Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Aggiornamenti su Europa: chimica dell’oceano e siti di sbarco

Europa Report panorama[…] Ma quello che eccede tutte le meraviglie, ho ritrovati quattro pianeti di nuovo, e osservati i loro movimenti propri e particolari, differenti fra loro e da tutti gli altri movimenti delle stelle, e questi nuovi pianeti si muovono intorno ad un’altra stella molto grande, non altrimenti che si muovino Venere e Mercurio, e per avventura li altri pianeti conosciuti intorno al Sole. […] (nell’immagine: un fotogramma da Europa Report, il film)-

Iniziò così la storia di Europa, la sera del lontano 7 gennaio 1610 quando, insieme ad Io, Ganimede e Callisto, fu scoperta da Galileo Galilei. È la più piccola delle quattro lune medicee di Giove, da cui dista 671 mila chilometri ed intorno al quale svolge un periodo di rivoluzione di 3 giorni e 13 ore. Il suo moto è sincrono con quello del pianeta e pertanto mostra ad esso sempre lo stesso emisfero. È anche uno dei satelliti più massicci dell’intero sistema solare con il suo diametro massimo di 3120 chilometri e una densità media di 3,3 kg/cm3. La sua superficie è relativamente piatta e ricoperta da uno strato di ghiaccio, il cui spessore è oggetto di un serrato dibattito. La suggestiva ipotesi dell’esistenza su Europa di un oceano di circa 100 chilometri di profondità, cioè un vasto corpo che può contenere due o tre volte il volume di tutta l’acqua liquida presente sulla Terra, ha affascinato da subito gli scienziati e stimolato numerose ricerche, finalizzate alla valutazione dell’esistenza di un possibile ambiente adatto alla vita e contemporaneamente anche alla individuazione di aree funzionali ad uno sbarco futuro. Ovviamente, per confermare questo, è necessario raggiungere una conoscenza approfondita riguardo alla composizione chimica dell’oceano di Europa e alla presenza dell’energia necessaria all’attivazione dei cicli chimici peculiari della vita, quale noi la conosciamo.

Per valutare la composizione chimica di questo immenso corpo liquido non sono risultate più sufficienti le informazioni fornite dai vari strumenti della sonda Galileo (in orbita dal 18 ottobre 1989), quali il NIMS (Near-Infrared Mapping Spectrometer) che valuta le lunghezze d’onda da 0,7 a 5,2 micrometri. Per questo motivo due scienziati, Mike Brown (Caltech-California Institute of Technology, Pasadina) e Kevin Hand (JPL- Jet Propulsion Laboratory, NASA) si sono appoggiati ai dati raccolti dallo strumento Keck di Mauna Kea, utilizzando ottiche adattive e analisi spettrografiche effettuate con OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph). Questo spettrografo operante nel vicino infrarosso prende spettri in un piccolo campo di vista e consente di ignorare le lunghezze d’onda di disturbo, causate nell’atmosfera terrestre dalle emissioni da OH- (ossidrile), permettendo così l’individuazione di oggetti 10 volte più deboli di quelli rilevati in precedenza. Le analisi hanno portato alla scoperta della presenza sulla superficie di un solfato di sale di magnesio, chiamato epsomite, cosa che poteva deporre a favore di uno scambio di materiali tra l’oceano sottostante e la superficie stessa.

In merito a questo, un dato importante da evidenziare è che c’è una marcata differenza nei materiali che compongono l’emisfero di Europa rivolto verso Giove e quello nascosto: il primo ha una colorazione gialla, mentre l’altro è striato di materiale rosso. L’ipotesi più accreditata sui motivi di tale differenza è la presenza della luna Io, la più vicina al pianeta, che produce con la sua intensa attività vulcanica grandi quantità di zolfo, parte del quale si accumulerebbe proprio sulla superficie di Europa, maggiormente nell’emisfero nascosto, insieme a ghiaccio non di acqua. Le analisi spettrografiche, condotte da Brown e Hand sui materiali, hanno messo in evidenza che entrambi gli emisferi contengono quantità significative di ghiaccio non di acqua e che è presente solfato di magnesio solo sull’emisfero nascosto. Questo dato, pertanto, ha portato i ricercatori a concludere che tale composto non possa provenire dall’oceano, ma da un altro precursore minerale del magnesio (probabilmente cloruro di magnesio), distribuito ovunque sul satellite. Questa ipotesi concorda con altre analisi fatte da Brown sull’atmosfera di Europa, dalle quali risulta che questa è costituita da sodio e potassio, i cloruri dei quali, pertanto, dovrebbero essere i sali prevalenti sulla superficie di Europa. In conclusione la composizione dell’oceano di Europa potrebbe non essere molto diversa da quella degli oceani della Terra!

europa_oceanImmagine 1: Sulla base di nuove prove gli astronomi ipotizzano che sali di cloruro sgorghino dall’oceano liquido profondo della luna ghiacciata di Giove, Europa, e raggiungano la superficie, dove verrebbero bombardati dallo zolfo emesso dai vulcani della luna più interna del pianeta, Io. Le nuove scoperte danno risposte alle domande che sono state dibattute fin dai tempi delle missioni Voyager e Galileo della NASA. Illustrazione artistica di Europa (in primo piano), Giove (a destra) e Io (al centro). Credit: NASA / JPL – clicca 2 volte per ingrandire

Altro dato interessante riguardo alla chimica dell’oceano di Europa è la presenza di perossido d’idrogeno (insomma… acqua ossigenata, ma 20 volte più diluita di quella in vendita nelle nostre farmacie!). Questo composto, al di sotto della crosta ghiacciata, potrebbe trasformarsi in ossigeno, creando un rimescolamento dei materiali tra superficie e profondità, e presentarsi così come una sorgente di energia utile per eventuali forme di vita. Comunque anche questo composto non è distribuito in modo uniforme: la concentrazione maggiore (0,12% rispetto all’acqua) si trova sul lato rivolto verso Giove, mentre sull’emisfero opposto si abbassa fino a raggiungere quasi lo zero. E inoltre appare più concentrato nelle zone in cui il ghiaccio è fatto quasi esclusivamente di acqua. Queste ultime ricerche rimodulano quanto proposto ad una prima lettura dei dati rilevati dallo strumento NIMS, i quali lasciavano ipotizzare una quantità uniforme di perossido all’interno dello strato ghiacciato con un tasso di concentrazione pari allo 0,13%, concentrazione presente in realtà solo nelle regioni più ricche di ghiaccio di acqua. I ricercatori comunque concordano sull’importanza di un approfondimento riguardo alla presenza e alle trasformazioni del perossido d’idrogeno su Europa, per confermare o meno la possibilità di un ambiente favorevole alla vita. La ricerca, però, si presenta difficoltosa perché le regioni polari del satellite, ricche di ghiaccio, non sono facilmente osservabili.

 twin_europaImmagine 2: Questa immagine mostra Europa in colore naturale (a sinistra) e in colore migliorato per esaltare le differenze della superficie (a destra). La parte luminosa bianca e bluastra è composto principalmente di ghiaccio d’acqua, con pochissima quantità di altri materiali non di ghiaccio. In contrasto, le regioni brunastre screziate sul lato destro dell’immagine possono essere coperte da sali idrati e da un composto rossa non conosciuto. Anche il materiale giallastro screziato sul lato sinistro è un componente sconosciuta. Le linee scure disseminate sulla superficie sono fratture della crosta, alcune delle quali lunghe più di 3000 chilometri. Credit: JPL. – clicca 2 volte per ingrandire

Lo studio della presenza di composti dello zolfo, che appaiono più abbondanti sull’emisfero di Europa opposto a Giove, è risultato interessante per comprendere quali siano le aree più utili ad un futuro atterraggio di sonde. Brad Dalton e i suoi colleghi del JPL hanno concentrato il loro lavoro di ricerca sulle particelle cariche che colpiscono la superficie di Europa, per individuare i luoghi di minor impatto, al di sotto dei quali l’oceano dovrebbe presentare una modifica minore della sua composizione originale ad opera di elettroni e ioni in entrata. Il team di ricercatori ha analizzato gli spettri, raccolti dal NIMS di Galileo, dell’acido solforico idrato e dei sali di solfato idrato, che possono essere distinti da quelli del ghiaccio d’acqua. Il risultato è stato che l’acido solforico varia da livelli non rilevabili vicino al centro dell’emisfero esposto verso Giove fino a quantità pari a più della metà dei materiali sulla superficie vicino al centro dell’emisfero opposto. La quantità di elettroni e ioni di zolfo che colpisce la superficie presenta una stretta correlazione con questo risultato. Pertanto, è più probabile che il materiale oceanico in condizioni più simili alla composizione originaria si trovi nel lato esposto di Europa e possa essere presente anche intrappolato nella crosta ghiacciata sovrastante.

Europa_sitesImmagine 3: Questa grafica mette in relazione la quantità di energia depositata su Europa dal bombardamento di particelle cariche e il contenuto chimico di depositi di ghiaccio sulla superficie, distribuita in cinque aree (da A ad E). Ioni ed elettroni legati al potente campo magnetico di Giove colpiscono Europa abbondantemente. Il campo magnetico viaggia intorno a Giove con velocità superiore di quella con cui Europa orbita attorno al pianeta. La maggior parte delle particelle energetiche colpiscono Europa nell’emisfero opposto alla direzione di orbita. L’emisfero rivolto nella direzione di marcia, invece, riceve meno particelle cariche. Credit: NASA / JPL-Caltech / Univ. di Ariz. / JHUAPL / Univ. di Colorado. – clicca 2 volte per ingrandire

Ovviamente il modo migliore per avere informazioni utili sarebbe arrivare direttamente sulla superfice di Europa! Essa appare relativamente piatta e l’assenza di crateri di impatto potrebbe significare che si sia consolidata in tempi relativamente recenti. La superficie è anche attraversata da striature più scure, dovute probabilmente ad impatti di meteoriti, che hanno causato lo scioglimento del ghiaccio, permettendo all’acqua di scorrere prima di congelare nuovamente. Potrebbe essere possibile che vicino a queste linee ci siano biomarcatori che hanno raggiunto la superficie dall’oceano sottostante spinti attraverso le fratture: proprio in questi punti si sono trovati scambi di materiale tra la superficie, il guscio ghiacciato e l’oceano.

europa_fracturesImmagine 4: composizione di immagini ad alta risoluzione di una veduta da polo a polo di Europa con il lato rivolto verso Giove a sinistra (ovest) e la parte lontana da Giove a destra (est). Oltre alle linee, si notano altre strutture interessanti, le lenticule (piccole macchie), il “caos” (area densa di diversi tipi di strutture), macule (grandi macchie) e nel sud la fascia luminosa nota come Linea di Agenore. Il mosaico è stato costruito a partire da singole immagini ottenute con il sistema SSI (imaging a stato solido) della sonda Galileo della NASA durante sei passaggi ravvicinati ad Europa tra il 1996 e il 1999. Credit: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona. – clicca 2 volte per ingrandire

Oltre alle effettive dimensioni dello spessore sottile della crosta ghiacciata, è necessario possedere altri dati per scegliere le tecnologie necessarie per arrivare su Europa. Per individuare i possibili luoghi di sbarco, quali le aree di bassa albedo e le zone geologicamente giovani, poco alterate dalle radiazioni, è utile disporre della mappatura della superficie effettuata con immagini ad alta risoluzione. Robert Pappalardo (Senior Research Scientist, JPL), analizzando le mappe ottenute dalla composizione delle immagini fornite dalla sonda Galileo, ha individuato quali aree rispondenti alla maggior parte dei requisiti sono rappresentate nelle mappe sottostanti. Le regioni di Europa chiamate “caotiche” (un miscuglio di crinali, pianure e crepacci) sono considerate i siti migliori per l’atterraggio, perché apparentemente di formazione più recente. Le parti più scure e pianeggianti a esse associate potrebbero essere composte di fluidi congelati provenienti dall’oceeano

europa_landing_sitesImmagine 5: In alto la mappa generale: luoghi di sbarco candidati su Europa indicati da cerchi rossi sulle la mappa globale; i contorni blu mostrano intensità di radiazione sulla superficie di Europa, con evidenza dell’estensione geografica su cui gli elettroni di una data energia influenzano la superficie e quanto penetrano in profondità (escludendo gli effetti delle particelle secondarie). In basso: immagini su scala regionale. A sinistra: pianure scure associate con il caos nella regione E25 Galileo. Centro: I terreni caos Thera e Tracia Maculae. A destra: scuro terreno caotico nella Galileo E17 mosaico regionale. Ogni sito candidato soddisfa i criteri di bassa albedo, materiale giovane che sembra provenire dal sottosuolo ed è al di fuori delle regioni di radiazioni più intense sul satellite. (Credit: Pappalardo et al.) – clicca 2 volte per ingrandire

Attualmente, diversi ricercatori, tra i quali Robert Pappalardo e il planetologo Philip Hozempa, sono impegnati nel progetto  Europa Clipper, una sonda da porre in orbita intorno Giove nel 2021 che, nel corso di due anni e mezzo, dovrebbe compiere 32 passaggi ravvicinati a Europa (il più vicino a 25 chilometri). Questa missione potrebbe essere considerata come precorritrice di una futura spedizione di atterraggio sul satellite gioviano. Budget permettendo!

SIMONETTA ERCOLI

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Bibliografia

  • Galileo Galilei, Lettere, Lettera a B. Vista, 30 genn 1610.
  • Brown and Hand, “Salts and radiation products on the surface of Europa,” in press at the Astrophysical Journal;
  • Mike Brown e Kevin Hand, “Keck II Osservazioni del Differenze emisferica H2O2 su Europa,” Astrophysical Journal Letters, 766 (2013);
  • Dalton et al., “Exogenic controls on sulfuric acid hydrate production at the surface of Europa,” Planetary and Space Science, Volume 77 (March 2013), pp. 45–63 ;
  • Pappalardo et al., “Science Potential from a Europa Lander,” published online by Astrobiology August 7, 2013;

Articoli da Centauri Dreams

  1. Dentro l’oceano di Europa, Paul Gilster il 6 Marzo 2013
  2. La chimica dell’Oceano di Europa, Paul Gilster il 9 aprile 2013
  3. Europa: Solfati e luoghi di sbarco, Paul Gilster il 15 Aprile 2013
  4. Siti di discesa su Europa, Paul Gilster il 9 Agosto 2013
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26 agosto 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Chimica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 2 commenti

Diffusione culturale e SETI

rlightfootChe cosa ci può succedere se i nostri sforzi con il programma SETI daranno dei risultati? Numerosi scenari vengono in mente, e sono tutti speculativi, ma la gamma di risposte mostrate in Contact di Carl Sagan potrebbe essere qualcosa di molto simile al risultato reale, con persone di tutti i tipi che leggono in un messaggio proveniente da molto lontano qualunque cosa vogliano sentire. Robert Lightfoot (del South Georgia State College – vedi foto) ha deciso di guardare a scenari di contatto di cui sappiamo qualcosa di più, quelli che sono realmente accaduti qui sulla Terra. La sua presentazione ad Huntsville, in occasione del Tennessee Valley Interstellar Workshop, portava il titolo “Scusateci, Non Volevamo Rompervi La Cultura.”

Conosciuto come “Sam” dagli amici, Lightfoot è un uomo grande e grosso, amichevole, con l’occhio di un antropologo per la natura umana. Il suo discorso ha chiarito che, se abbiamo intenzione di pianificare una possibile ricezione SETI, dovremmo guardare a ciò che accade quando gruppi molto distanti entrano in contatto. La diffusione culturale può avvenire in due modi, ed il primo richiede lo scambio di oggetti materiali. Nel caso SETI, tuttavia, la diffusione non materiale delle idee è il risultato più probabile. Lightfoot si riferisce a “oggetti di distruzione culturale” in entrambe le categorie, notando l’effetto distorsivo che questi possono avere su una società quando effetti inattesi appaiono invariabilmente.

Considerazione l’introduzione della Spam (NdT: nome commerciale di un tipo di carne inscatolata spalmabile) nelle le isole del Pacifico a seguito della seconda guerra mondiale. I livelli di obesità, cancro e diabete aumentarono enormemente in culture che si erano affidate in larga misura alla caccia, all’agricoltura e alla pesca quando si trovarono a disposizione un’abbondanza di nuove provviste. I visitatori di alcune di queste isole notano ancora oggi con curiosità che si può trovare lo Spam sui menù di molti ristoranti. Oggi più della metà degli abitanti di tutte le isole del Pacifico sono obesi, e uno su quattro ha il diabete. Sull’isola di Tonga, il 69 per cento della popolazione è considerato obeso.

Lightfoot ha menzionato Tonga nel suo discorso, ma io ho tratto le cifre di cui sopra dalla World Diabetes Foundation. Possiamo collegare i costanti problemi di salute della regione alla Spam? Sicuramente è stato uno dei fattori scatenanti, ma possiamo anche aggiungere che l’industrializzazione su larga scala di queste isole non è cominciata fino al 1970. Il cibo importato e la conversione di attività agricole in attività minerarie (Nauru, è l’esempio classico, con la sua superficie quasi interamente dedicata all’estrazione di fosfati) ha significato un cambiamento di stile di vita che è stato improvviso e ha avuto enormi conseguenze per la salute.

Gli “oggetti di distruzione culturale” (ODC), mostrano i loro effetti devastanti in tutto il mondo. I popoli Sami della Finlandia hanno avuto a che fare con l’introduzione di motoslitte, che si penserebbe essere una benedizione per questi pastori di renne. Ma il risultato è stata la capacità di raccogliere mandrie molto più grandi rispetto al passato, il che a sua volta ha portato a gravi problemi di eccesso nella richiesta di nuovi pascoli. O considerate la noce moscata, una volta considerata in Europa come una cura per la peste, provocando un incremento del suo valore superiore a quello dell’oro. Considerata anche un afrodisiaco, la noce moscata ha portato alla violenza contro i coltivatori indigeni in quella che è oggi l’Indonesia ed ha giocato un ruolo nella creazione della Compagnia delle Indie Orientali.

(cargo-cult1Immagine: i culti del cargo hanno reagito alla tecnologia avanzata, cercando di emularla con i propri strumenti, un perfetto promemoria dei pericoli di contatto tra culture molto diverse.) Ma dato che gli effetti del SETI probabilmente saranno non-materiali, Lightfoot fa riferimento a precedenti simili, come i “culti del cargo del Pacifico” che sorsero quando alcuni isolani cercarono di imitare ciò che avevano visto fare agli occidentali, fabbricando “radio di legno”, costruendo “piste di atterraggio” per chiedere rifornimenti. In Sud Africa, un equivoco sugli insegnamenti religiosi missionari, ha portato i popoli Xhosa ad uccidere il loro bestiame, anche se la loro società era basata sulla pastorizia questi animali. In attesa di un miracolo dopo le uccisioni, un centinaio di migliaia di persone hanno cominciato a morire di fame. Lightfoot dice:  “Pensate ad un contatto con una civiltà extraterrestre in questa ottica. Ci saranno nuove idee a bizzeffe, anche la possibilità di nuovi oggetti – piante, animali, gioielli di valore. Uno o tutti questi potrebbe essere destabilizzante per la nostra cultura. E proprio come potrebbero destabilizzare noi, noi potremmo contaminare loro.”

Penso che il messaggio più potente del discorso di Lightfoot sia che questo tipo di destabilizzazione può venire da dove meno te l’aspetti, e avere risultati irrevocabili. Il tabacco, un tempo utilizzato come parte di cerimonie rituali nelle culture in cui è cresciuto, è diventato un oggetto di distruzione culturale e sanitaria nella nostra società molto più ricca. Anche qualcosa di innocuo come il tulipano, una volta divenne l’oggetto di una speculazione economica così intensa da creare una bolla economica nel 17 ° secolo in Olanda ed un conseguente panico economico.

Cosa fare? Lightfoot ha detto al pubblico di cercare nella storia le lezioni che contiene circa le culture che si incontrano per la prima volta. Abbiamo bisogno di vedere quando e perché le cose sono andate male nella speranza di evitare situazioni simili. Se il contatto con una cultura extraterrestre arriverà un giorno, avremo bisogno di un approccio multidisciplinare per identificare le aree in cui è più probabile che il problema si verifichi. Il successo di una ricezione SETI potrebbe essere l’inizio di una rivoluzione filosofica e scientifica, o potrebbe mentre tentiamo di riposizionare il nostro pensiero sul Cosmo, essere l’araldo del declino culturale,

 traduzione di MASSIMO MONGAI

Titolo originale: “Cultural Diffusion and SETI” di Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 13 febbraio 2013

19 agosto 2013 Posted by | Scienze dello Spazio, SETI | , , | 3 commenti

I ”Pioneer Detectives” indagano

Pioneer10Praticamente tutti coloro che hanno fatto ricerca scientifica lo hanno sperimentato: può essere chiamato, in modo colloquiale e un po’ grezzo, il momento “WTF?” (What The Fuck?). I dati raccolti da esperimenti di laboratorio o da osservazioni col telescopio si prestano a volte a interpretazioni completamente inaspettate. La prima cosa che uno scienziato dà per scontata è che ci sia un errore di procedura o nel software. Molto spesso questo risolve il problema, ma qualche volta i dati anomali rimangono anche dopo doppi e tripli controlli. È allora che l’eccitazione del ricercatore cresce: ha fatto una scoperta fondamentale, oppure c’è una più sottile, anche se magari più banale spiegazione?

Questa ricerca è la storia dei Pioneer Detectives, un breve ebook di Konstantin Kakaes dedicato a ciò che è conosciuto come “L’anomalia del Pioneer”. Cioè la scoperta, per la prima volta annotata alla fine degli anni 80, ma non apertamente riconosciuta fino a circa 10 anni dopo, che le sonde Pioneer 10 e 11 stavano misteriosamente rallentando il loro volo. Le due sonde, lanciate all’inizio degli anni ’70, stavano accelerando per lasciare il Sistema Solare, quando apparve dai dati raccolti dal Deep Space Network della NASA che in effetti qualcosa stava “strattonando” le due astronavi.

Kakaes racconta la storia dell’anomalia del Pioneer sopratutto attraverso due personaggi. John Anderson faceva il navigatore presso il JPL e inizialmente era interessato ai dati di navigazione provenienti dai Pioneer non solo per essere sicuro che la sonda seguisse la rotta corretta, ma anche per una tipica curiosità scientifica, cioè cercare la prova dell’esistenza delle onde gravitazionali. Fin dal 1988, aveva rilevato una decelerazione anomala, pensando inizialmente che potesse essere prova dell’esistenza della materia oscura. Dalla metà degli anni 90, un più grande numero di persone cominciava a interessarsi all’anomalia, inclusa Slava Turyshev, un fisico russo che era venuta a lavorare al JPL e si stava dando un gran daffare per confermare l’esistenza dell’anomalia, e per rivelarne la causa. Il libro segue gli sforzi di Anderson e Turyshev, in gara per confermare che l’anomalia non era il risultato di un errore di software e, poi capire quale fosse la vera causa. Nel frattempo un gruppo indipendente di ricercatori di Aerospace Corporation analizzava i dati del Pioneer e arrivava allo stesso risultato, escludendo ogni errore di software.

Pioneer10-plaqueNon mancavano suggerimenti che erano grosso modo riconducibili a due diversi punti di vista. Il primo era che ci fosse un malfunzionamento di qualche componente dell’astronave che la faceva rallentare, come una perdita nel propulsore o delle radiazioni emesse dal generatore termoelettrico di radioisotopi. L’altra opinione, comprensibilmente più eccitante, teorizzava che qualche nuovo principio fisico fosse stato messo in luce dalla decelerazione, forse una modifica della fisica newtoniana, oppure (diciamo cosi) qualche altra idea (scriveva Kakaes: “Magari collisioni con i gravitoni” come teorizzava quell’utente bielorusso del preprint server arXiv, dimostrando una padronanza della fisica pari a quella che aveva dell’inglese).

Nonostante il sottotilo del libro ne suggerisse una diversa (“una lontana sonda spaziale può dimostrare che Einstein e Newton si sbagliavano?” ndt) la risposta che arrivò era di tutt’altro tono. Infatti, un meticoloso modello termico del Pioneer dimostrò che la decelerazione dell’astronave poteva essere spiegata esaminando il modo in cui la sonda dissipava calore: Turyshev e suoi colleghi scrissero in un documento pubblicato l’anno scorso che ” una volta messa in conto correttamente la forza di rinculo di origine termica, non rimane nessuna accelerazione anomala”. Newton e Einstein potevano riposare in pace.

Anche per chi sa tutto sul mistero dell’anomalia del Pioneer, il libro “The Pioneer Detectives “ è comunque una lettura affascinante. Kakaes trae vantaggio dal formato emergente chiamato “Kindle single “, proposto per gli ebooks brevi che devono raccontare una storia troppo lunga per un articolo su rivista, e troppo breve per un libro convenzionale. Egli scrive con eloquenza di questo mistero scientifico, con digressioni su argomenti che vanno dalla missione stessa del Pioneer alla famosa targa che l’astronave trasportava (Anderson, ora in pensione, crede ancora che qualche tipo di fisica esotica sia al lavoro, a dispetto delle conclusioni del modello termico). E’ affascinante ripensare quanto un processo scientifico può essere complesso e intrigante e quanto lavoro può essere necessario per determinare se quel momento “Ma che cacchio…?” alla fine diventerà un “Hey! Ce l’ho fatta!” oppure un “Oops! sono guai…”

traduzione di ROBERTO FLAIBANI

titolo originale: “The Pioneer Detectives”, di Jeff Foust

pubblicato su The Space Review il 29 luglio 2013

12 agosto 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio | , | 5 commenti

Star Trek, scienza e tecnologia ai limiti dell’immaginazione (2 – fine)

(questo articolo continua e conclude quello precedente)

Non ci siamo ancora

Nel libro La Fisica di Star Trek, il fisico Lawrence Krauss ha confrontato le visioni di Star Trek con la fisica contemporanea. Ma non è andato abbastanza lontano, e non ha suggerito quello che possiamo fare oggi. Un certo progresso verso “ambizioni tipo Trek” è effettivamente in corso. Nozioni per controllare le forze inerziali e gravitazionali, più il volo FTL, hanno cessato di essere solo fantascienza già da qualche decennio. Ecco alcune delle pubblicazioni più pertinenti:

1963 Induced Gravitation: Forward, R. L. “Guidelines to Antigravity,” in American Journal of Physics, Vol. 31, p. 166-170.

1988 Wormholes: Morris, M. S. & Thorne, K. S. “Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: a tool for teaching general relativity,” American Journal of Physics Vol. 56, p. 395-412.

1994 Warp Drives: Alcubierre, M. “The warp drive: hyper-fast travel within general relativity,” Classical and Quantum Gravity 11, p. L73-L77.

1997 Space Drives: Millis, M. G. “Challenge to Create the Space Drive,” AIAA Journal of Propulsion & Power 13(5), pp. 577-582.

2004 Quantum Vacuum Propulsion: Maclay, J. & Forward, R., “A Gedanken spacecraft that operates using the quantum vacuum (adiabatic Casimir effect),” Foundations of Physics 34(3), p. 477 – 500.

2009 Compilation of Approaches: Millis, M. G. & Davis, Eric. W., Frontiers of Propulsion Science, Vol. 227 of Progress in Astronautics and Aeronautics, (AIAA).

Per essere chiari, ciò non significa che queste scoperte siano sul punto di essere effettuate. Quello che si vuol dire è che la ricerca è progredita fino a evidenziare i problemi da affrontare. In termini di metodo scientifico, il primo passo cioè ‘definire il problema’ è stato completato, il secondo passo ‘raccogliere dati pertinenti ” è in corso, e alcune idee sono anche maturate fino a includere ipotesi verificabili..

Per coloro che sanno cavarsela con un trattato di livello post-laurea, il primo libro erudito sul tema ( con equazioni e con citazioni rintracciabili) è stato compilato da me e il co-editore, Eric W. Davis, con l’aiuto di oltre una dozzina di autori che hanno contribuito, e così tanti recensori che non riesco nemmeno a ricordarli tutti. Nel 2009, questo libro, Frontiers of Propulsion Science, è stato pubblicato come parte del progetto Progressi in Astronautica e Aeronautica dell’American Institute for Aeronautics and Astronautics (AIAA). Quelli che, invece, preferiscono un semplice rendiconto dei fatti, qui di seguito troveranno brevi descrizioni e note a proposito del lavoro tuttora in corso. Ho cercato di condurre il discorso con equilibrio, evitando sensazionalismo da una parte e pedanteria dall’altra.

Volo più veloce della luce

Wormholes (noti anche come stargate, un termine noto al pubblico grazie agli omonimi film e serie televisive) e Warp Drives (motori a curvatura) sono teoricamente possibili, ma la teoria che li supporta non è ancora abbastanza avanzata per guidarne la costruzione vera e propria. Queste teorie sono in sintonia con la Relatività Generale di Einstein. I progressi in corso (mi baso sul monitoraggio eseguito da Eric W. Davis per conto di Tau Zero) si concentrano principalmente sulle condizioni di energia, cioè su come abbassare la quantità di energia richiesta da tali dispositivi, e come creare e applicare la necessaria “energia negativa”. Una prima conclusione è già che lo stargate è più efficiente del motore a curvatura, come mezzo di trasporto a velocità superluminale. Un resoconto dettagliato è disponibile in:

Eric W. Davis, “Faster-Than-Light Space Warps, Status and Next Steps,” paper AIAA 2012-3860, 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Atlanta, GA, (January 9-12, 2012) (abstract).

Le notizie recenti sul lavoro di Harold “Sonny” Bianco presso il Johnson Space Center della NASA, sono state un po’ esagerate, ma si tratta essenzialmente di un tentativo di misurare la distorsione dello spaziotempo causata dalla presenza di energia negativa. Purtroppo non ho un articolo da citare in proposito, perché tali informazioni non sono (ancora?) state pubblicate. Sebbene Eric Davis stia seguendone gli sviluppi per Tau Zero, anche lui non ne sa ancora abbastanza per emettere un giudizio. Dovremo aspettare e vedere, e spero che le informazioni siano fornite dopo un esame rigoroso.

Inoltre, la fisica quantistica presenta alcuni fenomeni allettanti che potrebbero essere rilevanti per la ricerca sul FTL, come ad esempio il tunnelling e l’entanglement, che ricadono nella categoria dei fenomeni quantum non locality, un termine che ho imparato dal fisico John Cramer dell’Università di Washington, Seattle. Questo termine comprende l’idea che gli eventi o fenomeni quantistici possano esistere su più di un luogo allo stesso tempo. Il tentativo di Cramer per indagare sulle possibili implicazioni dei paradossi temporali di questi fenomeni resta ancora incompleto. L’ultimo aggiornamento che ho visto era questa pubblicazione:

J.G. Cramer, K. Hall, B. Parris, and D.B. Pengra, “Status of nonlocal quantum communication test”, Section 7.2, Univ. Washington CENPA Annual Report 2010-2011, April 2011, pp. 94-95.

Ma c’è dell’altro . I temi caldi come i Warp Drives, Wormholes e Retrocausal Signaling non sono gli unici approcci al volo FTL, ma sono gli unici nella letteratura ufficiale, finora. Per i pionieri in erba che sono in mezzo a noi, ecco un nuovo sbocco verso altri metodi per affrontare il moto FTL:

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(Nell’immagine sopra – clicca per ingrandire – : Questo diagramma indica  che vi è più di un modo per riflettere sull’FTL. Gli elementi nelle caselle blu esistono già nella letteratura scientifica, mentre i restanti nelle caselle verdi sono alcune delle speculazioni “scherzose” che abbiamo raccolto lungo la strada. Credit: M. Millis,  Fondazione Tau Zero.)

 Controllo delle forze inerziali e gravitazionali

Cioè campi gravitazionali creati durante il volo per il comfort dell’equipaggio, astronavi manovrabili senza motori a razzo, raggi traenti, ecc. Teoricamente esiste più di un modo per generare campi di accelerazione artificiali e tutti sono coerenti con la Relatività Generale di Einstein e sono documentati nel volume di Robert Forward citato in precedenza, e l’effetto di Levi-Civita]. Entrambi presentano problemi scoraggianti per la realizzazione pratica, analogmente a quanto capita per i motori a curvatura e gli stargate.

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(Nell’immagine sopra – clicca per ingrandire – : C’è più di un modo per riflettere su come creare uno space drive, e questi sono stati ordinati in base alla disciplina fisica alla quale ciascuno fa riferimento. Gli elementi nelle caselle rosse si sono dimostrati essere vicoli ciechi. Credit: M. Millis, Fondazione Tau Zero.)

 I dettagli che stanno dietro questo schema e il prossimo passo della ricerca di ciascun approccio sono disponibili in:

Marc Millis, “Space Drive Physics, Introduction & next steps, JBIS 65, pp 264-277 (2012). Abstract disponibile.

Questa è il settore che suscita il mio interesse, più precisamente la Space Coupling Propulsion . Mi sono dato da fare con proposte di borse di studio per ottenere un sostegno finanziario per un lavoro che prevede di rivisitare vecchie opere di Eddington e Mach, e potenziali scalari in cui la relatività è trattata in termini di potenziali ritardati. Per chi non parla qusto livello di gergo scientifico-tecnologico dirò in linguaggio comune che sto cercando un approccio diverso per comprendere l’abbinamento tra spaziotempo (sistemi inerziali) ed elettromagnetismo. Il lavoro prevede la progettazione e la prova di nuovi sensori, in base alle vecchie teorie citate prima.

Grande potenza a bordo

L’energia nucleare è una realtà tecnologica tanto che, se utilizzata per il volo spaziale, aumenterebbe notevolmente la portata generale delle attività nello spazio. I livelli di energia necessari per il volo interstellare, anche a velocità inferiori a quella della luce, sono ancora al di là della competenza maturate dall’umanità, ma certe opinioni ottimistiche indicano che potrebbero essere raggiunte più presto di quanto non si pensi. I livelli di energia necessari per superare la velocità della luce (FTL) erano un tempo considerati “astronomicamente alti”, ma questi valori sono scesi continuamente con lo svilupparsi della ricerca, e ora sono ritenuti solo “incredibilmente alti”.

Ci sono nuove idee per sfruttare grandi quantità di energia? Ci sono approcci teorici e sperimentali credibili per migliorare la nostra comprensione del quantum vacuum energy ma questo campo è ancora troppo giovane per aver sviluppato metodi interessanti per un ampio scambio di energia. Attualmente è possibile ottenere conversioni di energia minuscole quando si lavora con piccoli elettrodi. Questi sono utili come buoni strumenti per esplorare empiricamente questo giovane campo di ricerca della fisica, ma non abbastanza da suggerire come ottenere il livello di energia necessari per il volo FTL ; livello che potrebbe rivelarsi impossibile da raggiungere .

Cosa si può fare

Se volete diventare un professionista in cerca di Star Trek-istici voli spaziali, avrete bisogno di una laurea in fisica, fervida immaginazione, rigore immutabile nel lavorare sui dettagli e perseverare nonostante le battute d’arresto, e una personale furbizia nel navigare in mezzo a un mondo più interessato a risultati a breve termine, e talvolta anche a tornare indietro per rifare tutto di nuovo.

Da coloro che preferiscono dare sostegno da bordo campo, Tau Zero sarà lieta di accettare donazioni e ora è in grado di gestire anche un’organizzazione di tipo associativo. Se, per caso, sei un generoso filantropo che, leggendo questo articolo, si chiede se abbiamo quello che serve per gestire un intero programma su questo tema, la risposta è “Sì”. Ho guidato un progetto della NASA con simili ambizioni, tra cui lo sviluppo di un processo di scelta attraverso proposte per evitare gli svantaggi di posizioni troppo pedanti o troppo estremiste. Questi dettagli figurano nell’ultimo capitolo del nostro libro “Frontiers of Propulsion Science”. Abbiamo una rete di professionisti qualificati che sarebbero felici di aiutarti, anche se solo in cambio di un modesto onorario. E se tu stesso cerchi fondi per ricerche simili, sei pregato di tenerci informati sull”andamento dei tuoi sforzi. Finora non abbiamo raccolto fondi sufficienti per avviare proposte.

Infine, ritengo sia mio dovere segnalare che esiste la possibilita di incappare in truffe addentrandosi in questi ambienti. Piuttosto che rischiare di essere coinvolto in azioni legali facendo nomi e cognomi, preferisco offrire questi consigli:

  • Se vi offrono prestazioni incredibili, non ci credete.

  • Se non vengono offerti dati risultanti da test, atti a sostenere le affermazioni dichiarate, ignorateli.

  • Se i dati offerti non sono stati esaminati da una terza parte indipendente, cercate altrove.

Al contrario, tra i segnali promettenti includerei:

  • I fornitori di servizi hanno un ‘attività comprovata nell’affrontare queste questioni spigolose in un modo che i progressi vengano pubblicati in riviste specializzate.

  • I professionisti di qualità sono aperti sia alla possibilità che un’idea possa funzionare o meno, cercando sopratutto di ottenere risposte affidabili, invece di esagerare le dichiarazioni o assumere atteggiamenti sprezzanti.

Colleghiamo i punti per ottenere un’unica visione

Questi temi sono ancora in una fase iniziale ed è difficile proiettarsi nel futuro per vedere come questi piccoli passi possano portare ai desiderati progressi radicali. Per contribuire a colmare questa lacuna, qui di seguito mi sono lanciato selvaggiamente in speculazioni e congetture scientifiche.

MagiccMillisFantascienza, se si vuole.

Primo: una dose di realtà. Considerate come la natura ha sempre tentato di disorganizzare (e continua a farlo) la nostra comprensione fisica dello spazio e del tempo. La rotazione delle galassie non obbedisce a Newton o Einstein, ma piuttosto esse sembrano essere tenute insieme da una “materia oscura” che forza le stelle all’interno delle loro galassie. Successivamente, continuando l’esame del nostro spaziotempo a distanze maggiori, riscontriamo tali valori dello spostamento verso il rosso da suggerisce che lo spaziotempo si stia espandendo più velocemente di quanto prevedano le teorie – come se una “energia oscura” o “forza antigravità” fossero responsabili di questa espansone accelerata. La fisica quantistica, con la sua incredibile capacità di previsione e di utilità pratica, ci offre anche stranezze come l’energia del vuoto quantistico e la non-località. E, infine, considerate il CMBR (la radiazione cosmica di fondo in microonde), le cui proprietà le consentono di fungere da sistema di riferimento assoluto per il moto relativo della struttura del nostro Universo. Questo fenomeno è in contrasto con le ipotesi dell’esperimento di Michelson-Morley e con il grande successo della Relatività Speciale, che sembravano respingere l’idea di un sistema di riferimento assoluto per i fenomeni elettromagnetici. In breve, la fisica non è ancora completa. Nuove scoperte ci attendono, che potrebbero aprire la strada a intere nuove tecnologie.

Ora, armati di queste incertezze, considerate che altre percezioni delle relazioni tra lo spazio, il tempo, l’inerzia, e l’elettromagnetismo potrebbero rivelarsi più azzeccate delle attuali nella descrizione della natura. Per esempio, considerate le vecchie nozioni di struttura inerziale come enunciate da Mach (strutture inerziali create dalla materia circostante), più l’altro modo in cui Eddington descriveva il piegarsi della luce in un campo gravitazionale – cioè come un indice di rifrazione dipendente dalla gravità. Queste nozioni offrono un modo di vedere le connessioni tra spaziotempo, le strutture inerziali e l’elettromagnetismo, usando la matematica dei potenziali scalari. E nella prospettiva dei “potenziali scalari ritardati” (i cambiamenti nel potenziale scalare si propagano a velocità finita), l’indice di rifrazione può esssere separato nelle sue componenti magnetiche ed elettriche, che vengono opportunamente indirizzate verso induttori e condensatori. Combinando questi punti di vista, potrebbe essere possibile dapprima rilevare, e poi indurre perturbazioni entro le strutture inerziali. Tali convertitori di energia, che convertono i cambi nelle strutture inerziali in energia elettromagnetica, potrebbero rivelare nuovi fenomeni, nuove forme d’onda nelle strutture inerziali. Queste osservazioni potrebbero poi condurci a invertire la conversione – dove l’energia elettromagnetica è usata per perturbare Le strutture inerziali – creando momentanei gradienti capaci di muovere la materia.

Queste capacità potrebbero portare alla creazione di raggi trattori e unità space driver. Da lì, si può immaginare quando tali effetti diverranno abbastanza sviluppati da poter essere usati per creare sale ricreative a 0-g sulla Terra, o habitat a 1-g per viaggi nello spazio profondo di lunga durata. Nuovi dispositivi (gli space driver), potrebbero spingere le astronavi sempre più velocemente. Raggiunte velocità più elevate, potrebbero cominciare gli esperimenti per mettere alla prova le varie teorie sull’FTL. Forse proprio una di quelle teorie potrebbe portare al primo volo FTL. E, infine, con la combinazione di motori spaziali non convenzionali, cabine a gravità artificiale per l’equipaggio, e viaggi a velocità ultraluminale… avremo infine la nostra Enterprise.

Ad Astra incrementis

titolo originale: “Star Trek – Star Tech” pubblicato su Centauri Dreams il 24 maggio 2013

traduzione di MARCO RADICI

editing ROBERTO FLAIBANI

5 agosto 2013 Posted by | Astronautica, Fantascienza, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , | 1 commento

   

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