Attenzione, non dovete pensare che la colorazione artificiale sia un trucco per far apparire piu’ belle le foto. Questa tecnica e’ di fondamentale importanza per far esaltare dei particolari che altrimenti verrebbero confusi con il resto. Questa tecnica si chiama dei “falsi colori”, proprio perche’ la colorazione non e’ quella originale ma e’ stata creata artificialmente.

Per capire meglio, proviamo a fare un esempio.

Prendiamo una delle foto piu’ famose di Hubble, quella della galassia ESO 510-G13:

ESO 510-G13 da Hubble

Questa immagine e’ ottenuta con la tecnica del “colore naturale”, cioe’ esattamente come la vedrebbero i nostri occhi se fossero potenti come quelli di Hubble. In questo caso dunque, la colorazione e’ quella che potremmo vedere anche noi ma anche questa immagine e’ stata ottenuta sovrapponendo singoli scatti ripresi dal telescopio.

In particolare, si sono sovrapposte tre immagini in bianco e nero, ognuna ottenuta selezionando solo la radiazione visibile blu, rossa e verde:

ESO 510-G13 immagini a colore singolo

Perche’ viene fatto questo?

Selezionando solo una piccola parte dello spettro visibile, cioe’ il singolo colore, e’ possibile sfruttare il sistema per catturare al meglio i singoli dettagli. In questo modo, come visibile nelle foto, ciascuna immagine e’ relativa ad un solo colore, ma al meglio della risoluzione. Sommando poi le singole parti, si ottiene il bellissimo risultato finale che abbiamo visto.

Analogamente, in alcuni casi, si amplificano determinate lunghezze d’onda rispetto ad altre, per rendere piu’ visibili alcuni dettagli. Anche in questo caso vi voglio fare un esempio. Questa e’ una bellissima immagine della Nebulosa dell’Aquila:

Nebulosa testa d'aquila

Cosa significa amplificare alcuni colori?

Nella foto riportata, oltre ad ammirarla, gli astronomi riescono a vedere le emissioni di luce da parte dei singoli gas costituenti la nebulosa. Questo studio e’ importante per determinare la concentrazione di singoli elementi, e dunque identificare particolari tipologie di corpi celesti. Per capire meglio, nella ricostruzione a posteriori dell’immagine, e’ stato assegnato il colore verde all’emissione degli atomi di idrogeno, il rosso agli ioni di zolfo e il blu alla luce emessa dall’ossigeno ionizzato. Perche’ questo artificio grafico? Se non venisse elaborata, nell’immagine la luce emessa dalla zolfo e dall’idrogeno sarebbero indistinguibili tra loro. Se ora rileggete l’assegnazione dei colori riportata e rivedete l’immagine della nebulosa, siete anche voi in grado di determinare quali gas sono piu’ presenti in una zona piuttosto che in un’altra. Ovviamente questi sono processi che devono essere fatti analiticamente, elaborando le informazioni di ogni singolo pixel.

Analogo discorso puo’ essere fatto per la radioastronomia. In questo caso, come sapete e come anticipato, quelli che vengono registrati sono dei segnali radio provenienti dai diversi settori in cui viene diviso l’universo. Non avendo delle immagini, nei radiotelescopi si hanno degli impulsi radio che devono essere interpretati per identificare il tipo di sorgente, ma soprattutto la zona da cui il segnale proviene.

Per farvi capire meglio questo concetto, vi racconto la storia dell’inizio della radioastronomia. Nel 1929 un radiotecnico americano che lavorava in una stazione di Manila, mentre era al lavoro per eliminare disturbi dalle trasmissioni, si accorse che vi era un particolare rumore di fondo che si intensifica in determinati momenti della giornata. Nello stesso anno, Jansky, un ingegnere della compagnia americana Bell, anche lui al lavoro per cercare di migliorare le comunicazioni transoceaniche, arrivo’ alla stessa conclusione del radiotecnico. L’ingegnere pero’ calcolo’ il momento preciso in cui questi disturbi aumentavano, trovando che il periodo che intercorreva tra i massimi corrispondeva esattamente alla durata del giorno sidereo, 23 ore e 56 minuti. Solo anni piu’ tardi, riprendendo in mano questi dati, ci si accorse che la fonte di questo disturbo era il centro della nostra galassia. I segnali radio captati erano massimi quando il ricevitore passava davanti al centro della galassia, emettitore molto importante di segnali radio.

Oggi, mediante i nostri radiotelescopi, riusciamo ad identificare moltissime sorgenti radio presenti nell’universo e, proprio studiando questi spettri, riusciamo a capire quali tipologie di sorgenti si osservano e da quale punto dell’universo e’ stato inviato il segnale. A titolo di esempio, vi mostro uno spettro corrispondente ai segnali radio captati nell’arco del giorno con un semplice radiotelescopio:

Spettro giornaliero di un radiotelescopio con antenna da 3.3 metri. Fonte: Univ. di Pisa

Come vedete, sono chiaramente distinguibili i momenti di alba e tramonto, il passaggio davanti al centro galattico e quello corrispondente al braccio di Perseo. Come potete facilmente capire, si tratta di misure, chiamiamole, indirette in cui i nostri occhi sono proprio le antenne dei telescopi.

Concludendo, ci sono diversi metodi per pulire, migliorare o amplificare le immagini raccolte dai telescopi sia a terra che in orbita. Quello che facciamo e’ amplificare la nostra vista o utilizzando sistemi molto potenti, oppure ampliando lo spettro delle radiazioni che altrimenti non sarebbero visibili. I telescopi divengono dunque degli occhi sull’universo molto piu’ potenti e precisi dei nostri. Metodi diversi, ottico, UV, IR, radio, ecc, possono aiutare a capire dettagli o strutture che altrimenti sarebbero invisibili in condizioni normali. Detto questo, capite quanto lavoro c’e’ dietro una bella immagine che trovate su internet e soprattutto perche’ la foto ha una specifica colorazione o particolari sfumature.

 

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Dafne e KLOE: alte energie in Italia

31 Ago

In questi mesi, diversi lettori mi hanno chiesto di cosa mi occupassi precisamente. Come abbiamo imparato a conoscere attraverso alcuni articoli specifici, la fisica delle alte energie e’ molto vasta, con diversi esperimenti sparsi per il mondo. Nel mio caso specifico, ho partecipato e partecipo tutt’ora a diversi progetti in Italia, in Svizzera e negli Stati Uniti. Per darvi un’idea piu’ precisa, vorrei in questo articolo parlarvi di uno di questi progetti, KLOE, al quale sono per motivi affettivi piu’ legato, e che si trova ai Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Perche’ sono affezionato a questo esperimento? Semplice, oltre a trovarsi nel paese in cui sono nato, cresciuto ed in cui tutt’ora vivo, proprio su questo esperimento ho iniziato la mia carriera di fisico nel 2003, prima con la tesi di laurea, poi con il dottorato di ricerca e su cui, ancora oggi, lavoro.

Prima di tutto, e’ necessario che vi dia qualche informazione aggiuntiva. Purtroppo, mentre tutti hanno sentito parlare di CERN e LHC, pochi sanno che anche in Italia si fanno studi importanti e molto sofisticati di fisica delle alte energie. I laboratori Nazionali di Frascati sono il piu’ grande laboratorio di Fisica delle alte energie dell’INFN. Sono stati fondati nel 1955 e proprio qui e’ nata la fisica degli acceleratori. Da un’intuizione di Bruno Touschek proprio a Frascati e’ stata realizzata AdA nel 1960. Cosa sarebbe Ada? Come sapete, nei moderni acceleratori quello che si fa e’ far girare fasci di particelle ad altissima energia per farli poi scontrare in un punto preciso. Da questo scontro, grazie alla relazione di Einstein E=mc^2, possiamo creare particelle diverse da studiare per comprendere importanti meccanismi della natura. Facendo aumentare l’energia, possiamo di volta in volta scoprire particelle nuove. Fino al 1960, quest’idea nemmeno esisteva. Grazie all’esperimento AdA, che sta per Anello di Accumulazione, venne dimostrato come fosse possibile impacchettare fasci di particelle, farle muovere su orbite circolari e poi farle scontrare in un punto deciso a priori. Grazie proprio ad AdA vennero compresi importanti effetti di fisica dei fasci, importanti ancora oggi, tra questi, ad esempio, il cosiddetto Effetto Touchek dovuto all’interazione delle particelle nello stesso pacchetto.

Dal punto di vista delle particelle, AdA non scopri’ nessuna particella nuova. Questo e’ naturale se vedete la foto:

AdA: anello di accumulazione

AdA: anello di accumulazione

L’esperimento aveva un diametro di poco superiore al metro ed un’energia bassissima. Nonostante questo, AdA apri’ la strada ai futuri acceleratori. Subito dopo AdA, sempre a Frascati, si inizio’ a studiare qualcosa di piu’ grande, un vero e proprio collissore si particelle che oltre a far circolare i fasci, potesse accelerarli e curvarli. Nel 1967 venne dunque innaugurato Adone, che sta appunto per Big-AdA. Eccovi una foto di Adone:

Adone ai Laboratori Nazionali di Frascati

Adone ai Laboratori Nazionali di Frascati

Si tratta di un anello vero e proprio, molto piu’ simile a quelli attuali, con un diametro inferiore ai 100 metri e che poteva raggiungere la folle energia per l’epoca di 3GeV, ottenuta facendo scontrare fasci di elettroni e positroni. Per fare un confronto, oggi LHC e’ stato progettato per avere un’energia di 14TeV, cioe’ 14000GeV. Adone e’ stato il primo acceleratore moderno della storia. Capite dunque che la fisica dei collissori e’ nata a Frascati, laboratorio con una grandissima tradizione in questo settore e che, ancora oggi, ricopre un ruolo importante nei laboratori di tutto il mondo.

Ora cosa si studia a Frascati? Oggi in questi laboratori ci sono tantissimi gruppi che si occupano di fisica nucleare, fisica delle alte energie, astrofisica, astroparticelle, fisica della materia, fisica medica. Tra questi settori, un ruolo fondamentale e’ ricorperto ancora oggi dala fisica degli acceleratori e dal progetto KLOE a Dafne.

Dafne, il collisore attualmente in funzione ai Laboratori di Frascati

Dafne, il collisore attualmente in funzione ai Laboratori di Frascati

Dafne e’ l’attuale collissore dei laboratori che ha preso i primi dati utili nel 2000. Si tratta di sistema costituito da due anelli, uno per elettroni ed uno per positroni, che vengono fatti scontrare ad un’energia di poco superiore ad 1GeV. Perche’ un’energia cosi’ bassa? Al contrario di LHC, che e’ un esperimento di scoperta, in cui dunque si deve raggiungere la massima energia possibile per creare nuove particelle, Dafne e’ una macchina di precisione. Questa categoria di anelli, lavorano ad un’energia ben precisa, calibrata per massimizzare la produzione di determinate particelle. Nel caso di Dafne, la macchina e’ una fabbrica di mesoni Phi, Phi-factory.

Di modello standard, materia strana, antimateria, ecc, abbiamo parlato in questi post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

La materia oscura

Cosa sarebbe invece la Phi? Detto molto semplicemente, si tratta di una risonanza, cioe’ uno stato legato tra due quark (uno strange ed un anti-strange), che vive un tempo brevissimo dopo di che decade in qualche altra cosa. Tra i possibili canali di decadimento, tra i piu’ probabili ci sono quelli in coppie di Kaoni. Attenzione, il discorso sembra complicato, ma non lo e’. In fisica, ogni particella ha il suo nome. I kaoni sono soltanto una famiglia di particelle in cui rientrano diversi elementi: K carichi, K neutri, K lunghi, K corti, ecc.

Bene, a Dafne si vogliono studiare questi Kaoni e per produrli e’ necessario avere una macchina in grado di creare tantissime Phi. Perche’?

In questo articolo:

E parliamo di questo Big Bang

abbiamo parlato del meccanismo del Big Bang, vedendo come in seguito a questa esplosione, si e’ verificato uno sbilancio tra materia ed antimateria, che ha portato alla scomparsa della seconda e alla formazione di un universo di materia. Se ben ricordate, abbiamo anche detto come, dal punto di vista teorico, questo meccanismo e’ teoricamente possibile supponendo che siano avvenute determinate condizioni, dette di Sacharov. Tra queste, vi e’ una violazione di CP, cioe’ proprio uno squilibrio tra materia ed antimateria che porta nei decadimenti a preferire stati finali piu’ ricchi di materia.

Cosa c’entrano i kaoni con la violazione di CP?

Nel 1974, decadimenti con violazione di CP venero osservati per la prima volta per un membro della famiglia dei Kaoni, il K long. Ad oggi, oltre che nei Kaoni, la violazione di CP e’ stata osservata anche nei mesoni B. Detto questo, capite bene l’importanza di questi studi. Comprendere a fondo la violazione di CP e le sue conseguenze, ci permette di capire meglio l’origine stessa dell’universo.

L’esperimento operante a Dafne e che studia proprio i decadimenti delle particelle e’ KLOE, un complesso sistema di rivelatori pensato per registrare ed osservare tutte le particelle che entrano nei vari decadimenti.

L'esperimento KLOE installato all'interno di Dafne

L’esperimento KLOE installato all’interno di Dafne

Attraverso i dati raccolti e’ possibile ricostruire l’intero evento e capire che tipologia di decadimento e’ avvenuto. Per fare questo sono necessari diversi rivelatori, ognuno specializzato per determinate particelle, pensati e realizzati in modo del tutto unico direttamente ai laboratori di Frascati.

Perche’ ancora oggi a distanza di anni KLOE e Dafne sono in funzione?

Vista la rarita’ dei decadimenti che si vogliono studiare, e’ necessario raccogliere un campione molto vasto di dati. Detto in altri termini, poiche’ la probabilita’ di avere il decadimento che cercate e’ molto bassa, dovete raccogliere un campione molto grande di Phi per poter avere la statistica necessaria a fare questi studi.

KLOE ha preso dati fino al 2006 raccogliendo un campione cospicuo di Phi. Oltre alla violazione di CP,  KLOE ha posto importanti limiti in tantissimi decadimenti, studiato la gravita’ quantistica, osservato per la prima volta decadimenti mai visti prima, ecc. Tutti risultati di prim’ordine che hanno dato lustro alla fisica delle alte energie in Italia.

Nel 2008 e’ stato poi pensato, sempre a Frascati, un nuovo meccanismo di collissione dei fasci che permetterebbe a KLOE di raggiungere “luminosita’” piu’ elevate, cioe’, modificando solo la zona di interazione dei fasci, si potrebbero accumulare molti piu’ dati a partita’ di tempo. Questa modifica e’ importantissima per un esperimento di precisione come KLOE che dunque potrebbe andare a studiare nuovi settori e migliorare notevolmente i canali gia’ studiati. Proprio per questo motivo, si e’ deciso di iniziare un nuovo periodo di presa dati per KLOE.

Cosa e’ successo tra il 2009 e il 2013?

In questo periodo di tempo, KLOE, costruito come detto un decennio prima, ha pensato di realizzare nuovi rivelatori da installare vicino alla zona di interazione, proprio per migliorare la sua sensibilita’ sfruttando idee nuove e le ultime migliorie pensate in questi anni. Questi nuovi dispositivi sono rivelatori molto complessi e compatti che hanno richiesto diversi anni prima di essere ottimizzati e realizzati. Prima di questa estate, i nuovi rivelatori sono stati installati con successo ed in questi giorni si sta lavorando per ottimizzare il tutto e prepararci alla nuova presa dati dell’esperimento KLOE, ora chiamato KLOE-2. L’accensione di tutto il sistema e’ prevista per il 9 settembre, giorno di inizio di una lunga presa dati che portera’ sicuramente a nuovi ed importanti studi.

Come potete capire, la fisica delle alte energie non e’ riservata al CERN. I fisici italiani, oltre ad avere ruoli importanti nei grandi laboratori del mondo, sono anche attivi nel nostro paese con esperimenti di precisione, importantissimi per capire come funziona il nostro universo.

 

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

Orologi atomici e precisione del tempo

25 Ago

Qualche giorno fa, le pagine scientifiche di molti giornali hanno ospitato una notizia che e’ passata un po’ in sordina ma che, a mio avviso, merita di essere commentata se non altro per le interessanti discussioni a corollario. La notizia in questione, che molto sicuramente avrete letto, parlava di una nuova serie di orologi atomici costruiti dai ricercatori del NIST, National Institute of Standards and Technology, e che sono in grado di mantenere la precisione per un tempo paragonabile all’eta’ dell’universo.

Leggendo questa notizia, credo che le domande classiche che possono venire in mente siano: come funziona un orologio atomico? Come si definisce il secondo? Ma soprattutto, a cosa serve avere un orologio tanto preciso?

In realta’, rispondere a queste domande, non e’ cosa facile ma cercheremo di farlo sempre in modo divulgativo spiegando passo passo tutti i concetti richiamati.

Prima di tutto, cos’e’ il tempo? Come potete immaginare, in questo caso la risposta non e’ semplice, ma richiama tantissime discipline, non solo scientifiche, che da secoli si sono interrogate sulla migliore definizione di tempo. Tutti noi sappiamo che il tempo passa. Come ce ne accorgiamo? Proprio osservando il trascorrere del tempo, cioe’ degli avvenimenti che osserviamo intorno a noi. In tal senso, scientificamente, possiamo definire il tempo come quella dimensione nella quale si misura il trascorrere degli eventi. Questa definizione ci permette dunque di parlare di passato, presente e futuro, dividendo gli eventi in senso temporale. Ovviamente, non e’ l’unica definizione che potete dare di tempo e forse neanche la piu’ affascinante ma, sicuramente, e’ la piu’ pratica per l’utilizzo che se ne vuole fare nelle scienze.

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Detto questo, se parliamo di tempo come una dimensione, dobbiamo saper quantificare in qualche modo il suo scorrere. Detto in altri termini, abbiamo bisogno di un’unita’ di misura. Nel “Sistema Internazionale di unita’ di misura”, che e’ quello accettato in molti paesi e considerato la standard a cui riferirsi, l’unita’ di misura del tempo e’ il secondo.

Come viene definito un secondo?

Storicamente, la definizione di secondo e’ cambiata molte volte. Nella prima versione, il secondo era definito come 1/86400 del giorno solare medio. Questa definizione non e’ pero’ corretta a causa del lento e continuo, per noi impercettibile, allungamento delle giornate dovuto all’attrazione Terra-Luna e alle forze mareali, di cui abbiamo parlato in questo post:

Le forze di marea

Utilizzando pero’ questa definizione, non avremmo avuto a disposizione qualcosa di immutabile nel tempo. Per ovviare a questo problema, si decise dunque di riferire il secondo non piu’ in base alla rotazione della terra su se stessa, ma a quella intorno al Sole. Anche questo movimento pero’ e’ non uniforme, per cui fu necessario riferire il tutto ad un preciso anno. Per questo motivo, il secondo venne definito nel 1954 come: la frazione di 1/31 556 925,9747 dell’anno tropico per lo 0 gennaio 1900 alle ore 12 tempo effemeride. La durata della rotazione intorno al Sole era conosciuta da osservazioni molto precise. Qualche anno dopo, precisamente nel 1960, ci si rese conto che questa definizione presentava dei problemi. Se pensiamo il secondo come una frazione del giorno solare medio, chi ci assicura che il 1900 possa essere l’anno in cui il giorno aveva la durata media? Detto in altri termini, le definizioni date nei due casi possono differire tra loro di una quantita’ non facilmente quantificabile. Dovendo definire uno standard per la misura del tempo, conosciuto e replicabile da chiunque, abbiamo bisogno di un qualcosa che sia immutabile nel tempo e conosciuto con grande precisione.

Proprio queste considerazioni, portarono poi a prendere in esame le prorieta’ degli atomi. In particolare,  si penso’ di definire il secondo partendo dai tempi necessari alle transizioni atomiche che ovviamente, a parita’ di evento, sono sempre identiche tra loro. Proprio per questo motivo, il secondo venne definito come: la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini, da (F=4, MF=0) a (F=3, MF=0), dello stato fondamentale dell’atomo di cesio-133. In questo modo si e’ ottenuta una definizione con tutte le proprieta’ che abbiamo visto.

A questo punto, la domanda e’: come misurare il tempo? Ovviamente, di sistemi di misurazione del tempo ne conosciamo moltissimi, sviluppati e modificati nel corso dei secoli e ognuno caratterizzato da una precisione piu’ o meno elevata. Cosa significa? Affinche’ un orologio sia preciso, e’ necessario che “non perda un colpo”, cioe’ che la durata del secondo misurata sia quanto piu’ vicina, al limite identica, a quella della definizione data. In caso contrario, ci ritroveremo un orologio che dopo un certo intervallo, giorni, mesi, anni, migliaia di anni, si trova avanti o indietro di un secondo rispetto allo standard. Ovviamente, piu’ e’ lungo il periodo in cui questo avviene, maggiore e’ la precisione dell’orologio.

Come tutti sanno, gli orologi piu’ precisi sono quelli atomici. Cosi’ come nella definizione di secondo, per la misura del tempo si utilizzano fenomeni microscopici ottenuti mediante “fontane di atomi”, eccitazioni laser, o semplici transizione tra livelli energetici. Al contrario, negli orologi al quarzo si utilizza la vibrazione, indotta elettricamente, degli atomi di quarzo per misurare il tempo. La bibliografia su questo argomento e’ molto vasta. Potete trovare orologi atomici costruiti nel corso degli anni sfruttando proprieta’ diverse e con precisioni sempre piu’ spinte. Negli ultimi anni. si e’ passati alla realizzazione di orologi atomici integrando anche fasci laser e raffreddando gli atomi a temperature sempre piu’ vicine allo zero assoluto.

Nel caso della notizia da cui siamo partiti, l’orologio atomico costruito sfrutta la transizione di atomi di itterbio raffreddati fino a 10 milionesimi di grado sopra lo zero assoluto indotta mediante fasci laser ad altissima concentrazione. Questo ha permesso di migliorare di ben 10 volte la precisione dell’orologio rispetto a quelli precedentemente costruiti.

A questo punto, non resta che rispondere all’ultima domanda che ci eravamo posti all’inizio: a cosa serve avere orologi cosi’ precisi? Molto spesso, leggndo in rete, sembrerebbe quasi che la costruzione dell’orologio piu’ preciso sia una sorta di gara tra laboratori di ricerca che si contendono, a suon di apparecchi che costano milioni, la palma della miglior precisione. In realta’ questo non e’ vero. Avere una misura sempre piu’ precisa di tempo, consente di ottenere risultati sempre piu’ affidabili in ambito diverso.

Per prima cosa, una misura precisa di tempo consente di poter sperimentare importanti caratteristiche della relativita’. Pensate, ad esempio, alla misura della distanza tra Terra e Luna. In questo caso, come visto in questo articolo:

Ecco perche’ Curiosity non trova gli alieni!

si spara un laser da Terra e si misura il tempo che questo impiega a tornare indietro. Maggiore e’ la precisione sulla misura del tempo impiegato, piu’ accurata sara’ la nostra distanza ottenuta. Molto spesso infatti, si suole misurare le distanze utilizzando tempi. Pensiamo, ad esempio, all’anno luce. Come viene definito? Come la distanza percorsa dalla luce in un anno. Tempi e distanze sono sempre correlati tra loro, condizione per cui una piu’ accurata misura di tempi  consente di ridurre l’incertezza in misure di distanza.

Anche quando abbiamo parlato del sistema GPS:

Il sistema di posizionamento Galileo

Abbiamo visto come il posizionamento viene fatto misurando le differenze temporali tra i satelliti della galassia GPS. Anche in questo caso, la sincronizzazione e’ fondamentale per avere precisioni maggiori nel posizionamento. Non pensate solo al navigatore che ormai quasi tutti abbiamo in macchina. Questi sistemi hanno notevole importanza in ambito civile, marittimo, militare. Tutti settori di fondamentale importanza per la nostra societa’.

Concludendo, abbiamo visto come viene definito oggi il secondo e quante modifiche sono state fatte nel corso degli anni cercando di avere una definizione che fosse immutabile nel tempo e riproducibile per tutti. Oggi, abbiamo a disposizione molti sistemi per la misura del tempo ma i piu’ precisi sono senza dubbio gli orologi atomici. Come visto, ottenere precisioni sempre piu’ spinte nella misura del tempo e’ di fondamentale importanza per tantissimi settori, molti dei quali anche strategici nella nostra soscieta’. Ad oggi, il miglior orologio atomico realizzato permette di mantenere la precisione per un tempo paragonabile all’eta’ dell’universo, cioe’ circa 14 miliardi di anni.

 

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Fiocco rosa per il delfino

22 Ago

Come sempre accade, il nostro universo e’ in grado di regalarci degli spettacoli gratuiti assolutamente non paragonabili con nient’altro. Da pochi giorni, abbiamo avuto l’appuntamento annuale con le “lacrime di San lorenzo” che da sempre affascinano e tengono molte persone con il nasu all’insu’ tutta la notte.

Proprio pochi giorni dopo il picco delle stelle cadenti, precisamente il 14 agosto, un astrofilo giapponese, mentre era intento ad osservare il cielo, ha notato una stella nella costellazione del cigno che non conosceva e che non gli sembrava ci fosse nei giorni precedenti. La segnalazione dell’astrofilo ha ovviamente mobilitato gli astronomi di mezzo mondo che osservando il cielo hanno potuto constatare la presenza di una cosiddetta “stella nova”.

Nova Delfini 2013

Nova Delfini 2013

Cosa sarebbe una stella nova?

Non lasciativi confondere dal nome. L’aggettivo “nova” non c’entra nulla ne’ con supernova ne’ tantomeno con nuova. Si tratta di un fenomeno conosciuto nel nostro universo e che ogni tanto e’ possibile osservare. La stella nova in questione e’ dovuta ad un sistema binario visibile nella costellazione del cigno. In questa coppia, una delle due stelle e’ una nana bianca. Come sapete, questo e’ uno stadio particolare dell’evoluzione delle stelle che, una volta esaurito il combustibile nucleare, si contraggono gravitazionalmente mantenendo la stessa massa, paragonabile a quella del sole, ma raggiungendo diametri piu’ simili a quelli della Terra.

Un sistema di stelle doppie e’ ovviamente influenzato dai campi gravitazionali dei membri. Ciascuna stella esercita e subisce la forza di attrazione della compagna. In questa configurazione e’ possibile che la nana bianca assorba idrogeno dall’altra stella riuscendo in questo modo ad innescare un’esplosione di tipo nucleare grazie alla fusione degli atomi.

Detto questo, una stella nova altro non e’ che l’esplosione della nana bianca che, a differenza di quanto accade nelle supernove, non viene assolutamente distrutta ma rimane intatta. Capite anche che questo e’ un fenomeno transitorio che si esaurisce nel giro di poco tempo terminata l’esplosione.

Bene, la stella individuata il 14 agosto, e ora chiamata Nova Delfini 2013, si trova, come anticipato, nella costellazione del cigno ed e’ visibile anche dall’Italia.

Particolarita’ di questa nova e’ l’aumento di luminosita’ che ha fatto registrare passando da magnitudine +13 a +6,8 fino a +4 nei giorni scorsi. Come detto in altri articoli, minore e’ la magniturdine, che puo’ assumere anche valori negativi, maggiore e’ la luminosita’ della stella.

Come detto, Nova Delfini 2013 e’ visibile anche dall’Italia. Per individuarla potete fare riferimento a questa mappa stellare:

Posizione di Nova Delfini nel cielo

Posizione di Nova Delfini nel cielo

Avendo una magnitudine di +4, dalle citta’ con inquinamento luminoso piu’ elevato e’ consigliabile munirsi anche solo di un semplice binocolo. La stella e’ invece perfettamente visibile dalla campagna o dai luoghi meno illuminati.

Dal punto di vista astronomico, la stella si trova a 97 anni luce da noi. In passato sono gia’ state osservate stelle nove anche a magnitudine minore, ad esempio nova Scorpio nello scorpione. Eventi di questo tipo sono comunque sempre spettacolari e ci permettono di capire come il nostro universo non sia assolutamente statico ma possa essere visto come un sistema vivo e mutabile nel tempo.

 

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