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17 equazioni che hanno cambiato il mondo

26 Ago

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

Perchè ho deciso di dedicare un articolo a questo libro?

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

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

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

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

Le 17 equazioni che hanno cambiato il mondo secondo Ian Stewart

Le 17 equazioni che hanno cambiato il mondo secondo Ian Stewart

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

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

Teorema di Pitagora

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

 

Logaritmo del prodotto

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

 

Limite del rapporto incrementale

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

 

Legge di Gravitazione Universale

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

 

Radice quadrata di -1

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

 

Formula di Eulero per i poliedri

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

 

Distribuzione normale

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

 

Equazione delle Onde

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

 

Trasformata di Fourier

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

 

Equazioni di Navier-Stokes

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

 

Equazioni di Maxwell

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

 

La seconda legge della Termodinamica

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

 

Relatività

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

 

Equazione di Schrodinger

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

 

Teorema di Shannon o dell’informazione

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

 

Teoria del Caos o Mappa di May

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

 

Equazione di Black-Scholes

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

 

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

 

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

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SWARM e la diminuzione del campo geomagnetico

21 Giu

Nella solita sezione:

– Hai domande o dubbi?

Ormai divenuta punto di riferimento per i frequentatori di questo blog, è stata posta una domanda davvero molto interessante e che credo meriti un maggiore approfondimento attraverso un apposito articolo. La domanda in questione è relativa alla missione dell’ESA SWARM e che ha il compito di monitorare e misurare con una precisione mai raggiunta prima la struttura del campo magnetico terrestre. Per dirla tutta, la domanda iniziale puntava il dito anche contro una serie di articoli apparsi in rete, alcuni anche di note riviste considerate tutt’altro che catastrofiche, leggasi Focus, che forse si sono lasciate prendere un po’ la mano nei toni con affermazioni, lasciatemi dire, un po’ troppo esagerate.

Detto questo, cerchiamo di andare con ordine e capire meglio di cosa si sta parlando.

In diversi articoli ci siamo già occupati di campo magnetico terrestre dal momento che questo, ed in particolare la sua inversione, rappresentano da sempre un argomento molto in voga in chi vorrebbe far credere che qualcosa di grave stia accadendo alla nostra terra. Ecco alcuni esempi:

Inversione dei poli terrestri

La terza fascia di Van Allen

Come visto, il campo magnetico terreste offre una naturale protezione per la biosfera contro le radiazioni emesse dal nostro Sole. Queste, convogliate dalle linee di campo, vengono deviate e non riescono a penetrare direttamente nella nostra atmosfera. Questo, ad eccezione di alcuni punti specifici come ad esempio i poli, dove l’ingresso delle particelle e la loro seguente interazione con le molecole presenti in atmosfera da luogo allo splendido fenomeno naturale delle aurore.

Ora, come visto diverse volte, molto spesso vengono diffuse teorie secondo le quali il campo magnetico terrestre sia in procinto di invertirsi o, peggio ancora, di scomparire del tutto. E’ possibile questo? Per quanto riguarda l’inversione, assolutamente si. In diversi articoli abbiamo parlato di ciclo solare:

– Evidenze dal Sole?

– Le macchie solari AR1504

– Gli effetti di AR1504

– Sole: quanta confusione!

– Inversione dei poli terrestri

– Nuova minaccia il 22 Settembre?

– Come seguire il ciclo solare

– Curiosita’ sui cicli solari

– Possiamo scegliere tra era glaciale o desertificazione

Tempesta solare e problemi ai telefoni?

Come visto, il nostro Sole è solito invertire il verso dei suoi poli magnetici ogni 11 anni, in concomitanza con quelli che siamo soliti chiamare cicli solari. Per la nostra Terra invece, sempre caratterizzata da un campo magnetico dipolare, siamo soliti pensare che i suoi poli siano fissi nella loro posizione, polo nord magnetico verso nord terrestre e viceversa per il sud.

E’ possibile che i poli magnetici della Terra si invertano? Assolutamente si. Anzi, per dirla tutta, questo è già successo diverse volte nella storia geologica del nostro pianeta. Come si vede questo? Esiste una specifica branca della geofisica che si chiama paleomagnetismo. In questa disciplina, come visto negli articoli precedenti, si studia il verso del campo magnetico terrestre analizzando la disposizione magnetica delle rocce sedimentarie. Come è evidente, durante la loro formazione, i nuclei magnetici presenti si orientano secondo la direzione del campo terrestre e poi, una volta raffreddate, restano congelate in questa posizione.

Detto questo, torniamo invece a parlare di SWARM. Come anticipato, si tratta di una missione dell’ESA lanciata alla fine dell’anno scorso e che ora sta cominciando a dare i primi dati. L’intera missione è costituita da una costellazione di 3 satelliti che hanno lo scopo di mappare intensità, forma e andamento del campo magnetico, eliminando tutte le sorgenti esterne tra cui, ovviamente, quella solare. Solo pochi giorni fa, sono stati presentati i primi risultati della missione che hanno mostrato una sensibilità mai raggiunta prima per le misure di campo. Come potete immaginare, lo scopo della missione è quello di monitorare e capire a fondo il campo magnetico terrestre e, anche, vedere variazioni significative della sua forma. Queste, ovviamente, legate anche allo studio di una ipotetica inversione dei poli.

Bene, detto questo, i dati della missione hanno per il momento confermato quello che già si sapeva. Questo solo per rimanere nella parte interessante per rispondere alla domanda iniziale. Come visto anche nei nostri articoli precedenti, il polo nord magnetico è in lento e costante movimento e dovrebbe arrivare, nel giro di una cinquantina di anni, in Siberia. Questa foto, già utilizzata anche in precedenza, aiuta a visualizzare la posizione dei nord magnetico:

Posizione del polo nord magnetico nel corso degli anni

Posizione del polo nord magnetico nel corso degli anni

Ovviamente, ho parlato di “parte interessante per la domanda iniziale” dal momento che gli scopi della missione SWARM non sono solo quelli di vedere se il campo si sta invertendo o meno, ma di studiare moltissimi parametri legati al magnetismo del nostro pianeta.

Cosa si evince dunque dai dati preliminari della missione? Semplice, che il campo magnetico è in movimento e che i poli si stanno spostando. Questo significa che è in atto un’inversione del campo? Molto probabilmente no. Se prendiamo come riferimento il nostro Sole, la fase di transizione tra una configurazione e l’altra è estremamente complessa con un campo che non appare più semplicemente dipolare.

Linee di campo magnetico solare prima e durante l'inversione dei poli

Linee di campo magnetico solare prima e durante l’inversione dei poli

Per dirla tutta, esistono anche teorie che prevedono un lento e continuo movimento dei poli magnetici terrestri fino alla completa inversione. Anche in questo caso però, il processo durerebbe non meno di 5000-10000 anni.

Bene, alla luce di quanto detto, provate ora a leggere questo articolo:

Articolo focus SWARM

Come vedete, in alcuni tratti il catastrofismo sembra imperante. Ripeto, l’inversione del campo magnetico terrestre è possibile, il polo nord si sta spostando ed in passato sono già avvenute inversioni di campo. C’è da preoccuparsi? Da quanto detto, direi proprio di no! Sicuramente i dati raccolti da SWARM aiuteranno a comprendere meglio il campo magnetico terrestre e forniranno moltissimo materiale su cui lavorare. Da qui a parlare di inversione dei poli in corso, direi che c’è una notevole differenza.

 

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.

 

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Lampioni alieni su Marte

11 Apr

Come visto in diversi articoli, la missione della NASA Curiosity ha assunto un’importanza del tutto particolare e non solo dal punto di vista scientifico. Diversi fattori hanno contribuito a creare la notorieta’ popolare del rover. Prima di tutto, Marte e’ da sempre visto come pianeta che potrebbe ospitare forme di vita. Questo, purtroppo, piu’ che da aspetti biologici e fisici, dipende dai tanti film di fantascienza che da sempre sono stati ambientati sul pianeta rosso. Oltre a questi aspetti, lasciatemi dire, storici, il rover e’ giunto sul pianeta in piena era digitale dove molti dispongono di una connessione internet e, nel modo giusto o sbagliato, cercano di reperire informazioni sulla rete. In tutto questo poi, non dimentichiamo un aspetto fondamentale, le foto scattate da Curiosity vengono messe online praticamente subito e sono di libero accesso a chiunque.

In questo scenario open source, i complottisti e i sostenitori della vita su Marte sguazzano allegramente analizzando minuzionsamente ogni singolo scatto alla ricerca della prova che farebbe ricredere tanti scienziati e dimostrerebbe la presenza di colonie intelligenti sul pianeta rosso.

Praticamente ogni giorno troviamo qualche notizia che parla di strani ritrovamenti osservati in qualche foto in lontananza. Praticamente sempre, queste “osservazioni” si riducono a rocce di forma particolare sulle quali l’elaborazione cerebrale umana costruisce soggetti comuni che vanno da animali, uomini sdraiati, basi aliene, ecc. Come sapete, questo e’ un fenomeno noto e conosciuto come pareidolia.

Perche’ torno su questi argomenti?

Semplice, come forse avrete letto, in questi giorni c’e’ stata una nuova evidenza messa in luce da una foto di Curiosity. A differenza dei casi precedenti, questa volta non abbiamo dischi volanti, ma quella che sembrerebbe una luce proveniente dal sottosuolo.

Senza troppi giri di parole, vi mostro subito l’immagine:

La foto scattata da Curiosity con la strana anomalia

La foto scattata da Curiosity con la strana anomalia

Come vedete, in lontananza si vede quello che sembrerebbe un raggio di luce proveniente dal terreno. Questa foto e’ stata evidenziata e resa celebre proprio da un sito di sostenitori degli ufo. La spiegazione? Ovviamente, non sembra una luce, e’ una luce. Una luce su Marte? Certo, si tratta di un’evidenza che Marte sia un pianeta abitato. A causa pero’ delle avverse condizioni sulla superficie, gli abitanti del pianeta rosso vivono in comunita’ sotterranee. La luce che abbiamo osservato altro non e’ che uno dei punti di accesso al sottosuolo.

E’ verosimile questa ipotesi?

Se proprio devo dire la mia, cosi’ su due piedi, permettetemi di essere abbastanza scettico.

Cerchiamo di andare con ordine e di approcciarci a questo problema in modo razionale e senza lasciarci trasportare da “quello che vogliamo vedere”.

Per prima cosa, ogni foto che viene scattata da Curiosity e’ ottenuta sovrapponendo due immagini prese nello stesso istante, la prima da una fotocamera posizionata sul lato destro, la seconda sul lato sinistro. Perche’ questo? Semplice, questo semplice trucco e’ utilizzato per dare maggior definizione e piu’ profondita’ alle immagini, un po’ come fanno i nostri occhi che forniscono due immagini contemporaneamente al cervello. Per la foto incriminata, la presenza del misterioso oggetto e’ presente solo in una delle due immagini e precisamente in quella di destra, mentre in quella di sinistra non e’ presente nessuna anomalia. Sul sito della NASA sono disponibili anche le due immagini separate e che vi riporto qui:

Singole foto scattate con le due camere sui lati opposti

Singole foto scattate con le due camere sui lati opposti

Detto questo, almeno a mio avviso, credo si possa escludere una luce artificiale proveniente dal terreno. Dal mio punto di vista, se ci fosse qualcosa di artificiale in quel punto, questo sarebbe visibile sempre indipendentemente dalla posizione della fotocamera e, soprattutto, dal lato del rover da cui l’immagine viene presa.

Allora cosa potrebbe essere questa anomalia?

La prima spiegazione che verrebbe in mente e’ quella di un’anomalia al sensore della camera. Attenzione pero’, se fosse un guasto relativo ad alcuni pixel della ccd, in questo caso dovremmo vedere dei disturbi in tutte le foto scattate dalla stessa camera, cosa che non avviene nelle foto catturate in seguito. Non e’ pero’ necessario pensare ad una rottura strutturale della camera, quanto ad una anomalia temporanea del sensore.

Cosa potrebbe provocare un’anomalia temporanea?

Come sostenuto anche da alcuni tecnici della NASA, l’improvviso bagliore in un punto preciso potrebbe essere dipeso da un rilascio energetico in quel punto a causa di un evento sporadico e non sistematico. Tradotto? Il passaggio di un raggio cosmico particolarmente, ma neache troppo, energetico sul sensore della camera. Come sapete, anche noi sulla Terra siamo costantemente bombardati da particelle provenienti dalla Galassia e principalmente dal Sole. Nel caso specifico della Terra abbiamo quello che si chiama sciame secondario provocato dalle particelle, queste di sciame primario, che arrivano nella parte alta dell’atmosfera dallo spazio. La presenza di queste particelle, ripeto conosciute e studiate da tantissimi anni, rappresentano un fattore da monitorare anche nei viaggi nel cosmo e per gli astronauti sulla Stazione Spaziale. In questo caso infatti, la dose di particelle deve essere controllata per evitare livelli troppo elevati di radiazione.

Su Marte arrivano ovviamente raggi cosmici provenienti in larga parte dal Sole. Bene, quella piccola traccia presente nello scatto della camera potrebbe proprio essere il segno lasciato dal passaggio di un raggio cosmico. Questo non solo spiegherebbe la presenza dell’anomalia ma sarebbe compatibile con quanto osservato. Il passaggio della particella lascia il segno nel momento dello scatto ma non danneggia irreparabilmente la CCD. Dunque, negli scatti successivi non si osserva piu’ nessuna anomalia. Inoltre, il passaggio in un punto preciso spiegherebbe anche perche’ l’anomalia e’ presente in una solo fotocamera mentre l’altra immmagine ne e’ sprovvista.

A mio avviso, questa spiegazione e’ la piu’ plausibile e concorda in pieno con quanto osservato.

Altre spiegazioni razionali che sono state date sono relative alla presenza di particolari riflessi della luce solare. In particolare, due le ipotesi piu’ accreditate in questo caso: roccia o dust devil.

Per la roccia, e’ possibile immaginare la presenza di una roccia molto riflettente nel punto in cui si vede l’anomalia. In questo caso, la poca distanza, ma comunque il lato opposto, delle camere sul rover farebbe si che la luce riflessa possa essere osservata da un lato e non dall’altro. Personalmente, pensando ad una roccia molto riflettente in un punto preciso di Marte, la cosa mi sembrerebbe un po’ strana.

L’altra ipotesi richiamata e’ quella del dust devil. Di questo argomento abbiamo gia’ parlato in due post specifici:

Tornando di Fuoco in Australia

Marte: pietra che rotola o misterioso Yeti?

Come visto, i dust devil sono dei piccoli tornado di sabbia che si formano in condizioni particolari e che sono stati ripresi anche sulla superifice di Marte. In particolare, questa animazione ci mostra proprio uno di questi vortici ripreso sul pianeta rosso:

Dust devil ripreso sulla superficie di Marte

Dust devil ripreso sulla superficie di Marte

Cosi, come nel caso della roccia, l’anomalia sarebbe dovuta alla riflessione della luce proveniente dal sole sul tornado. Riflessione visibile solo da un lato perche’ il secondo sensore e’ in posizione piu’ sfavorevole o coperto dal rover stesso. Anche qui, se devo pensare ad una camera che vede un riflesso mentre l’altra no, diciamo che la spiegazione mi sembra un po’ forzata.

Concludendo, almeno dal mio punto di vista, mi sentirei di escludere da subito che l’anomalia osservata su Marte da Curiosity sia prodotta da un faro alieno posto sotto la superficie. La spiegazione piu’ logica, alla luce, e’ proprio il caso di dirlo, di quanto osservato, e’ che la piccola traccia sia prodotta dal passaggio di un raggio cosmico nel sensore di una delle due telecamere proprio nel momento dello scatto. Se pensiamo all’energia in gioco e alla frequenza del passaggio di queste particelle, la cosa non e’ assolutamente sorprendente. Come dichiarato anche da altre fonti interne alla NASA, molte volte vengono registrate immagini da Marte con puntini o zone piu’ luminose dovute al passaggio di particelle. Detto questo, almeno in attesa di una spiegazione conclusiva anche da parte della NASA stessa, io mi sento di votare per il raggio cosmico.

 

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

La portatrice di sventura e’ arrivata!

19 Nov

Per mesi siamo stati qui a discutere della cometa ISON, di quali sventure avrebbe portato e, a suon di articoli, a smentire di volta in volta tutte quelle voci che volevano far credere a particolari segnali inviati da questa cometa. Questi sono solo alcuni degli articoli scritti su questa cometa:

Rapido aggiornamento sulla ISON

2013 o ancora piu’ oltre?

E se ci salvassimo?

Che la ISON abbia pieta’ di noi!

– Se la Ison non e’ cometa, allora e’ …

Ison: cometa in technicolor

Poi? Mentre la rete e’ ancora indaffarata ad interrogarsi su ipotetiche variazioni di luminosita’, cambi di colore o accelerazioni sospette, zitta zitta, la nostra bella cometa si e’ avvicinata al Sole al punto di diventare visibile.

Nella sezione:

Hai domande o dubbi?

un nostro caro lettore ci ha appunto chiesto di fare chiarezza sulla visibilta’ della ISON e di cercare di capire come poterla osservare ad occhio nudo.

Come discusso piu’ volte, man mano che la ISON si avvicinava al Sole e mostrava meglio la sua struttura e composizione, ci si e’ resi conto che le potenzialita’ di questo oggetto celeste dovevano notevolmente essere corrette al ribasso. Quando venne scoperta, molti iniziarono a parlare di “cometa del secolo”, in grado non solo di essere visibile ad occhio nudo, ma chiaramente osservabile anche in pieno giorno. Si parlava addirittura di luminosita’ piu’ alte di quelle della Luna.

Purtroppo, osservato meglio il suo diametro e la scia, ci si e’ accorti che queste anticipazioni erano molto esagerate. Anche se non sara’ la cometa del secolo, ogni passaggio di cometa visibile da Terra e’ sempre uno spettacolo molto bello da vedere.

Inoltre, negli ultimi giorni, avvicinandosi al Sole, la ISON ha aumentato in parte la sua luminosita’ ricorreggendo nuovamente, questa volta al rialzo se pur di poco, le attese:

Aumento della luminosita' della ISON negli ultimi giorni

Aumento della luminosita’ della ISON negli ultimi giorni

Al contrario di quanto si pensava fino a pochi giorni fa, la cometa e’ divenuta visibile anche ad occhio nudo, anche se ancora molto debolmente.

Bene, cerchiamo dunque di rispondere alla domanda iniziale da cui siamo partiti: come vedere questa cometa?

Piccola premessa, durante queste mattine di novembre, ci sono, come annunciato in altri articoli, ben quattro comete visibili nei nostri cieli e, per nostra fortuna, tutte visibili dall’emisfero boreale e tutte nella stessa direzione. Per poterle osservare bene, e’ consigliabile munirsi anche solo di un semplice binocolo con sufficiente ingrandimento, in modo da poter distinguere molto bene chioma e coda, ad esempio, per la ISON.

Per poter osservare le comete, e’ necessario guardare verso EST poco prima delle 5 del mattino, cioe’ prima dell’alba. Ecco una mappa che vi mostra il cielo e la posizione della cometa:

Punti di visibilita' della ISON a novembre. Fonte: Coelum Astronomia

Punti di visibilita’ della ISON a novembre. Fonte: Coelum Astronomia

Ecco invece il cielo di Novembre con le quattro comete visibili:

Comete visibili nel cielo di Novembre. Fonte: Astroperinaldo.

Comete visibili nel cielo di Novembre. Fonte: Astroperinaldo.

Ricapitolando, per osservare la ISON, dobbiamo guardare veso EST prima dell’alba ed in direzione della stella SPICA. Fate attenzione, poiche’ la luminosita’ della ISON e’ ancora molto bassa, +5.5, dovete trovarvi un un luogo abbastanza scuro e quindi privo di fonti di inquinamento luminoso.

Verso la fine di novembre, la ISON non sara’ piu’ facilmente visibile perche’ la sua posizione sara’ bassa all’orizzonte e sara’ investita dalla luce del Sole che sorge.

Dai primi giorni di Dicembre pero’, la cometa tornera’ di nuovo visibile ad occhio nudo al tramonto del Sole.

In questi giorni, il tempo soprattutto in Italia non ci sta consentendo di vedere molto facilmente la cometa, ma visto il fitto calendario di giorni in cui questa sara’ visibile ad occhio nudo, sicuramente non manchera’ occasione di poter gustare questo fantastico spettacolo naturale.

Certo, se diamo retta ai tanti catastrofisti della domenica, chissa’ anche quali sventure portera’ questa cometa!

 

 

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