Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Innovazioni nella ricerca dei pianeti extrasolari

Nei periodi di crisi economica, come questo, anche i finanziamenti per le scienze dello spazio vengono severamente ridotti. Si affermano, di conseguenza, nuove tecnologie a basso costo, come il Cubesat, che ha reso possibile ExoplanetSat, un progetto con obiettivo lo studio di 250 stelle vicine al Sistema Solare grazie ad una costellazione di minuscoli ed economici satelliti. Si riciclano anche vecchie tecnologie, anch’esse “povere”, come quella del coronografo che, abbinato al  telescopio orbitale Hubble, rese possibile la scoperta di un nuovo pianeta extrasolare nel campo gravitazionale di una stella che lo nascondeva col suo fulgore, dimostrando anche la possibilità di osservare i pianeti extrasolari direttamente. (RF)

A partire dalla metà degli anni novanta gli astronomi hanno scoperto uno stupefacente numero di pianeti extrasolari, o esopianeti, cioè pianeti orbitanti intorno ad altre stelle. La “Extrasolar Planets Encyclopaedia”, il catalogo de facto di questi mondi, ne contava 707 al 2/12/11, un numero che cresce con una frequenza quasi giornaliera. La grande maggioranza di questi pianeti è stata scoperta grazie a due tecniche. La prima, quella della velocità radiale, misura l’intensità dell’effetto Doppler periodico causato dalla oscillazione indotta dalla gravità dei pianeti orbitanti intorno a una stella. L’altra, quella dei transiti, misura la leggera perdita di luminosità della stella quando un pianeta la “eclissa” (transita) passando tra essa e l’osservatore. La prima tecnica è spesso impiegata con telescopi basati a Terra, mentre la seconda è impiega sia da osservatori terrestri, che da veicoli spaziali come CoRoT  della agenzia spaziale francese CNES e il Kepler della NASA. […….]
Il numero crescente di esopianeti scoperti ha fatto aumentare l’interesse in questo campo e alimentato l’ambizione per missioni astronautiche più numerose e più importanti per scoprire e studiare questi mondi, particolarmente quei pianeti che possono essere simili alla Terra in dimensione, orbita e, potenzialmente, abitabilità. Queste ambizioni tuttava sono moderate da richieste concorrenti di  fondi, in un periodo nel quale dei finanziamenti forfettari sono il meglio a  cui gli scienziati possono aspirare per il prevedibile futuro. Questo ha portato ad alcuni nuovi concetti innovativi che si avvalgono di nuove tecnologie e possibilità, al fine di aprire nuove prospettive per la ricerca di esopianeti a costi più bassi.

Un nanosatellite a caccia di esopianeti

(nell’immagine: l’intelaiatura di un’unità Cubesat). Dieci anni fa si pensava che in futuro le missioni dedicate alla caccia agli esopianeti sarebbero state equipaggiate con strumenti migliori e più grandi. Come parte del suo programma Origins, la NASA aveva pianificato una serie di veicoli spaziali per cercare o addirittura osservare direttamente esopianeti di tipo terrestre: la missione Space Interferometry Mission (SIM), (vedi  “SIM and the ‘ready, aim, aim’ syndrome”, The Space Review, October 18, 2010), la missione Terrestrial Planet Finder (TPF) e la Planet Imager. Ma per una combinazione di fondi limitati e di priorità concorrenti, quei piani sono stati, nel migliore dei casi, ritardati indefinitamente, se non completamente cancellati.

Adesso alcuni ricercatori si stanno muovendo nella direzione opposta. Invece di veicoli più grandi, più sofisticati e molto più costosi, un gruppo sta provando a vedere quanto piccolo possa essere un veicolo spaziale e tuttavia rimanere in grado di compiere degli studi sui pianeti extrasolari. L’ExoplanetSat, un progetto congiunto del MIT  e del Draper Laboratory, propone di sviluppare satelliti abbastanza piccoli da potere essere letteralmente tenuti in mano, ma ancora abbastanza potenti per cercare pianeti intorno alle stelle.

ExoplanetSat lavorerebbe come Kepler, ricercando le minime cadute periodiche di luminosità dovute agli esopianeti in transito. Kepler, tuttavia, è puntato su un unico campo di stelle molto distanti, utile per raccogliere statistiche sulla frequenza di esopianeti ma non per compiere studi su una specifica stella.”Non sono in corso missioni spaziali che controllino le stelle più luminose simili al Sole per cercare pianeti di tipo terrestre,” ha detto Matthew Smith del MIT nel corso della presentazione della missione avvenuta nell’agosto 2011 a Logan (Utah), durante la Conference on Small Satellites presso la AIAA/Utah State University. Gli ExoplanetSat  puntano una sola stella alla volta, con il prototipo del satellite predisposto per studiare Alpha Centauri. Il satellite, posto in orbita terrestre, condurrebbe le osservazioni durante la notte orbitale, ricomponendo tutte insieme le osservazioni per cercare qualsiasi caduta di luminosità che possa essere causata da un pianeta in transito. Con il tempo altri satelliti potrebbero consentire l’osservazione continua di una data stella, come pure l’osservazione di altre stelle: il piano a lungo termine del progetto prevede una flotta di satelliti per l’osservazione di almeno 250 stelle.

(nell’immagine: un tecnico al lavoro su un’unità Cubesat)                   La chiave per realizzare questa costellazione di satelliti consiste nel costruirli molto piccoli e a basso costo. L’ ExoplanetSat, nella configurazione attuale, consta di 3 unità “Cubesat” di 10 centimetri di lato ciascuna, combinate in un unico satellite pesante solo pochi kilogrammi. Attualmente il veicolo è una versione leggermente ampliata di un vero 3U Cubesat, e ha una lunghezza di 34 cm. Il 3U è diventato un modello diffuso tra gli sviluppatori di piccoli satelliti, si usano opportunamente l’hardware e le analogie di progetto dei Cubesat originali per missioni che richiedano veicoli in qualche modo più grandi (vedi: “A quarter century of smallsat progress”, The Space Review, September 6, 2011). Il carico utile scientifico del satellite contiene un “telescopio” che, dice Smith, è in effetti solo un obbiettivo reflex irrobustito. E’ usato sia come rivelatore scientifico sia come sofisticata immagine guida, collegata ad una “sezione miniaturizzata di puntamento a due assi, piezoelettrica” per assicurare la stabilità dell’immagine. Questo carico utile occupa circa un terzo del satellite. Lo spazio rimanente è occupato da giroscopi e bobine di coppia usati per il controllo di assetto, così come batterie, computers, e sistemi di comunicazione necessari per gestire il satellite e scambiare dati con le stazioni a Terra. Smith dice che “in fondo stiamo combinando la piattaforma a basso costo Cubesat con un controllo accurato di assetto per raggiungere il grado di precisione che ci serve”.

Il prototipo dell’ExoplanetSat è in corso di sviluppo al MIT e sarà pronto per il lancio nel 2013. Il programma ha un posto prenotato all’interno del piano di messa in orbita di nano satelliti della NASA (ELaNa), che offre l’opportunità di lanci condivisi a carichi utili di classe Cubesat costruiti dalle università. Ma è stata una sfida trovare un posto in un lancio diretto nell’orbita ideale del progetto: un’orbita a 650 km, a bassa inclinazione per minimizzare la resistenza dell’atmosfera e l’esposizione alla radiazione proveniente dall’anomalia del Sud Atlantico e dai poli.

Smith ha detto che sono state prese in esame diverse orbite per trovare una finestra di lancio compatibile, e ha dichiarato: “Abbiamo valutato una gamma più ampia di quote e inclinazioni, e la nostra analisi dimostra che anche altre orbite sono compatibili.” ExoplanetSat deve raggiungere un’altitudine minima non inferiore ai 450-500 km per contenere gli effetti di attrito atmosferico e le loro conseguenze sulla durata della permanenza in orbita, mentre inclinazioni più accentuate dell’orbita possono essere prese in considerazione caso per caso.

Una traiettoria suborbitale per osservare nuovi mondi

Seppure la rilevazione del transito, attualmente in corso da parte di Kepler e prevista a breve da parte di ExoplanetSat, così come l’esame della velocità radiale, sono importanti per scoprire nuovi esopianeti, tuttavia rimangono metodi indiretti di osservazione. Per molti astronomi il Santo Graal della scienza degli esopianeti rimane l’osservazione diretta. Questa è una sfida gigantesca, soprattutto perché i pianeti sono confusi nel bagliore molto più luminoso delle stelle intorno alle quali orbitano. (l’illustrazione a fianco mostra un veicolo suborbitale riutilizzabile).

E se ci fosse un modo per schermare la luce della stella? L’idea di usare un disco di occultazione, o coronografo, per mascherare la luce di una stella, non è nuova: un coronografo nel telescopio spaziale Hubble bloccava la luce della brillante stella Fomalhaut, permettendo agli astronomi di fotografare direttamente un pianeta gigante, tre volte la massa di Giove, in orbita inorno alla stella. Questi avvistamenti diretti, tuttavia, sono tecnicamente impegnativi con gli attuali telescopi, e perciò rari. Sarebbe possibile lanciare un coronografo spaziale per consentire il rilevamento di esopianeti di dimensione terrestre. Il New Worlds Observer, come era stato originariamente concepito, consisteva di un telescopio di quattro metri di diametro in orbitta intorno al punto di librazione L2 Sole – Terra, allineato con un disco di occultamento chiamato schermo stellare, con cui volava in formazione a una distanza di 18.000 km. Il disco potrebbe essere usato anche da altri telescopi spaziali, come il James Webb Space Telescope (JWST). L’intricato disegno dello schermo stellare assomiglia a un fiore esotico, è progettato per eliminare la diffrazione della luce stellare intorno ai bordi del disco, così il telescopio può cercare in modo più efficiente pianeti poco luminosi.

In una presentazione tenutasi presso la conferenza Space Vision 2011 a Boulder, Colorado, in ottobre, Webster Cash dell’Università del Colorado ha mostrato delle simulazioni di che cosa potrebbe vedere del nostro sistema solare un telescopio equipaggiato con questo tipo di schermo stellare. Un ipotetico telescopio di 10 metri di diametro ed uno schermo stellare, posti entrambi ad una distanza di 30 anni luce, potrebbero facilmente individuare Venere e la Terra. Con 2,4 metri, il diametro di Hubble, Venere e la Terra sono appena al limite di rilevazione alla stessa distanza. “Per una distanza compresa tra i 10 ed i 15 parsec siamo assolutamente in grado di vedere gli esopianeti e di studiarli” ha detto Cash, il capo ricerca del progetto New Worlds Observer.

Il problema sta nel fatto che un sistema così dedicato sarebbe costoso da sviluppare, e ciò rende la NASA, che già è in sofferenza per i costi crescenti del JWST, reticente a finanziare questo tipo di missione, specialmente perché l’idea dello schermo stellare deve ancora essere del tutto sperimentata fuori dal laboratorio. Cash sta cercando di sostenere il progetto attraverso una dimostrazione su piccola scala. Ha detto “Quello che vogliamo davvero fare adesso è utilizzare piccoli schermi stellari ed imparare in quale modo funzionano veramente; recentemente ho speso molto tempo cercando un metodo per fare le cose più in fretta e in modo più economico”.

Un passo iniziale sarebbe porre uno schermo stellare sulla cima di una montagna a diversi chilometri di distanza dal telescopio; anche uno strumento di 20 cm sarebbe sufficiente per dimostrare l’efficacia dello schermo nel bloccare la luce stellare. Un’altra opzione sarebbe portare nella stratosfera un telescopio ed uno schermo su palloni separati, con uno dei due capace di manovrare per mantenere l’allineamento con l’altro. Ciò  dovrebbe essere sufficiente per scoprire eventuali pianeti nel sistema di Alpha Centauri.

Un’idea più intrigante mette insieme la ricerca di esopianeti con le capacità imprenditoriali della nuova industria spaziale, e precisamente propone l’uso di veicoli suborbitali riutilizzabili (RLV – vedi illustrazione a fianco). Un tale veicolo porterebbe lo schermo in quota e ve lo manterrebbe per diversi minuti, mentre un telescopio al suolo esegue le osservazioni. “Questo non si può fare con un normale razzo perché non è in grado di stabilizzare la quota e controllare la sua posizione, ma la nuova generazione di veicoli suborbitali ha queste capacità” ha detto Cash aggiungendo di aver studiato questa idea in cooperazione con uno sviluppatore di veicoli suborbitali, la Masten Space Systems. “ E’ molto interessante lavorare nel mettere in relazione queste nuove tecnologie con  le cose che puoi davvero realizzare con esse”.

Il vero ostacolo per Cash consiste nell’ottenere finanziamenti per sviluppare ulteriormente l’idea. In una riunione di sviluppatori di veicoli suborbitali e di ricercatori al Goddard Space Flight Centre della NASA, lo scorso settembre, ha detto che gli erano state rifiutate nove proposte di sviluppo di tecnologie correlate allo schermo stellare, comprese due poche settimane prima dell’incontro, anche se questo sviluppo tecnologico fu identificato della massima precedenza tra i progetti di media dimensione nella ultima rassegna astronomica decennale, pubblicata lo scorso anno, e ha concluso:”C’è qualcosa che non và là fuori”

Cash, tuttavia, ha dichiarato in pubblico allo Space Vision di aver pianificato di continuare a lavorare su questa idea. “ Noi continuiamo a spingerla, e ci aspettiamo di avere successo”. Con i bilanci della NASA difficilmente in grado di far fronte alle necessità di una missione principale dedicata agli esopianeti fino a chissà quando, è possibile che approcci non convenzionali come questo mantengano le migliori prospettive di realizzare l’estremo sogno degli astronomi: osservare un’altra Terra.

traduzione di FELICE GABRIELLI

Titolo originale: “Innovations in exoplanet search” scritto da Jeff Foust e pubblicato in The Space Review il 5 dicembre 2011.

Questo articolo segna la nostra partecipazione al Carnevale della Fisica #31, e inizia una fase di collaborazione con The Space Review, che ci auguriamo lunga e fruttuosa.

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10 maggio 2012 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Fisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | Lascia un commento

WFIRST – una visione più ampia

WFIRST1La NASA sta lavorando alacremente alla preparazione del lancio nel 2018 del telescopio spaziale James Webb (JWST), successore dell’onorato telescopio spaziale Hubble (HST), che ha celebrato il suo 25° compleanno in aprile. Guardando oltre a JWST, la NASA ha indicato in WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) il suo prossimo e ambizioso telescopio spaziale di punta.

Se nel 2016 verrà approvato, WFIRST potrà essere pronto per il lancio nel 2024, in una missione per studiare l’energia oscura, eseguire ampie osservazioni nell’infrarosso della galassia e del cielo extragalattico, rivoluzionare la nostra conoscenza della demografia dei sistemi planetari e fare un grande passo in avanti nella tecnologia necessaria alla scoperta e allo studio di un altro “pianeta azzurro” intorno ad una stella vicina.

L’origine di WFIRST

WFIRST è nato nel corso dell’indagine che l’Osservatorio Decennale di Astronomia ed Astrofisica del Consiglio Nazionale per la Ricerca ha svolto nel 2010, un evento che ha luogo ogni dieci anni in cui la comunità astrofisica statunitense studia i concept di missione e le questioni scientifiche fondamentali, per poi emanare raccomandazioni alle diverse agenzie governative che supportano la ricerca astrofisica (la NASA, la National Science Foundation e il Dipartimento dell’Energia).

Tre delle più affascinanti proposte presentate per la valutazione avevano obiettivi scientifici molto diversi ma analogie nelle implementazioni del loro hardware, quali uno specchio primario di circa 1,3 metri di diametro e una grande camera ad infrarosso. Il Decadal Survey concluse che gli obiettivi scientifici delle tre proposte potevano essere realizzati da un unico telescopio spaziale. Fu dunque raccomandato che, per quanto riguardava i grandi progetti astronomici spaziali (superiori a 1 miliardo di dollari), la NASA perseguisse prioritariamente questa missione.

Alla fine del 2010 l’agenzia aveva dunque riunito un gruppo di scienziati e ingegneri allo scopo di iniziare la programmazione di WFIRST. Mentre il team iniziava a elaborare il progetto dettagliato del telescopio, in un’altra sezione dell’Agenzia si stavano svolgendo negoziati che promettevano di cambiare profondamente la configurazione di WFIRST. Infatti, agli inizi del 2011 il National Reconnaissance Office (NRO), un’agenzia di ricerca statunitense, donò alla NASA due telescopi spaziali inutilizzati che erano stati costruiti una decina di anni prima, ma che non erano mai stati messi in orbita. Questi telescopi avanzati avevano specchi di 2,4 metri di diametro, la stessa dimensione dell’HST e quasi il doppio del diametro programmato inizialmente per WFIRST. La NASA accettò i telescopi ma non rivelò la loro esistenza al pubblico (nemmeno al team di WFIRST!) fino al giugno 2012. Quest’elevata tecnologia incrementò enormemente le capacità di WFIRST, permettendo un’area di raccolta della luce quattro volte più ampia di quella programmata e una capacità di risoluzione doppia. Il primo telescopio donato dall’NRO fu chiamato AFTA (Astrophysics Focused Telescope Assat) e l’incarnazione di WFIRST che utilizza questo gradito regalo viene spesso chiamato WFIRST-AFTA. Il secondo telescopio sarà messo da parte fino a quando la NASA non troverà un’altra applicazione idonea e il finanziamento necessario per utilizzarlo al meglio.

wfirstesopianetiUN TELESCOPIO AVANZATO, QUATTRO OBIETTIVI

Considerati i 25 anni di servizio dell’HST, ci si potrebbe chiedere quale sia il vantaggio di un altro telescopio spaziale delle stesse dimensioni. La risposta sta nell’incredibile campo visivo di WFIRST, ovvero quanta parte di cielo può vedere in una sola volta. Per le lunghezze d’onda vicine all’infrarosso, che sono scientificamente interessanti ma relativamente difficili da osservare utilizzando telescopi terrestri, HST ha una camera da 1 megapixel, ma WFIRST avrà uno schieramento di sensori che lo porteranno ad un colossale 288 megapixel! Nei suoi 25 anni HST ha osservato alcune decine di gradi quadrati di cielo (sugli oltre 40.000 gradi quadrati di cielo); WFIRST, invece, sarà in grado di scrutare migliaia di gradi quadrati all’anno. Sebbene JWST, successore dell’HST, avrà uno specchio molto più grande (6,5 metri), il suo campo visivo rimarrà simile a quello dell’HST, mentre quello, davvero stupefacente, di WFIRST lo porterà ad osservare ampie aree di cielo, un requisito indispensabile per tre dei suoi quattro obiettivi fondamentali.

Primo obiettivo : comprendere l’energia oscura

Nel 1998 due squadre di astronomi scoprirono contemporaneamente che l’espansione dell’universo sta accelerando, invece che rallentare come si pensava in precedenza. La scoperta di questa espansione accelerata fece loro guadagnare il Premio Nobel per la fisica 2011 a pari merito. “Energia oscura” è il nome onnicomprensivo che gli scienziati danno a qualunque forza o proprietà dello spazio-tempo stia causando l’accelerazione dell’espansione. Mentre conosciamo molto poco riguardo a questa misteriosa energia oscura, gli astronomi ora ritengono che possa essere la componente prevalente del rapporto totale massa/energia dell’universo.

WFIRST userà tre tecniche per studiare gli effetti dell’energia oscura. La prima consiste nell’esaminare le esplosioni stellari, o supernovae, che oscurano per breve tempo la luce dei circa 100 miliardi di altre stelle nelle loro galassie ospiti. Studiando queste esplosioni, possiamo vedere attraverso grandi distanze: in pratica, scrutando indietro per due terzi del percorso verso il Big Bang, possiamo vedere come l’universo si sia espanso sotto l’influenza dell’energia oscura. WFIRST esaminerà anche le posizioni delle galassie nello spazio, dal momento che l’energia oscura lascia una firma rivelatrice sul raggruppamento spaziale delle galassie. Infine, WFIRST utilizzerà l’effetto lente gravitazionale debole, in cui la presenza della materia curva il percorso della luce (un effetto molto simile al microlensing). La lente debole si riferisce alle piccole distorsioni nelle forme di galassie lontane causate dalla massa presente tra noi e quelle galassie, dandoci informazioni sulla massa stessa e sugli effetti che ha su di essa l’energia oscura.

wfirstgalassieSecondo obiettivo: osservazioni del cielo nell’infrarosso

Le prime notizie di stampa riguardanti WFIRST si sono focalizzate soprattutto sull’energia oscura che, se pur entusiasmante, è solo una delle aree in cui si prevede che WFIRST avrà un forte impatto. WFIRST terrà da parte un anno e mezzo di tempo a disposizione di osservatori ospiti. Astronomi di tutto il globo, in competizione fra loro, potranno richiedere del tempo su WFIRST per utilizzare le sue capacità uniche di osservare il cielo nell’infrarosso. Gli esperti valuteranno le richieste e assegneranno il tempo per eseguire le osservazioni più interessanti dal punto di vista scientifico. Favorendo l’implementazione delle idee migliori, WFIRST potrà offrire dei grandi contributi in diverse aree dell’astronomia.

Terzo obiettivo: ricerca di pianeti extra-solari

Il terzo e il quarto aspetto di WFIRST si riferiscono allo studio dei pianeti extra-solari (più brevemente esopianeti). L’indagine di microlensing operato da WFIRST potrà rilevare oltre 2.000 pianeti, inclusi quelli analoghi ai pianeti del nostro sistema solare eccetto Mercurio, che è troppo vicino alla sua stella. WFIRST è complementare alla missione Kepler della NASA, destinata alla scoperta dei pianeti, in cui Kepler si è distinta nel trovare i pianeti caldi (quelli vicini alle loro stelle madri) mentre WFIRST eccelle nel trovare i pianeti freddi (quelli più lontani dalle loro stelle) e persino i cosidetti pianeti nomadi, che non orbitano intorno a nessuna stella. WFIRST completerà pertanto la rilevazione demografica dei pianeti nella nostra galassia iniziata da Kepler e ci dirà quanto siano comuni i diversi pianeti in tutti i loro gradi di dimensioni, temperature e distanze dalle stelle ospiti. Questo favorisce l’obiettivo a lungo termine della NASA di comprendere la frequenza dei pianeti nella zona abitabile, la regione intorno a una stella in cui è possibile la presenza di acqua liquida. Gli scienziati pensano che un pianeta delle dimensioni della Terra nella zona abitabile sia la nostra migliore scommessa per trovare la vita al di fuori del nostro sistema solare.

coronografoQuarto obiettivo: osservare gli esopianeti usando il coronografo

Il microlensing, che ci permette di individuare gli esopianeti ma non di vederli direttamente, era il livello di competenza che ci si aspettava da WFIRST per la scoperta degli esopianeti, secondo quanto previsto dalla Decadal Survey nel 2010. Tutto questo è emozionante, ma gli scienziati vorrebbero anche poter essere in grado di avere immagini dirette degli esopianeti per studiarli con maggiore dettaglio. Con la donazione dell’hardware di AFTA, questo è diventato possibile. Il telescopio AFTA, più grande, ha permesso alla NASA di aggiungere a WFIRST un coronografo, per consentire una rappresentazione diretta degli esopianeti più prossimi; fatto tecnicamente impegnativo, perché essi sono molto vicini alle stelle (secondo la scala astronomica) e molto meno luminosi della loro stella. Quindi un coronografo deve bloccare quanta più luce possibile dalla stella centrale, così da permettere agli altri strumenti di catturare quella, relativamente debole, proveniente dal pianeta. Il Decadal Survey ha messo lo sviluppo di una tale tecnologia in cima alle sue priorità per gli investimenti cosiddetti di “media entità” (centinaia di milioni di dollari) per l’astronomia spaziale. L’aggiunta di un coronografo a WFIRST permetterà che questa raccomandazione venga rispettata, non solo sviluppando la tecnologia in laboratorio ma anche facendola volare nello spazio. L’indice di contrasto previsto del coronografo WFIRST è un migliaio di volte superiore a qualsiasi cosa sia già stata realizzata – e negli ultimi due anni sono stati fatti dei grandi progressi nei test di laboratorio verso questo obiettivo. Se ci si riuscirà, grazie a WFIRST saremo in grado di rilevare direttamente pianeti della dimensione di Nettuno o più grandi.

RIPRENDERE LE IMMAGINI DI UN ALTRO PIANETA AZZURRO

Il coronografo di WFIRST è solo il punto di partenza verso una missione ancora più entusiasmante nel futuro. Se l’uso di un coronografo su WFIRST per riprendere immagini di esopianeti avrà successo, apriremo la strada ad una missione successiva con un telescopio e un coronografo più potenti. Una tale missione potrebbe essere in grado di riprendere immagini (e spettri) di pianeti delle dimensioni della Terra nella zona abitabile di stelle vicine. Questo ci permetterebbe di cercare la presenza di acqua e ossigeno – possibili segni di vita – nelle atmosfere di questi pianeti. WFIRST quindi rappresenterà un passo avanti verso la scoperta di un altro “pianeta azzurro” e la comprensione della presenza della vita nell’universo.

Traduzione di SIMONETTA ERCOLI

editing di DONATELLA LEVI

Titolo originale: ” A Wider View” by Jason Rhodes

JASON RHODES è un “cosmologo dell’osservazione” in forza al JPL della NASA, e sta lavorando per comprendere i misteri della materia e dell’energia oscure usando telescopi come WFIRST, oppure come Euclide dell’ESA. Quando non è impegnato a progettare missioni spaziali, dedica il suo tempo alla moglie Alina, sua collega cosmologa al JPL.

L’articolo è stato pubblicato per la prima volta da The Planetary Report 2015 v35, n.02

WFIRST

wfirst immagine

Galleria Immagini

wfirstmicrolensing1.

Come risultato dell’effetto di microlensing, la luminosità di una stella lontana misurata da un telescopio aumenta e poi diminuisce con il tempo (come si vede dalla curva rossa in alto), quando una stella e/o un pianeta ci passa davanti.

Che cosa è il microlensing gravitazionale?
Il
microlensing approfitta del fatto che la materia piega lo spazio e curva il percorso della luce, permettendo a corpi massivi di agire come lenti di ingrandimento. Riprendendo le immagini di molte migliaia di stelle nel nucleo centrale densamente popolato della galassia e misurandone la luminosità, possiamo aspettarci una sovrapposizione di una stella che funge da lente in primo piano su una stella sorgente sullo sfondo. La massa della stella lente ingrandisce l’immagine della stella sorgente passandovi davanti, proprio come farebbe una lente di vetro. Quando questo avviene, noi rileviamo un’apparente maggiore luminosità della stella. Contemporaneamente appaiono due immagini della stella sullo sfondo, troppo vicine tra loro perché noi le si possa distinguere (anche con WFIRST); comunque queste immagini non sono fondamentali per il processo di rilevamento. In qualche caso, la stella in primo piano avrà un pianeta e quel pianeta agirà brevemente come un’altra lente per la stella sorgente, causando una piccola, veloce anomalia nel lento cambiamento della “curva della luce”, o misura della luce totale raccolta dalla stella. Questa piccola anomalia indica la presenza del pianeta, e la relativa forma dell’anomalia, insieme con la curva totale della luce di microlensing, può darci informazioni sul rapporto tra le masse delle stelle ed il pianeta ed anche sulla distanza tra la stella lente ed il pianeta.

2.wfirst-kepler

Mentre la soda spaziale Kepler è molto più sensibile nel rintracciare i pianeti vicini alle loro stelle madri, WFIRST sarebbe molto più sensibile verso quelli lontani, come mostrato in questo diagramma della distanza dalla stella madre rispetto alla massa degli esopianeti. Le scoperte di pianeti stimate per Kepler sono mostrate come punti arancioni; i punti verdi sono le simulazioni delle future scoperte di WFIRST. Quest’ultimo sarà anche in grado di trovare pianeti non legati a stelle madri. I punti grigio scuro rappresentano esopianeti non rilevati da Kepler. Solo per gioco sono stati aggiunti la Terra e altri pianeti.

Screenshot 2015-09-27 10.303.

Questa simulazione di un’immagine ottenuta con un coronografo illustra come la schermatura della luce brillante di una stella permette l’osservazione della luce relativamente debole dei suoi due pianeti. La donazione dell’Astrophysics Focused Telescope Asset (AFTA) permette di aggiungere un coronografo a WFIRST, permettendo agli scienziati di andare alla ricerca di esopianeti nello spazio.

coronografo14.

un coronografo non è il solo modo per bloccare la luce di una stella in modo da consentire un’immagine diretta di un esopianeta. La NASA sta studiando dei concept per un’opzione esterna denominata starshade (ombrello stellare). Questa navicella a volo libero potrebbe essere manovrata posizionandola precisamente in modo da lasciare che la luce di un pianeta oltrepassi il suo bordo esterno, mentre la parte più interna blocca la luce della stella. I “petali” dello starshade creano un bordo più tenue che diminuirebbe la curvatura della luce. Per vedere un’animazione dell’apertura dello starshade, (qui in immagine), e anche un video del test di apertura del prototipo presso lo JPL, andare a planet.ly/starshade

28 settembre 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , , , | Lascia un commento

Prefazione all’antologia “Ma gli androidi mangiano spaghetti elettrici?”

Cover_FiuggiSiamo ossessionati dal cibo, e ne abbiamo tutte le ragioni: basti pensare al fatto che il semplice atto di mangiare una mela ci ha privati per sempre delle delizie del Giardino dell’Eden. L’intero percorso della nostra civiltà è stato scandito dalle preoccupazioni legate all’esigenza di nutrirsi. Quando abbiamo scoperto che la coltivazione garantiva maggiore sicurezza e stabilità rispetto alle attività di caccia e raccolta, abbiamo iniziato a costruire città, nazioni e imperi. Tuttavia, questa concentrazione di popolazione nei grandi centri urbani ha esposto la nostra specie alla vulnerabilità delle carestie. Enormi città-stato dell’antichità sono state spopolate, secondo gli archeologi, da terribili carestie che costrinsero la popolazione a disperdersi per avere accesso ad altre fonti di cibo. Grandi rivolte sociali in un passato più recente sono state prodotte dalla fame, da quelle che sconvolsero buona parte dell’Europa nel XIV secolo alle frequenti sollevazioni del popolo di Parigi durante la Rivoluzione francese, causate dall’aumento del costo del pane.

Nel XX secolo lo “spettro della fame” assunse connotazioni da incubo, nel momento in cui andò a legarsi a quella spettacolare crescita della popolazione mondiale che ha accompagnato tutto il “secolo breve”, nonostante le spaventose carneficine delle due guerre mondiali ed ecatombi di entità uguali se non superiori in termini di vittime prodotte proprio da politiche alimentari sbagliate, in Unione sovietica tra gli anni Trenta e Quaranta e in Cina nel 1960 durante il “Grande balzo in avanti”.

Un libro, in particolare, fece tremare i polsi quando uscì per la prima volta nel 1968: era The Population Boom di Paul R. Ehrlich, all’epoca professore di biologia alla Stanford University. In esso, riprendendo e aggiornando le tesi di Thomas Malthus, Ehrlich dimostrava come la crescita della popolazione avrebbe condotto, a partire dagli anni Settanta, a spaventose carestie di massa, che avrebbero ucciso centinaia di milioni di persone.

cibo3Quegli scenari da incubi influenzarono profondamente la cultura occidentale e furono ripresi nel 1972 dal celebre besteller I limiti dello sviluppo, realizzato da un gruppo di ricerca del MIT di Boston su commissione dell’influente Club di Roma, un think-tank che riunisce personalità politiche e scientifiche di primo piano con lo scopo di far aprire gli occhi ai politici sulle sfide del futuro.

La fantascienza fu enormemente influenzata dalle paure della sovrappopolazione e dalle possibili, conseguenti carestie su scala mondiale. Lo testimoniano romanzi come Largo! Largo! di Harry Harrison (1963) e Tutti a Zanzibar di John Brunner (1968), uscito lo stesso anno di The Population Boom, ma anche film come 2022: i sopravvissuti (tratto dal romanzo di Harrison) del 1973, che produsse una grande impressione sul pubblico americano per lo scenario distopico presentato, in cui il problema della fame è risolto “riciclando” i cadaveri degli esseri umani. Questi scenari erano stati anticipati da più di un autore di fantascienza, tra cui in particolare Isaac Asimov, che del problema della sovrappopolazione aveva fatto la cifra del suo impegno come saggista, riflettendolo anche nella produzione letteraria: Abissi d’acciaio (1951) presenta una Terra sovraffollata dove la produzione alimentare consiste esclusivamente di lieviti artificiali.

Tuttavia, quegli scenari oggi sono ancora – fortunatamente – fantascienza. Le tesi di Ehrlich non si sono avverate grazie allo sviluppo scientifico e tecnologico che, tra gli anni Cinquanta e Settanta, ha applicato all’agricoltura mondiale i benefici della Rivoluzione Verde introdotta dall’americano Norman Borlaug. Oggi, in un mondo di sette miliardi di abitanti (si consideri che, negli anni Settanta, la popolazione mondiale era la metà), la produzione alimentare è ancora ben superiore al fabbisogno globale. Le carestie malthusiane non sono avvenute e solo le diseguaglianze distributive sono all’origine della malnutrizione che affligge alcune aree dei cosiddetti paesi in via di sviluppo.

cibo4Eppure, scorrendo i racconti che compongono quest’antologia, il lettore si accorgerà che la maggior parte degli scenari immaginati dai loro autori per il nostro futuro – prossimo o remoto – sono estremamente foschi. Ritornano molte delle immagini che hanno riempito la fantascienza del recente passato, come quelle che immaginano l’umanità costretta a cibarsi esclusivamente di inquietanti composti che assomigliano molto al famoso “Soylent Green”, o a rimpiangere il gusto ormai scomparso del cibo vero, come quello di una bistecca o di una mela. Visioni che naturalmente sono aggiornate ai trend del XXI secolo. La nostra società è più ossessionata dal cibo oggi, in un’epoca di abbondanza alimentare globale (testimoniata, in Occidente, da tassi altissimi di obesità), di quanto non fosse nell’epoca delle carestie. Anoressia e bulimia sono agli estremi dello spettro dei disturbi del comportamento alimentare – categoria entrata a pieno titolo nella vasta casistica delle malattie mentali – ma senza dubbio ciò che caratterizza i tempi in cui viviamo è l’ortoressia, termine che designa quell’attenzione estrema, quasi patologica, che ormai ci accomuna nella scelta dei prodotti alimentari che acquistiamo. Alcuni dei racconti di quest’antologia portano all’estremo questo trend, immaginando società che sanzionano pesantemente coloro che decidono di nutrirsi di alimenti non sani.

cibo5Il “boom” a cui stiamo assistendo in questi anni in termini di conversioni alla dieta vegetariana, vegana, persino fruttariana (quest’ultima particolarmente pericolosa per la salute umana), la crescita di intolleranze alimentari di probabile origine psicotica, l’attenzione spasmodica a epidemie che ci costringono, quasi periodicamente, a privarci di alcuni alimenti – la carne bovina, quella avicola, il pesce, le uova – è la spia del rapporto piuttosto difficile tra la società occidentale contemporanea e il cibo. D’altro canto, lo “spettro della fame” incombe sul nostro futuro oggi come negli anni Sessanta. La Rivoluzione Verde, che attraverso la diffusione dell’agricoltura chimica, dei pesticidi e dei fertilizzanti ha permesso alla produzione alimentare di sostenere la crescita esponenziale della popolazione, potrebbe non essere in grado di sostenere un mondo da 10 miliardi di abitanti, come quello in cui vivremo in un periodo compreso – a seconda delle previsioni – tra la metà e la fine di questo secolo.

La preoccupazione maggiore è legata al consumo di carne (un tema non a caso ricorrente nei racconti di quest’antologia). Il problema non è infatti solo l’aumento della popolazione, ma la crescita di quella classe media mondiale che, a differenza delle fasce più povere, gode di una dieta più ricca di proteine. La crescita recente di questa categoria sociale in paesi sovrappopolati come la Cina e l’India ha spinto verso l’alto il consumo di carne su scala mondiale, con conseguenze drammatiche: tra queste, l’aumento delle emissioni di metano da parte degli allevamenti, che vanno a peggiorare il quadro già fosco dell’effetto serra; la riduzione delle aree boschive a vantaggio di allevamenti più estesi; il fenomeno del land grabbing, che vede l’acquisto di enormi appezzamenti di terreno in tutto il mondo – ma in particolare in Africa – da parte di paesi stranieri come la Cina o grandi multinazionali, per destinarle a futuri allevamenti.

Potrebbe sembrare una notizia ottimistica quella che ha visto per la prima volta, nel 2013, il consumo di pesce superare quello di carne a livello mondiale. E tuttavia, se guardiamo al calo vistoso delle riserve ittiche soprattutto nel nostro Mar Mediterraneo e nel Mar del Nord, c’è da preoccuparsi. L’aumento dell’acquacoltura, analogamente, non è un elemento positivo come ci si potrebbe immaginare. Per alimentare alcuni tipi di pesce nelle riserve ittiche, come salmoni e gamberi, sono necessarie enormi quantità di pesci di piccola taglia, come aringhe, sardine e acciughe, le cui riserve naturali sono ormai ai limiti. L’acquacoltura, poi, ha un impatto ambientale non indifferente: basti pensare che l’esigenza di mangrovie, che costituiscono l’habitat ideale di molti pesci d’allevamento, ha già portato alla scomparsa di quasi due terzi delle mangrovie dell’Indonesia, mettendone a rischio le coste, dato che le mangrovie proteggono le linee costiere durante le tempeste.

cibo6Sul fronte dell’agricoltura, buona parte della comunità scientifica sostiene che ci troviamo alle porte di una nuova rivoluzione, portata questa volta dall’ingegneria genetica attraverso lo sviluppo degli OGM. La resistenza ad agenti patogeni, la maggiore produttività e tutta un’ampia serie di caratteristiche in grado di aumentare le rese agricole grazie alla genetica, potrebbero mettere in soffitta le innovazioni dell’agricoltura chimica. Tuttavia, le resistenze dell’opinione pubblica sugli OGM hanno fortemente limitato la portata di questa “rivoluzione”. Sulla questione, gli scrittori di fantascienza si dividono, e lo fanno anche in quest’antologia. Per sua natura portata all’ottimismo tecnologico, la fantascienza contemporanea nutre oggi una maggiore attenzione alle conseguenze sociali dell’innovazione; attenzione che ha portato per esempio l’americano Paolo Bacigalupi a prendere duramente posizione contro gli OGM nel suo bestseller La ragazza meccanica (2009).

Che sia o meno colpa degli OGM, è cosa nota che l’attuale tendenza dell’agricoltura stia portando a una pericolosa perdita della diversità genetica. Una delle principali sfide del futuro sarà quella di impedire un’estinzione di massa di specie vegetali, dal momento che la riduzione della diversità espone il nostro pianeta a possibili carestie di massa (patogeni che colpiscono una particolare varietà non preoccupano molto se le varietà sono numerose, ma possono innescare catastrofi se la diversità è compromessa: è lo scenario presentato nel recente film Interstellar, dove il granturco si è praticamente estinto). cibo2Sembrano davvero uscire da romanzi e film di fantascienza gli ambiziosi progetti di creare riserve genetiche per le nostre piante, come il National Center for Genetic Resources Preservation di Fort Collins, in Colorado, o lo Svalbard Global Seed Vault nell’Artico norvegese, una struttura in grado di resistere ad alluvioni, tifoni e terremoti fino al 4°-5° Richter (in un’area a basso rischio sismico). Lì, all’interno di giganteschi frigoriferi, sono conservati i semi di migliaia di varietà, da cui potremo far rinascere la diversità genetica qualora fosse necessario.

Insomma, è difficile dire come ne usciremo. Studi eminenti suggeriscono soluzioni estreme, da diete esclusivamente vegetariane (è la proposta, tra gli altri, dell’ambientalista Jeremy Rifkin) a menu a base di insetti (è lo scenario presentato in un recente studio della FAO, che dal 2011 ha avviato una serie di iniziative per promuovere l’entomofagia). I teorici della decrescita vorrebbero conformare il consumo alimentare mondiale a uno standard più equo, in grado di sfamare tutti: in questo modo potremmo sconfiggere l’obesità, ma va da sé che dovremmo dire addio a parecchie leccornie che fanno parte della nostra assai iniqua dieta, a partire dai panini MacDonald’s. Se invece non possiamo proprio farne a meno, consolerà sapere che gli studi sulla carne sintetica vanno avanti, anche se per il momento i loro prodotti non sono alla portata di tutte le tasche (un hamburger costa sui 250mila euro)#.

maccaroneiometemagnoQuale che sia la via di uscita, è probabile che ci costringerà a sacrificare qualcosa. La Rivoluzione Verde, con la conseguente diffusione dei pesticidi, ha già reso più silenziose le nostre primavere, come già nel 1962 si era accorta Rachel Carson, ed è probabilmente la responsabile della moria mondiale di api. I racconti di quest’antologia ci raccontano, in buona parte, di futuri di privazioni, ma, come ogni buona storia di fantascienza dovrebbe fare, non si limitano a intrattenerci, ma ad anticipare i futuri possibili. La grande domanda a cui dobbiamo trovare presto una risposta è fino a che punto siamo disposti a spingerci, e fino a quanto siamo disposti a sacrificare, prima di iniziare a cambiare la rotta dello sviluppo insostenibile.

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ROBERTO PAURA

Italian Institute for the Future

26 marzo 2015 Posted by | | 2 commenti

Come il passato sognava il futuro

Troverete qui a seguire due articoli, uno di Fabrizio Carli ed uno di Antonio Pumilia che in realtà è un mio pseudonimo. Entrambi furono pubblicati su Nigralatebra un blog che curavo qualche anno fa. A parte qualche riferimento temporale non chiarissimo, abbiamo ritenuto di pubblicarli come erano a dimostrazione che prevedere il futuro è un “tricky business” come dicono gli americani, cioè un compito problematico. Noi, io e Carli, non tentavamo di prevedere il futuro, parlavamo di come avevano tentato di farlo altri, per altro sbagliando ma lui in compenso aveva scritto un libro imperniato sulla “nostalgia del futuro che non c’è mai stato”. E questa nostalgia (si noti che l’etimologia del termine è “il dolore del ritorno” in cui il ritorno è la memoria) fa riferimento agli anni 50/60, quando il futuro lo si immaginava prospero, felice, e ricco di invenzioni miracolose, soprattutto nei trasporti.

Quel futuro è arrivato ma non ha portato con sé nulla di quella tecnologia, anche se ne ha portata altra, all’epoca impensabile, quella informatica e delle telecomunicazioni: un qualunque “smartphone” oggi permette di comunicare con qualunque altro telefono sul pianeta, ospita da solo molta più tecnologia e memoria dei “mega cervelli elettronici” che allora avevano solo gli americani nei loro megalaboratori segreti e costa poche decine di euro, moneta che all’epoca era non sognata e inconcepibile anche perché è la prima moneta unica comune in tutta Europa dopo il sesterzio dell’Impero Romano! Per non parlare di Internet. A dire: il futuro, nel bene o nel male, arriva sempre inatteso, almeno tecnologicamente parlando. (Massimo Mongai)

 

RETROMEZZI

di Fabrizio Carli

 

img1(fig. 1)

Ricordo una pubblicità (non ricordo di cosa) con un uomo al centro di una strada deserta che, sguardo alla telecamera, proferiva irritato queste parole (non proprio queste ma il senso era questo): dove sono le auto volanti? Ci avevano promesso automobili senza ruote! Dove sono?

Tutto ciò accadeva pressappoco un anno fa e la prima volta che vidi lo spot mi dissi: è vero! Forse mai come questa volta una pubblicità riusciva a rappresentare, in maniera così adeguata, una mia irritazione assopita.

Negli anni Ottanta ero un adolescente. A quell’epoca per me non esistevano compromessi: il futuro erano macchine volanti o, ancora più avveniristicamente, automobili su cuscinetti ad aria e questo non perché avessi visto film come Metropolis o Thing to Come ma perché l’idea di futuro era trasmessa mediante l’immagine dei mezzi di trasporto. Tutt’al più, per la mia esperienza televisiva, il riferimento iconico era rappresentato dai rover lunari di Spazio 1999 che le ruote le avevano ma ne avevano sei per cui tutto “quadrava”.

Nel mestiere di sceneggiatore per “plasticità” si intende qualcosa come “far vedere” piuttosto che raccontare. Questa è una regola d’oro per chi scrive per la televisione o il cinema. Lo sceneggiatore deve, in sostanza, mostrare qualcosa che, nella maniera più rapida possibile, conduca lo spettatore ad “acclimatarsi” nel contesto di un film. Accade spesso nei film di fantascienza che questa acclimatizzazione avvenga visualmente tra8mite l’immagine di automobili dalle forme futuribili o da più o meno fantasiosi mezzi di trasporto. Si potrà obiettare che questo rappresenta, con ogni probabilità, uno dei mezzi più banali per introdurre una storia di fantascienza. Ciò è probabile, tuttavia resta valida l’osservazione che vuole, come linea prevalente di tendenza, che il futuro si rappresenti a partire dai mezzi di trasporto, forse perché pensare il futuro significa, in un certo senso, andarci, muoversi verso di esso.

img2(fig. 2)

E’ comunque fin troppo evidente il nesso (traiettoriale) esistente tra l’idea di futuro e quella del viaggio e quindi del mezzo di trasporto. E’ interessante, ad esempio, l’analisi che compiono T. W. Adorno e M. Horkeimer nel loro Dialettica dell’illuminismo del viaggio di Odisseo come rappresentazione dell’umana liberazione prima dalle leggi di natura e, in seguito, dalla gerarchia dell’olimpo. Il viaggio di Odisseo diviene prima di tutto viaggio dell’umanità verso un futuro razionale: per Adorno e Horkheimer, infatti, l’Odissea rappresenta la metafora della sedimentazione dell’agire razionale.

Ma questa è tutta un’altra storia.

Perdonatemi un’altra piccola premessa: il futuro non è mai come ce lo aspettiamo. Ciò è tanto più vero quanto più scientifico è il tentativo di fare previsioni su di esso. La buona notizia è che la specie umana è fortunata perché ciò che l’aspetta è più vario di quanto essa possa immaginare; la cattiva notizia è che questa imprevedibilità vale anche per i mezzi di trasporto e che quindi se volessimo tentare di fare qualche previsione sul futuro, con ogni probabilità, falliremmo come chi ci ha preceduto.

Vorrei iniziare parlando proprio di quest’ultimo aspetto che altrove ho definito “del futuro che non c’è mai stato”. Si tratta di una prospettiva a mio modo di vedere molto feconda sia per la fantascienza che per la scienza. Di fatto, il presente poteva essere diverso da quello che è (Massimo Mongai mi ha suggerito il concetto esatto: ucronia) e di conseguenza noi potevamo esser altro pur essendo noi stessi.

La fantascienza è piena di questi casi. Per dare dei riferimenti fin troppo noti direi che questa condizione e’ ben espressa dall’ipotetica fusione del Fattore Invisibile di Connie Willis (tendenze storiche, processi di catalizzazione che viaggiano in certe direzioni) e Vedere un altro orizzonte di P. Dick (sviluppo parallelo della storia e della tecnologia, eccetera). Per un altro verso la ricerca compiuta dalla storia della tecnologica sviluppa questo discorso prendendo in considerazione variabili storiche, politiche ed economiche (si veda ad esempio La bicicletta e altre innovazioni di Bijker). Il risultato di queste analisi, sia da parte della fantascienza che della scienza, mi è sembrato convergere, mai esplicitamente, su di un punto: alcuni oggetti del passato attraverso un certo profilo tecnologico più o meno simulato prefigurano un futuro che, in realtà, non c’è mai stato.

Quando dal presente guardiamo questi oggetti, reperendoli in cantine o nei circuiti economici dell’usato e del “seconda mano”, essi ci parlano di come quel mondo si rispecchiava nella propria prefigurazione del futuro. Ancora più interessante, essi raccontano come ad un certo punto della storia si sia prodotta una crepa, un bivio e di come la storia abbia selezionato un percorso piuttosto che un altro. Tuttavia nell’esistere al presente di questi oggetti del passato troviamo tracce di un altro presente, non sviluppato, mai maturato. Ciò ci dice anche un’altra cosa, ovvero che ogni presente è in realtà una compresenza gerarchica di sviluppi “evolutivi” (tutto ciò è fin troppo dickiano, ma a mio modo di vedere è proprio nell’attenzione per gli oggetti che risiede gran parte del fascino della narrativa dickiana). Insomma, ognuno tragga le proprie conclusioni più o meno visionarie, noi per il momento abbiamo l’esigenza di ricongiungere questo discorso con quello che riguarda i mezzi di trasporto.

img3(fig. 3)

Dato il rapporto tra rappresentazione del futuro e mezzi di trasporto quest’ultimi possono essere considerati come caso esemplare di quanto appena sostenuto a proposito degli oggetti in generale (in realtà ritengo gli elettrodomestici un’altra categoria particolarmente rappresentativa).

Tentare di ricostruire “il futuro che non c’è mai stato” a partire dai mezzi di trasporto è opera che sopravanza di gran lunga le dimensioni e lo sforzo di questo intervento. Tuttavia è possibile soffermarsi su qualche caso particolare. Per ragioni analoghe privilegeremo i mezzi di trasporto utilizzati all’interno delle metropoli senza soffermarci su tecnologie più “complesse”.

Quello in fig.1 è un super scooter della seconda metà degli anni Quaranta. A ben vedere non presenta caratteristiche tecniche di rilievo che lo differenziano da un qualunque altro scooter. Tuttavia l’illusione ottica che esso produce è particolarmente rilevante ai fini del nostro discorso. La simulata sparizione delle ruote in gomma ha una funzione essenzialmente prefigurativa che restituisce l’immagine di un scooter sollevato da terra mediante qualche forma di energia antigravitazionale. Il profilo tecnologico messo in scena da questo oggetto lascia prefigurare un’evoluzione dei mezzi di trasporto che non si è mai prodotta al pari dell’idea delle automobili volanti. Queste infatti annunciavano uno sviluppo metropolitano non tanto ipotizzato a partire dai procedimenti architettonici quanto ispirato allo “spirito dell’epoca” che giustapponeva il concetto di aerodinamica a quello di futuro e a quello ancora più rischioso di progresso.

img4(fig. 4)

Tuttavia l’idea di una locomozione quotidiana senza ruote non si esaurisce nelle forme emulative. Quello in fig. 2 è l‘aeroscooter. Il progetto è della fine degli anni Cinquanta. In sostanza si trattava di accomodarsi su di un gigantesco ventilatore in modo da scivolare sulla diffusione di aria da esso prodotta. Il lungo paraurti anteriore segnala una certa difficoltà nelle frenate rapide. L’idea che soggiace a questo prototipo è ancor riconducibile all’idea di locomozione aerea delle città così come è, ad esempio, efficacemente mostrata nei cartoni animati dei Jetson. A questo punto occorre farsi un’idea di quelle che dovevano essere i prototipi mentali della metropoli. In questo caso non occorre guardare troppo lontano. Per chi come il sottoscritto abita a Roma, ma il tutto è abbastanza replicabile in qualunque grande città italiana, basta osservare la sopraelevata di fig. 3 per farsi una idea realistica di questa proiezione. Personalmente resto affascinato ogni qualvolta osservo quest’opera architettonica del punto di vista delle tensioni che esprime verso il futuro. Sulla sua capacità di prevedere lo sviluppo della locomozione cittadina sarei più cauto vista la tendenza alla demolizione di tutte le sopraelevate costruite negli anni Sessanta in Italia (per la cronaca c’è un progetto di abbattimento di un tratto di quella romana).

Come catalizzatore di tutte le tensioni alla realizzazione di mezzi di trasporto del futuro utilizzerei la famosa automobile volante in fig. 4 progettata da Hugo Gernsback intorno alla fine degli anni Quaranta.  Quest’automobile è un concentrato di tutte le tensioni dell’epoca e di quelle di almeno due decenni a venire.

Un discorso a parte merita la Dymaxion Car in fig. 5 progettata nel 1933 dal poliedrico creatore R. B. Fuller (inventore, tra le altre cose, delle cupole geodetiche, quelle strutture utilizzate nell’immensa serra inglese dell’Eden Project oppure immaginate come elementi di base nei progetti di terraforming extra-terrestre, data la loro capacità di isolare ecosistemi). Questo prototipo di auto a tre ruote anticipa di almeno vent’anni tutta una serie di soluzioni tecniche in campo automobilistico. Tuttavia per Fuller il progetto Dymaxion è qualcosa di ben più complesso che coinvolge tutti gli aspetti della progettazione quotidiana in una concezione ecosistemica riassunta nel concetto di “astronave terra” di sua stessa creazione. Tale concetto è importante perché meritevole di una precocissima anticipazione dell’esigenza di interazione tra l’organico e il macchinico. La storia della “filosofia” Dymaxion costituisce un’eccezione al discorso fin qui svolto; in un certo senso potremo dire che Fuller è uno dei pochi pensatori la cui idea di futuro si è, in un certo senso, realizzata. Tuttavia tra breve diverrà più chiaro il perché di questo breve accenno.

img5(fig.5)

Altrove ho sostenuto la tesi per cui la tensione alla progettazione aerodinamica (in particolar modo quella statunitense dello Streamline Decade) possa essere considerata come uno degli “affluenti” dello sviluppo della emozione ufologica degli anni Quaranta – Cinquanta. Non ho intenzione di addentrarmi nella problematica, tuttavia c’è un aspetto di questa disciplina che torna utile a questo discorso: la tecnologia e la propulsione aliena. E’ interessante infatti notare che la “supremazia” tecnologica attribuita da testimoni e dai ricercatori alle astronavi aliene risiede in un’integrazione completa tra energia biologica e potenzialità macchinica. Una nave aliena sarebbe, in sostanza, un “amplificatore” di energie biologiche e gravitazionali; in questo senso lo stesso concetto di propulsione verrebbe meno. Ripeto di non essere interessato al piano di verità di quanto sostenuto dall’ufologia ma al tipo di tensioni espresse. Anticiperò alcune delle mie considerazioni finali facendo notare come le meccaniche di queste tecnologie aliene ricordano una tecnologia a noi fin troppo familiare: la bicicletta. Di fatto, in questo approccio genealogico (contrapposto a quello cronologico) allo sviluppo tecnologico può accadere che la bicicletta, la sua capacità di amplificare l’energia biologica, si scopra antica parente dei dischi volanti.

Conclusione. Tempo fa fui contattato da Massimo Mongai che mi chiese se avessi seguito la storia di Ginger e se avessi voglia di scrivere qualcosa su questo “enigma” tecnologico. Inizialmente la cosa mi suonò assolutamente nuova. Solo dopo qualche giorno sfogliando il mio “archivio” di articoli tratti dalle più svariate riviste mi accorsi di aver ritagliato da un “Newton” dell’aprile del 2001 un articolo dal titolo Il mistero di nome Ginger. All’epoca catalogai questo articolo come “beffa tecnologica” e nonostante l’indubbio interesse dell’articolo in sé di fatto me ne dimenticai. Nel frattempo l’attenzione su Ginger era esponenzialmente cresciuta. Ma cosa è Ginger? Esistono due modi di rispondere alla domanda; i due modi sono solo apparentemente antitetici

img6

(fig. 6)

1) Ginger è una tecnologia rivoluzionaria (vedi fig. 6), un mezzo di trasporto che ricorda un monopattino. Tuttavia si tratta di un concentrato tecnologico di altissimo profilo (basato sull’utilizzo di giroscopi) che elimina molte delle interfacce oggi utilizzate per condurre un mezzo di trasporto a vantaggio di un’interazione più completa tra corpo e veicolo. Ginger promette di integrare le funzionalità dei più moderni mezzi di trasporto con la flessibilità e la maneggevolezza di una bicicletta.

2) Ginger è un “oggetto non identificato” prodotto residuale di tensioni appartenenti al secolo che ci siamo appena lasciati alle spalle. Ginger è una ingegnosa macchina comunicazionale capace di fare leva su un pubblico generazionalmente trasversale. Lo fa coniugando fantasmi e tensioni mai del tutto scomparse. Ginger è un artificio linguistico capace di giocare su quella compresenza gerarchica di sviluppi “evolutivi” di cui si è parlato all’inizio. Ginger è il sogno della casa elettroautomatizzata e dei tapis-roulant disposti lungo tutta la superficie stradale della metropoli. In Ginger troviamo un po’ dell’auto volante di Gernsback, della Dymaxion car di Fuller e anche un po’ della bicicletta ma solo nella misura in cui in quest’ultima si può rintracciare un certo grado di parentela genealogica con i dischi volanti.

Non ho voluto esaminare gli aspetti tecnologici di Ginger: nessuno lo può fare dato che si tratta realmente di un mistero comunicato solo attraverso fascinazioni e suggestioni. Allo stesso modo non ho elementi per giudicarlo dal punto di vista del piano di verità e di fatto allo stato dell’arte questo è forse l’aspetto meno urgente. Ginger resta un evento mediale al pari delle luci non identificate che periodicamente attraversano i cieli terrestri. Al pari di queste, Ginger affascina in quanto fantasma di un futuro che non c’è mai stato. Niente di nuovo quindi? Non proprio. Confesso di volerci credere e non solo per motivi di ecocompatibilità ma soprattutto perché Ginger potrebbe essere una risposta seppur parziale alle tensioni rievocate da quello spot di cui ho parlato all’inizio. In sostanza mi piace pensare a Ginger come al riemergere di un presente momentaneamente dimenticato che in questi anni ha lavorato sotterraneamente “rosicchiando” porzioni sempre più evidenti di realtà.

 

GINGER, AUTO E FS

previsioni azzeccate o meno

di Antonio Pumilia

ging5(fig.7): Ginger

Facciamo un parziale seguito all’articolo di Carli su fantascienza e mezzi di trasporto. A parte le foto di Ginger, le foto che vedete in questo articolo sono tratte da un libro del 1962, Automobili: ieri oggi e domani di Enzo Anelucci, disponibile (di sicuro) presso la BNCR, ossia la Biblioteca Nazionale Centrale di Roma.

Si tratta di un perfetto esempio di quanto Carli dice quando parla della “nostalgia di un futuro che non c’è stato” come sentimento ispiratore del design degli elettrodomestici degli anni della prima metà del secolo XX. Le foto illustrano il capitolo finale del libro, quello in cui si parla, appunto del “domani” dell’auto. E fa previsioni sballate, come nel 99% dei casi di chi prova a fare previsioni sui comportamenti futuri della gente, compresi gli esperti di Teoria del Caos.
Ad esempio, prevede come estremamente comuni e diffuse, auto a tre o a sei ruote; oppure auto a turbina; oppure auto con le ruote messe non ai quattro angoli di un rettangolo (come sono tutte da sempre in tutti i veicoli a quattro ruote da 3000 anni) ma ai quattro vertici di un rombo.

Tutte cose che non sono mai andate al di là della pura e semplice sperimentazione, ammesso e non concesso che siano state sperimentate. Non solo non ha previsto “Ginger”. Questo non è niente di strano. Nessuno ha previsto né Ginger né niente di simile.

auto1Ma soprattutto all’inizio del capitolo, l’autore dice:”…per immaginare il domani dell’automobile, vicino o lontano che sia,si possono seguire due vie, quella della più libera immaginazione, della “fantascienza” o quella delle deduzioni basate su quanto il tecnico di oggi ha già sperimentato e studiato per il domani.Qui si è preferita la seconda soluzione”

Toppando alla grande, dico io. In altre parole , di nuovo, la fantascienza usata per definire cose improbabili se non impossibili, casomai fantasiose e gradevoli, ma assolutamente poco serie e poco futuribili. Poco male anche qui. Noi che amiamo la FS sappiamo benissimo che non è questo che conta, che non è l’aderenza delle previsioni alla realtà che caratterizza realmente la FS. E che essere seri non vuol dire essere seriosi.

Serioso invece è stato l’autore. Il quale dichiarando di non voler fare previsioni “fantascientifiche” ma “tecnicamente serie”, ha toppato alla grande. Nulla di quanto previsto da lui si è realizzato, mentre lui non ha previsto che il futuro dell’automobile sarebbe stato caratterizzato non da novità tecnologiche ma dalla diffusione di massa delle automobili. Il motore a scoppio è sostanzialmente lo stesso di 150 anni fa. Mentre già dal 1962 al 1972 il fenomeno più significativo per il mondo dell’automobile è stata la diffusione dell’automobile come oggetto necessario, non voluttuario e di massa.

Nei primi anni 60 forse non lo si poteva prevedere; ma le automobili erano destinate a diventare una delle principali cause di morte degli italiani, per lo meno la principale se non quasi l’unica (attentati a parte!) causa di morte violenta. Per non parlare dei cancri alle vie respiratorie provocati dall’inquinamento.

auto2E questo il serioso e scientifico “tecnico” del 1962 non lo ha saputo prevedere. Tanto valeva dichiarare possibili le macchine volanti di tanta fantascienza! Qual’è il futuro di Ginger? Ah, saperlo! Auto volanti ad antigravità per il 2102, fra cento anni? Se saranno meno inquinanti, ben vengano.

Ecco il punto: più che il futuro realmente possibile dovremmo augurarci il futuro più desiderabile.

E lavorarci su…

Per chi voglia approfondire su Ginger:

Sito ufficiale Segway Italia

Archivio La Repubblica

 

1 aprile 2014 Posted by | Fantascienza | , , , , , , , | Lascia un commento

Star Trek, scienza e tecnologia ai limiti dell’immaginazione (1)

Marc MillisUn altro film di Star Trek è da poco transitato nei cinema, con la venerabile astronave interstellare Enterprise, i suoi generatori di gravità e i motori a curvatura, vere e proprie icone tecnologiche. Marc Millis, fondatore e architetto della Fondazione Tau Zero (e prima dirigente del progetto NASA chiamato “Fisica della Propulsione Avanzata”) esamina la scienza e la tecnologia che abbiamo visto nel recente film di Star Trek e riflette su cosa bisognerebbe fare perchè almeno una parte di quelle meraviglie diventasse reale. Quanto siamo vicini alla realizzazione di una tale fantastica nave interstellare ? Come paragonare quelle visioni ad altre ricerche sui veicoli spaziali? E, infine, cosa è stato fatto fino ad oggi al riguardo?

Sfide e possibilità dei viaggi interstellari

Inviare un veicolo spaziale verso il sistema stellare a noi più vicino (Alpha Centauri, che si trova a oltre 4 anni luce di distanza ) entro la durata di una vita umana richiederebbe una velocità 1.000 volte maggiore di quella di una sonda Voyager. Le due sonde Voyager sono state lanciate dalla NASA circa trent’anni fa, e solo ora stanno attraversando il bordo del nostro sistema solare, a una distanza di circa 1/500mo di un anno luce.

Aumentare la velocità di un fattore 1.000 richiederebbe almeno 1.000.000 di volte più energia, e quindi almeno due volte di più per fermarsi, quando arrivati a destinazione. Pensiamo inoltre al personale specializzato rimasto sulla Terra, cioè coloro che hanno costruito la nave stellare stessa e il suo equipaggiamento di bordo. Considerando una durata della vita umana di circa 100 anni, essi sarebbero in grado di seguire una missione di solo 80 anni luce, anche se la nave viaggiasse ad alte velocità relativistiche. Mentre questo potrebbe essere sufficiente per raggiungere un pianeta abitabile (la cui distanza stimata è tra i 25 e i 200 anni luce ), le stime provvisorie per raggiungere le civiltà più vicine (se ce ne sono) si aggirano tra i 500 e i 6000 anni luce (clicca qui per maggiori informazioni ). Per raggiungere queste mete più lontane, rimanendo all’interno del ciclo di vita dei costruttori della nave stellare rimasti a casa, bisogna muoversi a velocità superiori a quella della luce, o avere una aspettativa di vita molto maggiore .

Enterprise_The-Light_Works(nell’immagine accanto: la nave interstellare “Enterprise” in Star Trek, icona della propulsione a curvatura. Si ringrazia The Light Works)

Nell’incapacità di realizzare il volo FTL (Faster Than Light), la maggior parte dei ricercatori progetta missioni per sonde automatiche basate su svilluppi tecnologici prevedibili. Con un occhio alle stime di quello che potrebbe essere, in ultima analisi, fattibile per la fisica esistente, determinano quali ulteriori progressi tecnologici sarebbero necessari per consentire missioni significative. Le prime proiezioni indicano che solo le missioni con durata di qualche decennio potrebbero essere possibili. Sviluppare le relative tecnologie e preparare i sistemi di supporto per raccogliere l’energia per lanciare tali missioni, tuttavia, potrebbe richiedere diversi decenni, perfino secoli. Le stime variano molto a seconda di quale conclusione viene preferita.

Quando si considera il volo umano interstellare, la visione predominante è quella delle autosufficienti astronavi-arca in grado di supportare molte generazioni di esseri umani nel loro lento viaggio per raggiungere e colonizzare pianeti abitabili, attraversando lo spazio come sacche isolate di umanità. Non ci sono stati molti progressi in questa direzione , dal momento che ancora non abbiamo informazioni sul numero minimo di coloni richiesti e sul supporto vitale minimo indispensabile per tenerli in vita durante il viaggio … e anche la creazione di una struttura sociale idonea per sostenere in pace una vita soddisfacente in tale isolamento per così tanto tempo.

Infine, per coloro che vogliono raggiungere “nuovi mondi, nuove forme di vita e nuove civiltà” entro tempi brevi, sono necessari rivoluzionari progressi nella fisica teorica. Ciò include il volo FTL e altre innovazioni tipiche delle visioni di Star Trek.

Emerge il desiderio di inaugurare una nuova era di grandi progressi scientifici e tecnologici, anche se alcuni hanno bollato questi comportamenti come se fossero il frutto della mente di uno zio pazzo e sognatore.

In questa fase è troppo presto per decidere oggettivamente quale di queste ricerche sia ‘migliore’, sopratutto perchè non esiste una definizione di “migliore”. Le motivazioni pro e contro sono così varie, e i fatti reali ancora così incerti, che la scelta è più che altro basata su preferenze personali. I miei conoscenti che lavorano su queste ipotesi sembrano scegliere la disciplina che, come individui, possono contribuire di più a far realizzare .

Nota – il sito web Costruire l’Enterprise non tratta di una vera nave stellare, ma piuttosto di qualcosa che sembra proprio l’Enterprise, ma con capacità molto, molto minori.

Requisiti per un fantastico volo spaziale

Star Trek ha fatto sembrare facile il volo spaziale e altre fictions hanno alimentato le nostre speranze. Jeff Greenwald, nel suo libro del 1999 Future Perfect, su come Star Trek ha colpito persone in tutto il mondo dice: “… si soddisfa un bisogno profondo ed eterno per qualcosa in cui credere: qualcosa di vasto e potente, ma razionale e contemporaneo. Qualcosa che abbia un senso “.

Un elemento importante di Star Trek, che va al di là della tecnologia, è la sua organizzazione sociale (e la sua etica – n.d.e.), cioè la creazione di una cultura cooperativa che possa sfruttare l’energia necessaria per realizzare i viaggi spaziali senza autodistruggersi nel processo. In realtà, quando si considera il livello dell’energia necessaria per un vero viaggio interstellare, questo è un argomento estremamente importante. Potrebbe essere un argomento a sé, poichè gli aspetti sociali e umani sono parte integrante nel contemplare l’idea di un viaggio interstellare. Personalmente, io sono preoccupato che questa sfida potrebbe rivelarsi più difficile di quanto non sia la creazione di una nuova fisica che ci dia i motori a curvatura e i generatori di gravità.

Torniamo ora alla fisica relativa al volo spaziale. Per divertimento e per fare appello a una più ampia base di fan, qui c’è una raccolta di alcuni dei velivoli di più grande ispirazione visive per il volo interstellare, il nostro “2001 Millennium Enterprise, C57-D”.

Aldo-Spadoni-2001_Millennium_Enterprise_C-57D(Nell’immagine accanto: Il “Millennium 2001 Enterprise, C57-D”, ispirato a molti famosi veicoli immaginari : uno scafo (con capacità di trasporto FTL) ispirato dal film 2001 Odissea nello spazio, dall’Enterprise di Star Trek del 1966; dal Millennium Falcon (Star Wars del1977) , e dalla nave piattino C57-D del 1956 da “il pianeta proibito”. Cortesia grafica di Aldo Spadoni 2013, sulla base di uno schizzo di Millis.)

Indipendentemente dal tipo di fantascienza preferito, quando si tratta di rendere possibile questo fantastico volo interstellare, ecco quello che ci serve:

  1. I motori FTL: rispetto alle distanze tra le stelle, la luce è in realtà lenta, impiega anni a percorrere distanze interstellari. Il nostro più vicino sistema stellare (Alpha Centauri) si trova a più di 4 anni di distanza alla velocità della luce. Il pianeta abitabile più vicino potrebbe essere ovunque tra i 25 e i 200 anni luce di distanza. E per poter incontrare ogni volta nuovi alieni per l’episodio televisivo della settimana, la nostra Enterprise avrebbe bisogno di una “ingenua” velocità di crociera di almeno 25.000 volte quella della luce. La parola ingenua è usata qui per ricordarci che noi non sappiamo veramente cosa succede al tempo e allo spazio a velocità ultra-luminali. Per un volo a velocità sub-luminale, invece, la Teoria della Relatività Speciale ci dice cosa aspettarsi che accada alle nostre percezioni di tempo e spazio, che cambiano quando ci avviciniamo alla velocità della luce.

  2. Il controllo delle forze gravitazionali e inerziali: Questa è una caratteristica estremamente importante che spesso viene trascurata a vantaggio del FTL. E ‘così onnipresente nella fantascienza che molte persone non si rendono nemmeno conto che esiste e ha implicazioni rivoluzionarie – in più non ha ancora un nome evocativo, in grado di interpretarne il significato. Immaginatevi nella vostra astronave preferita – dove l’equipaggio vive e lavora normalmente – come se foste sulla Terra. Questo significa che la nave sta fornendo un campo gravitazionale per il comfort e la salute dell’equipaggio, nel mezzo dello spazio profondo dove non esiste niente del genere. Questa sarebbe un’enorme conquista scientifica! Ma aspettate, c’è di più. Tenuto conto di questa capacità di creare forze di accelerazione (per l’appunto un campo gravitazionale artificiale) all’interno di un veicolo spaziale, non è molto difficile pensare che tali forze di accelerazione potrebbero essere create al di fuori del veicolo creando la possibilità di generare una spinta. Sarebbe cioè un vero motore spaziale non a razzo che chiameremo semplicemente space drive, una svolta epocale! E ancora: la fisica necessaria per manipolare le forze gravitazionali e inerziali implica anche la possibilità di ottenere “raggi traenti” per lo spostamento di oggetti a distanza, e la capacità di percepire proprietà dello spazio-tempo che non riusciamo ancora a intravedere.

  3. Produzione, accumulo e consumo di energia senza precedenti: l’ultimo sulla nostra lista dei principali requisiti è quello di avere abbastanza energia a bordo per alimentare i nostri magici motori FTL e gli space drive. Su Star Trek, usano la materia-antimateria per fornire l’energia, attraverso la piena conversione di materia in energia, fenomeno teorizzato in fisica ed espresso dalla formula di Einstein E = mc2. Il nostro fantastico veicolo spaziale avrà bisogno di molta energia.

(la seconda e ultima parte sarà pubblicata  lunedì 5 agosto 2013)

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

traduzione di MARCO RADICI

editing ROBERTO FLAIBANI

29 luglio 2013 Posted by | Astronautica, Fantascienza, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , , , | 1 commento

Archiviazione dati: l’ipotesi DNA

DNA1Uno dei benefici del costante proliferare dell’informazione è l’aumento della nostra capacità di immagazzinare grandi quantità di dati in piccoli spazi. Adoro poter portare in viaggio con me centinaia di volumi nella memoria del mio Kindle, e a quelli che controbattono che tanto se ne può leggere solo uno per volta, rispondo che adoro poter scegliere tra tutti quei libri a portata di mano, e avere in borsa una scorta di fonti d’informazione qualificate. Provate a portarvi in giro il Webster’s 3rd International Dictionary, e capirete perché, una decina d’anni fa, era così piacevole inserirlo in un palmare. Purtroppo non ne esistono versioni per Kindle o per Nook.

 Stavamo parlando della proliferazione dell’informazione? Dave Turek, un progettista di supercomputer per l’IBM (Deep Blue, campione mondiale di scacchi, è una delle sue creazioni), ha scritto che da quando si tiene memoria del trascorrere del tempo, fino al 2003, l’Uomo ha prodotto cinque miliardi di gigabyte di informazione (5 esabyte). Nel 2011, lo stesso ammontare veniva prodotto ogni due ore. IBM si aspetta che l’intervallo si riduca a 10 minuti a partire dal 2013 e richiede nuovi computer progettati per gestire dati compressi a così incredibili livelli.

 Un recente articolo apparso sul blog Innovazioni dell’Istituto Smithsoniano cattura il senso di ciò che sta accadendo:

 Ma come è possibile? Come hanno potuto dei dati diventare una specie di gramigna digitale? In parole povere, ogni volta che il vostro cellulare emette il segnale di localizzazione GPS, ogni volta  che comprate qualcosa online, ogni volta che cliccate il bottone “mi piace” su Facebook, ogni volta è come se metteste un messaggio digitale in una bottiglia, e ora gli oceani ne fossero quasi del tutto ricoperti.

 E non è tutto: messaggi di testo, registrazioni dei clienti, transazioni Bancomat, immagini delle telecamere di sicurezza….. la lista cresce in continuazione. La parola alla moda per descrivere tutto questo è “Big Data”, termine che a stento rende giustizia all’enormità del mostro che abbiamo creato.

 L’articolo giustamente fa notare che abbiamo incominciato a raccogliere molta più informazione di  quanta neriusciamo a elaborare, motivo per cui, per esempio, si può trovare un terreno così fertile per l’esplorazione tra i dati delle ricerche statistiche in ambito astronomico e altri progetti che hanno reso la raccolta di informazioni più veloce degli scienziati che le devono analizzare. Imparare a muoversi tra giganteschi database è il presupposto del software BigQuery di Google, che è progettato per setacciare terabyte d’informazioni al secondo. Anche così, la sfida è immensa. Considerate che gli algoritmi usati dal team Kepler, per quanto siano acuti, sono stati integrati con successo da volontari che lavoravano per il progetto Planet Hunters, che di tanto in tanto vedono cose che i computer non notano.

 Ma come noi lavoriamo per estrarre valore dal flusso dei dati in entrata, (così) stiamo trovando modi di comprimere i dati in mezzi sempre più densi (capienti), un prerequisito per le future sonde per lo spazio profondo, che, si spera, raccoglieranno informazioni a velocità mai raggiunte prima. Considerate il lavoro svolto in Inghilterra dal European Bioinformatics Institute, dove i ricercatori Nick Goldman and Ewan Birney sono riuscti a codificare 154 sonetti di Shakespeare nel DNA, in modo che un singolo sonetto pesa 0,3 milionesimi di milionesimo di grammo. In proposito, potete leggere l’articolo Shakespeare and Martin Luther King demonstrate potential of DNA storage dedicato alla loro relazione scientifica originale apparsa su Nature, e ora ripubblicato su The Guardian. Goldman e Birney parlano del DNA come alternativa all’utilizzo degli hard disk e di metodi più nuovi di memorizzazione in materiali allo stato solido.

 Il loro lavoro è valorizzato dal calcolo che un grammo di DNA può contenere tante informazioni quante un milione e passa di CD. Ecco come The Guardian descrive il loro metodo:

 DNA2Gli scienziati hanno sviluppato un codice che usa le quattro lettere che indicano le basi del materiale genetico (G,T,C,A), per memorizzare informazioni. I dati sono memorizzati nei file digitali come stringhe di 1 e 0. il team di Cambridge trasforma ogni blocco di otto numeri in formato digitale in (una sequenza) di cinque lettere di DNA. Per esempio gli otto bit che formano la lettera T, diventano TAGAT. Per memorizzare parole intere, gli scienziati registrano semplicemente le lettere DNA una dopo l’altra nel giusto ordine. Così la prima parola della frase “Thou art ore lovely and more temperate” dal sonetto di Shakespeare n.18, diventa: TAGATGTGTACAGACTACGC.

I sonetti convertiti, insieme al codice DNA del discorso di Martin Luther King ‘I Have a Dream’ e del famoso rapporto scientifico sulla doppia elica (del DNA) di Crick e Watson, furono spediti alla Agilent, un’azienda americana che fabbrica “filoni” di DNA per i ricercatori. La provetta che Goldman e Birney ricevettero indietro non conteneva che un granello di DNA, ma passandolo nel sequenziatore genetico, i ricercatori furono in grado di leggere nuovamente i file. In modo analogo si era mosso George Church, memorizzando su DNA il suo libro Regenesis.

Le differenze tra l’archiviazione dei dati su DNA e quella tradizionale sono impressionanti. Leggiamo dalla relazione scientifica pubblicata su Nature:

Il mezzo di stoccaggio dei dati basato sul DNA ha proprietà differenti da quello tradizionale basato su nastri o dischi. Siccome il DNA è la base della vita sulla Terra, i metodi per manipolarlo, archiviarlo e leggerlo rimangono oggetto di una continua evoluzione tecnologica. Come qualsiasi sistema di stoccaggio, un database di grandi dimensioni realizzato su DNA dovrebbe aver bisogno di una costante supervisione e catalogazione fisica delle località di deposito. Ma mentre le attuali modalità di archiviazione digitale richiedono un mantenimento attivo e continuato nel tempo e regolari trasferimenti tra i mezzi di stoccaggio, quelli basati sul DNA non richiedono simili cure se non un ambiente secco, fresco e scarsamente illuminato (come quello del Global Crop Diversity Trust’s Svalbard Global Seed Vault che non ha personale permanente sul posto) e rimangono ancora utilizzabili per centinaia d’anni anche secondo le stime più prudenti.

 Il documento continua descrivendo il DNA come un eccellente mezzo per la creazione di copie di qualsiasi archivio con finalità di trasporto, condivisione o sicurezza. Il problema oggi è l’alto costo di produzione del DNA, ma la tendenza va verso la diminuzione. Accoppiate questo con le incredibili capacità di stoccaggio del DNA – uno dei ricercatori di Harvard che lavora con George Church stima che un giorno la totalità dell’informazione mondiale potrebbe essere archiviata in quattro grammi circa d materiale genetico – e avrete un mezzo di archiviazione in grado di gestire progetti che prevedono vaste aggregazioni di dati, originati da telescopi realizzati con tecnologie di nuova generazione qui sulla Terra o a bordo di piattaforme spaziali.

traduzione di ROBERTO FLAIBANI

Titolo originale: Data Storage: The  DNA Option, scritto da Paul Gilster e  pubblicato su Centauri Dreams il 28/01/13

Il documento è: Goldman et al., “Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA,” pubblicato in Nature online il 23 gennaio 2013

5 febbraio 2013 Posted by | Senza categoria | , , , , , , | 4 commenti

Gli Europei alla ricerca di Pandora

La ricerca degli esopianeti sta accentrando sempre di più l’interesse degli scienziati, in particolare la ricerca di quelli “analoghi” alla Terra, cioè pianeti con massa pari a quella della Terra o inferiore, orbitanti nella zona di abitabilità di stelle della stessa classe spettrale del Sole. Tra il 2013 e il 2022 è previsto il lancio di numerose missioni dedicate a tale scopo, o comunque equipaggiate con strumentazione polivalente, capace di fornire contributi importanti anche in quella branca della ricerca. La scoperta di un pianeta abitabile dall’Uomo, colmo di vita vegetale e animale, che, per semplicità, identifichiamo con Pandora, il lussureggiante pianeta di fantasia dove è ambientato il film Avatar, avrebbe sull’opinione pubblica e sulla comunità scientifica un effetto esplosivo, capace di alimentare l’interesse per l’esplorazione dello Spazio come fece lo sbarco sulla Luna, e anche di più. Questa scoperta non appare affatto remota, né improbabile: a oggi i pianeti extrasolari individuati con certezza sono quasi un migliaio e un numero almeno doppio di “candidati” avvistati dalla sonda KEPLER è in attesa di riscontro (Nell’immmagine l’area di ricerca di KEPLER – clicca per allargare). Il fatto che si tratti più frequentemente di giganti gassosi tipo Giove e che il numero degli analoghi della Terra sia stimato essere non più del 7% del totale non scoraggia chi ritiene che, con telescopi più potenti e tecniche di ricerca più raffinate, oggi perfettamente alla nostra portata, la scoperta di Pandora sia un obiettivo ragionevole, una pura questione di tempo e denaro investiti.

 A differenza del Progetto Apollo, in larga parte motivato da esigenze politico-militari della Guerra Fredda, la ricerca di Pandora potrebbe avvenire fortunatamente in un’atmosfera di cooperazione internazionale e divisione dei compiti. ESA e NASA, infatti, stanno approfondendo due metodi di ricerca diversi, ma complementari: la prima si affida all’astrometria di precisione, la seconda alla fotografia diretta dell’oggetto (direct imaging). Il lancio di KEPLER, a cui recentemente è stata riconosciuta un’estensione di 5 anni della sua vita operativa, è avvenuto nel 2009, e può essere considerato come l’inizio della corsa non competitiva alla scoperta di Pandora. Ci si aspetterebbe che fosse la NASA a guidare anche questa carovana scientifica, ma non sempre i più forti sono anche i più saggi. Gli americani, infatti, avevano fino al 2010 uno splendido programma dedicato agli esopianeti, chiamato Navigator, che si basava su due missioni principali: Space Interferometry Mission (SIM) e Terrestrial Planet Finder (TPF). In quell’anno l’intero programma è stato inaspettatamente cancellato con una decisione molto contestata sulla quale abbiamo riferito nell’articolo “Alla ricerca di Pandora, tra manovre di bilancio e mine vaganti”. Dal marasma che ne è seguito è emersa l’idea di una nuova missione, denominata New Worlds, che abbiamo presentato in un altro articolo intitolato: “Innovazioni nella ricerca dei pianeti extrasolari”. New Worlds avrebbe tutte le carte in regola per portare a termine la missione, il problema, casomai, è come finanziarlo. Infatti il James Webb Space Telescope (JWST), considerato di primaria importanza dalla NASA ma non specificatamente attrezzato per occuparsi degli esopianeti, ha sfondato tutti i limiti di budget e accumulato ritardi nella data di lancio, previsto ora per il 2019. Dati i costi imponenti, si ritiene che, una volta partito il JWST, la NASA non finanzierà un altro grande telescopio spaziale prima di una decina d’anni, perciò gli studiosi americani rimarrebbero privi, una volta messo in disarmo KEPLER, di un potente strumento dedicato alla ricerca dei pianeti extrasolari forse fino al 2030. Non rimarrebbe loro che affidarsi a una serie di piccoli progetti che saranno il tema di un altro articolo.

 Le notizie che giungono dall’ESA, invece, sono di tuttaltro tenore. Il Nearby Earth Astrometric Telescope (NEAT), da lanciare sperabilmente entro il 2022, potrebbe essere la vera “killer mission”. Il suo obiettivo primario è dichiaratamente la ricerca, in un volume di 50 anni luce di raggio intorno al Sole, di pianeti analoghi alla Terra. Si tratta complessivamente di 200 stelle, quasi tutte visibili ad occhio nudo, cosicchè, se Pandora orbitasse davvero intorno ad una di esse, chiunque sulla Terra saprebbe indicarne la posizione: che potente messaggio promozionale! (nell’immagine l’area di ricerca di NEAT – clicca per allargare)

 Per ciascun pianeta esaminato, NEAT indicherà con estrema precisione la massa e le caratteristiche dell’orbita, inclinazione compresa. In secondo luogo darà seguito alle ricerche fatte in precedenza, riesaminando con maggiore accuratezza sistemi stellari dove sono già stati segnalati pianeti, fornendo dati raccolti anni dopo la prima osservazione, e perciò preziosi per identificare corpi celesti su orbite di lungo periodo. E’ previsto che il telescopio operi per 5 anni al punto di librazione Sole-Terra L2 (SEL2), dove arriverà trasportato da un missile Soyuz-ST lanciato dallo spazioporto di Kourou. La missione costerà meno di 500 milioni di euro, tutto compreso.

NEAT si compone di due moduli, del peso di 700 kg. ciascuno, che volano in formazione a 40 metri l’uno dall’altro. L’Europa ha la leadership nella tecnologia del volo in formazione fin dai tempi della missione Cluster. In questo caso, l’agenzia spaziale francese (CNES), prima ispiratrice del NEAT, ha voluto affidare agli svedesi del progetto PRISMA il test in volo degli speciali algoritmi studiati per eseguire operazioni di rendez-vous,  prossimità, manovre anticollisione, e di altri aspetti della missione. Inoltre, per far fronte alle riduzioni generalizzate di budget causate dalla crisi economica mondiale, è allo studio un progetto “precursore” chiamato MICRO-NEAT, sempre basato su tecnologia PRISMA, che offrirebbe performance alquanto ridotte rispetto all’originale, ma sarebbe comunque in grado di individuare un eventuale pianeta di dimensioni terrestri nel sistema di Alfa Centauri.

 In attesa del NEAT, l’ESA ha pronta un’altra missione, GAIA, da lanciare nel 2013, che raccoglie l’eredità di Hipparcos, il primo telescopio spaziale espressamente dedicato all’astrometria, la scienza che si occupa della misurazione della posizione, distanza, luminosità, e movimento delle stelle. Si deve a Ipparco di Nicea, grande astronomo greco del secondo secolo a. C., la creazione del primo catalogo stellare, contenente le coordinate celesti e la misura della luminosità di 1080 stelle visibili a occhio nudo. La missione Hipparcos ha portato alla pubblicazione dell’omonimo catalogo, che raccoglie le misure astrometriche di 120.000 stelle, nonché il Catalogo Thyco, che fornisce la distanza di circa 2.500.000 stelle entro 500 anni luce dal Sole, misurata col metodo della parallasse.

 GAIA contribuirà notevolmentemente a questo censimento progressivo monitorando circa 70 volte, nel corso della missione, il miliardo abbondante di stelle e altri corpi celesti che costituiscono il suo target. I pianeti extrasolari tipo Giove potranno essere rilevati fino alla distanza di 600 anni luce, e ciò potrebbe portare alla scoperta di altre migliaia di nuovi esopianeti. Ma GAIA non diventerebbe un concorrente di KEPLER, perchè l’uno esplora una zona ben definita della Via Lattea situata a 3.000 anni luce circa da noi, mentre l’altra scansiona tutta la sfera celeste e registra qualsiasi oggetto sia percepibile con gli strumenti di bordo. E non solo: se la sua raffinata strumentazione fosse usata per conoscere la parallasse delle stelle che KEPLER ha trovato dotate di pianeti, e questi dati fossero incrociati con quelli dell’analisi spettrografica, si potrebbero ricalcolare rapidamente i diametri stellari e di conseguenza adeguare le stime sulla massa degli esopianeti. Ciò colmerebbe definitivamente il vuoto di conoscenza di cui la scienza soffre a proposito della reale misura dei diametri stellari (si parla di un’approssimazione del 30%) che influenza il calcolo della massa degli esopianeti associati. (nell’immagine l’area di ricerca di GAIA – clicca per allargare)

L’accuratezza delle osservazioni e la quantità e varietà dei dati raccolti scemano con l’allontanarsi dal Sole: per esempio, la distanza delle stelle più vicine viene fornita con l’approssimazione dello 0,001%, che sale al 20% per quelle in prossimità del centro galattico, lontano 30.000 anni luce. Nella gran massa di dati raccolti da GAIA, che saranno elaborati in Germania per anni e anni da un piccolo esercito di 400 analisti, si potrà trovare qualsiasi corpo celeste di magnitudine inferiore a 20: quasar e galassie lontane, stelle di ogni tipo, nebulose e ammassi stellari, asteroidi interni al Sistema Solare, oltre naturalmente agli esopianeti.

 GAIA si presenta come un tozzo cilindro con uno schermo rotondo a una estremità. Misura 3 metri in altezza e 3 metri di diametro, a cui si aggiungono altri 7 metri a schermo dispiegato. Il cilindro si compone di due moduli: quello di servizio e quello contenente il carico utile. Il peso complessivo è pari a 2050 kg, di cui 750 kg come carico utile, composto da due telescopi Astro identici, un banco di 80 sensori CCD, due fotometri a luce blu e rossa per l’analisi spettrale a bassa risoluzione, e uno spettrometro a velocità radiale per l’analisi ad alta risoluzione. GAIA verrà lanciata dalla Guyana francese da un vettore Soyuz-Fregat e opererà dal punto di librazione SEL2. La missione durerà 5 anni e costerà 500 milioni di euro.

 ROBERTO FLAIBANI

Credits: NASA, ESA, Wikipedia

Fonti:

KEPLER – http://kepler.nasa.gov/

NEAT 2011 Workshop – http://neat.obs.ujf-grenoble.fr/NEAT2011WS.html

GAIA Overview – http://www.esa.int/esaSC/120377_index_0_m.html

The Space Review, “Future exoplanet missions: NASA and the world” (part 1)
by Philip Horzempa
http://www.thespacereview.com/article/2167/1

27 novembre 2012 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 7 commenti

Piccoli velieri aprono la via verso le stelle

Il volo interstellare è un obiettivo del tutto irraggiungibile con l’attuale tecnologia, ma invece sono realizzabili, prima della fine del secolo, tre missioni precorritrici che, utilizzando la vela solare fotonica e sfruttando le ultime scoperte nelle nanotecnologie, nella scienza dei materiali e nella robotica, condurranno le nostre sonde ben oltre i confini del Sistema Solare.  In questo articolo Louis Friedman,  Tom Heinsheimer e Darren Garber tracciano il percorso che, si spera, ci condurrà nel prossimo secolo al primo volo interstellare (RF).

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Sembra un po’ assurdo che il Pentagono, e precisamente  la DARPA, abbia iniziato un programma, chiamato 100 Year Startship (100YSS) e dedicato al volo interstellare, un’idea nata dalla mente di David Neyland, uno dei dirigenti della DARPA, e di Peter Worden, direttore del Ames Research Center della NASA. I due si erano ispirati al romanzo di Robert Heinlein “Time For the Stars”, dove alcuni imprenditori creavano la “Long Range Foundation”, che investiva nei viaggi spaziali per stimolare l’innovazione scientifica e tecnologica. La DARPA vuole stimolare queste innovazioni e ha registrato l’acronimo 100YSS  con l’intenzione di darlo in licenza al vincitore di una gara  per la creazione di una organizzazione non governativa, finanziata privatamente e dedicata al volo interstellare. La gara è stata vinta dal gruppo Jemison, guidato dall’ex-astronauta Mae Jemison.

L’idea che sta alla base del 100YSS è stata discussa per la prima volta  nel gennaio 2011, durante una riunione di pianificazione strategica a numero chiuso, e ancora, nove mesi dopo, in un congresso tenutosi a Orlando, Florida. I tre autori di questo articolo, che avevano seguito lo sviluppo del progetto dalla riunione iniziale fino al congresso, hanno raccomandato ai congressisti di considerare che i futuri protagonisti del volo interstellare avrebbero potuto più facilmente essere  dei surrogati umani, aggiornati ai massimi livelli della robotica, della biologia e dell’informatica, che non veri essere umani, difficilmente disponibili per viaggi così lunghi. J.Craig Venter, scienziato e imprenditore di ampie vedute nel campo della sintesi del DNA, aveva suggerito che la missione interstellare poteva includere il trasporto di  molecole del DNA programmate per interagire con il pianeta di destinazione, e in grado di spedire indietro informazioni in modi che noi possiamo solo cominciare a immaginare.

L’esplorazione umana di altri sistemi stellari avrà luogo solo se lasceremo a casa gli esseri umani. Minuscole navi spaziali compiranno i viaggi interstellari, e non veicoli di dimensioni mostruose, con motori nucleari, ad antimateria o a curvatura.
Si consideri quanto insignificante è stato lo sviluppo della tecnologia del volo umano nello spazio negli ultimi 50 anni , specialmente se paragonato alla tecnologia spaziale robotica, che si è evoluta in modo esplosivo in quanto a intelligenza, capacità di raccogliere i dati,  durata di funzionamento, con i relativi miglioramenti in termini di distanza percorsa e di valore scientifico. Gli esseri umani non hanno ancora viaggiato oltre la Luna  e le idee per estendere il volo spaziale umano piu lontano nel Sistema Solare sono le stesse degli anni 60, e richiedono enormi missili, un sacco di carburante, elaborati e pesanti sistemi di supporto vitale, lunghi periodi di volo.
Al contrario, il livello delle tecnologie robotizzate è cresciuto rapidamente, seguendo un percorso in qualche modo congruente con la Legge di Moore (che descrive l’avanzamento a velocità esponenziale nell’elettronica  e nella elaborazione dei dati, raddoppiando le prestazioni ogni 18 mesi), con il risultato che le nostre sonde automatiche hanno raggiunto i confini del Sistema Solare e la loro strumentazione è grandemente migliorata riducendo il volume, la massa e il consumo di energia. In questo articolo descriviamo un approccio progressivo al volo interstellare che utilizza questi avanzamenti nella tecnologia robotica e di conseguenza sarà veloce, economico e tecnicamente fattibile, senza che siano richiesti “miracoli” nel campo della propulsione.

Il piccolo veliero

Il volo interstellare puo essere messo in pratica in un solo secolo, e le missioni a esso antesignane che verranno lanciate nei prossimi decenni possono servire come pietre miliari sulla strada che porta alle stelle. La decisione critica è quella di servirsi dell’effetto fionda  generato dal pozzo gravitazionale del Sole per ottenere l’accelerazione necessaria  per far uscire ad alta velocità dal Sistema Solare una piccola astronave a vela fotonica. Tali minuscole astronavi, con la tecnologia odierna, avrebbero un limitato carico utile e scarse capacità di comunicazione, ma la situazione sta cambiando rapidamente grazie anche allo sviluppo della LightSail della Planetary Society. Già ora, secondo uno studio del JPL, si si sta pensando a possibili missioni interplanetarie basate sul concetto di LightSail per il programma “Innovative Advanced Concepts” della NASA. (nell’immagine a fianco, la copertina di “Solar Sails” di Vulpetti, Johnson e Matloff, ed. Copernicus, eccellente esempio di divulgazione scientifica).

Raggiungere le stelle con una LightSail a propulsione laser è un concetto elaborato da Robert Forward negli anni 80, l’unico metodo pratico per raggiungere le stelle conosciuto all’epoca. Seguendo questo approccio, raggi laser o fasci di microonde messi a fuoco su distanze interstellari fornirebbero la spinta continua necessaria una volta che la luce del Sole fosse diventata inutilizzabile come fonte di propulsione (l’emissione solare diventa troppo debole al di là dell’orbita di Giove). Questo metodo richiederebbe la costruzione di una grande piattaforma laser nel Sistema Solare.  In questo articolo vogliamo suggerire che una semplice vela solare a propulsione fotonica può essere usata sia per ottenere avanzamenti tecnologici nel campo del volo interstellare, sia per raggiungere i necessari obiettivi intermedi.

La prima applicazione proposta per la vela solare fotonica si rifà a un’idea di Jerome Wright degli anni 70 per una missione di rendezvous con la cometa di Halley. L’aspetto straordinario di questa idea nacque dalla necessità di compensare la direzione e la velocità di un oggetto che stava cadendo nel Sistema Solare interno lungo una traiettoria retrograda, cioè in direzione opposta al movimento orbitale dei pianeti. Mettere l’astronave su questa traiettoria richiedeva una manovra del tipo “fermate il mondo, voglio scendere”.  Raggiungere il momento angolare inverso sarebbe stato possibile utilizzando l’accelerazione continua fornita dalla luce solare, più un trucchetto di meccanica celeste. La fionda gravitazionale richiesta per ottenere un aumento di velocità (ovvero un cambiamento dell’energia orbitale della sonda, detta anche momento angolare) è più efficiente se si esegue nel punto della traiettoria più vicino al Sole (perielio): tanto minore è il perielio tanto maggiore è l’energia ottenuta dall’astronave. La strategia per il rendezvous con Halley richiedeva parecchie orbite intorno al Sole e l’aggiustamento del momento angolare della sonda fino a che il suo valore veniva invertito e combaciava con il movimento retrogrado della cometa.

Anche per il volo interstellare useremo una strategia di volo radente al Sole (fionda gravitazionale a basso perielio) per ottenere un grande guadagno di energia. Oltre a questo vantaggio dato dalla meccanica celeste, l’astronave guadagnerà altra energia dispiegando la vela nelle vicinanze del Sole. Questo incremento d’energia aumenterà le dimensioni dell’orbita dell’ astronave spostando l’afelio oltre i pianeti esterni. In questo modo l’afelio potrebbe essere esteso all’infinito e l’astronave assumere una traiettoria iperbolica (invece che ellittica) che la farebbe uscire dal Sistema Solare.

Per raggiungere alte velocità di fuga, abbiamo bisogno di un grande valore del rapporto  tra l’area della vela e la massa dell’astronave (A/m). Una grande vela raccoglie un sacco di fotoni e ciascuno di essi trasmette la sua energia alla nave spaziale. Quanto più la massa della astronave è piccola tanto più grande sarà l’accelerazione risultante. Un altro fattore chiave, come si notava precedentemente, è la vicinanza al Sole. La distanza del perielio dal Sole è limitata dalle proprietà termiche dell’astronave e della vela. Una vela posta a 1 UA, la distanza tra la Terra e il Sole, deve resistere a una temperatura  di circa 45 C°, ma a 0,3 UA la temperatura sale fino a 305 C°. Ma se vogliamo andare più vicino al Sole, il mylar di cui è composta la vela non pùo funzionare, invece lo possono fare certe plastiche speciali. Materiali avanzatissimi, fatti di nanotubi e fibre di carbonio, oppure dotati di substrati in alluminio in grado di evaporare, rilasciando una nube ultra sottile di molecole che trasmette la sua energia alla vela, possono anch’essi rendere possibili voli radenti al Sole, quindi la ricerca di un sistema di propulsione interstellare deve includere la ricerca dei migliori materiali per le vele.

Quanto lontano e quanto veloce?

La distanza del pianeta più lontano, Nettuno, è pari a circa 30 UA. La cosidetta Cintura di Kuiper, composta di oggetti ghiacciati, di cui molti sono pianeti nani o comete inattive, si estende dai 50 ai 500 UA circa. Il confine del Sistema Solare viene di solito considerato essere l’eliopausa, un’area larga e irregolare dove il vento solare lascia il passo a un analogo flusso di particelle provenienti da altre stelle. L’eliopausa si trova approssimativamente a 150 UA dal Sole. Nessuna astronave terrestre ha mai raggiunto una simile distanza, sebbene il Voyager 1, la sonda piu veloce lanciata fino ad oggi, stia per raggiungere la fine della Heliosheath, la regione dove il vento solare interagisce con la radiazione cosmica. Voyager 1 raggiungerà presto l’eliopausa, coprendo circa 3,7 UA all’anno, cioè un anno luce in 17.000 anni. Il sistema stellare più vicino è Alpha Centauri, che dista 4,3 anni luce dal Sole, pari a  271.000 UA.

Per determinare quanto lontano una nano-astronave dotata di una vela solare può arrivare in un determinato tempo, abbiamo eseguito un’analisi parametrica del rapporto area/massa e dei passaggi più vicini al Sole (distanza del perielio). Abbiamo considerato il rapporto A/m da circa 1m2/kg (pari approssimativamente al valore della sonda giapponese Ikaros) fino a circa 1000m2/kg.  (In confronto , il valore proposto per la sonda destinata al rendezvous con la cometa di Halley era pari a 700m2/kg). La vela solare della Planetary Society è circa 7m2/kg. Per i lettori interessati ai dettagli tecnici, noi definiamo “caratteristica” l’accelerazione dell’astronave che si verifica a 1 UA. Come primo passo, potenziando progressivamente l’astronave LightSail, possiamo considerare un rapporto area/massa di circa 100m2/kg, cioè una vela di 100 per 100 metri e una astronave di 100 kg di massa, equivalente a una grossa lavatrice. Comunque , il vero futuro per il volo interstellare richiederà un astronave di massa pari a un ordine di grandezza più piccolo rispetto a una vela di tale dimensione, producendo un valore A/m di circa 1000m2/kg. Alcuni analisti di missione cinesi hanno proposto recentemente un’astronave a vela solare di 550m2/kg da usare per la deflessione degli asteroidi.

Per il massimo avvicinamento al Sole , consideriamo un valore del perielio intorno a 0,1- 0,2 UA, veramente molto vicino! Negli anno 70, nello studio per la missione alla cometa di Halley si consideravano valori intorno a 0,25 UA. Studi più recenti della NASA suggeriscono che i progressi nella scienza dei materiali permetteranno di sopravvivere ad avvicinamenti anche maggiori. La vela solare viene dispiegata dopo il lancio e la nave spaziale comincia a girare intorno al Sole in una rotta a spirale. Al perielio, la rotta della Vela Solare viene modificata per raggiungere il massimo afelio e l’astronave continua a orbitare intorno al Sole finche non riesce a sfuggire alla sua attrazione. Una volta che l’astronave è giunta oltre l’orbita di Giove  la vela può essere sganciata. Il grafico delle prestazioni della vela mostra quanto lontano un astronave a Vela Solare puù arrivare in 50 anni in funzione del rapporto A/m e del perielio.

Fino alla Lente Gravitazionale

In 50 anni la nostra astronave da A/m =100, seguendo una traiettoria che passa entro 0,2 UA dal Sole, arriva fino a 450 UA, vicino al bordo esterno della Cintura di Kuiper. Se il perielio fosse 0,15 UA, percorrerebbe 500 UA e se fosse 0,1 UA l’astronave arriverebbe a 900 UA! Il vantaggio di un perielio più ravvicinato diventa ancora maggiore con l’aumento del rapporto A/m. Proponiamo tre missioni da considerare come pietre miliari antesignane del volo interstellare, che riflettono il costante miglioramento nella progettazione dell’astronave e l’aumento delle dimensioni della vela:

  • 2018 – 2030 – 2037
    Cintura di Kuiper (50 UA)
    Eliopausa (150 UA)

  • 2025 – 2066 – 2072
    Fuoco della Lente Gravitazionale (550 UA)
    Asse della Lente Gravitazionale (1.000 UA)

  • 2035 – 2085
    Nube di Oort (5.000 – 50.000 UA)

In termini di valore scientifico, un volo attraverso la Cintura di Kuiper sarà basato sulla miriade di scoperte effettuate dalle missioni New Horizons, e ne saranno necessarie parecchie per determinare le caratteristiche fisiche dell’Eliopausa.
La terza missione prevede numerosi obiettivi intermedi, studiati dall’astronave stessa.

(Qui a  sinistra appare la copertina del libro di Claudio Maccone che offre l’analisi più approfondita della missione al fuoco della lente gravitazionale del Sole). Delle tre pietre miliari sulla strada che porta al volo interstellare, la missione al fuoco della lente gravitazionale è particolarmente interessante. E’ il luogo dove la luce delle stelle fisse è messa a fuoco dal pozzo gravitazionale del Sole (come previsto da Albert Einstein nella Teoria della Relatività Generale), quindi dovrebbe essere un buon posto dal quale osservare gli esopianeti. Teoricamente tale fuoco non sarebbe puntiforme, ma coinciderebbe con l’asse focale, a cominciare da 550 UA (fuoco del Sole nudo, ndt), sebbene gli effetti perturbatori della corona solare apparentemente lo spingano indietro fino 700 UA (e anche oltre, perchè il fuoco si estende all’infinito). Nella figura qui sotto noi usiamo 600 UA come valore nominale. Un’astronave da A/m =100 con un perielio di 0,15 UA raggiunge questa distanza in 55 anni, uscendo dal Sistema Solare a una velocità di circa 19,4 UA l’anno. Se il perielio fosse pari a 0,2 UA, il tempo di volo aumenterebbe di circa il 25%. Al contrario, se il perielio fosse inferiore a 0,1 UA, allora la durata del volo sarebbe dimezzata. In questo caso noi potremmo raggiungere il fuoco della lente gravitazionale a 600 UA in 25 -30 anni.

Le pietre miliari che abbiamo proposto, indicano delle possibili missioni per il progetto 100YSS, antesignane del volo interstellare vero e proprio. Nel frattempo le vele solari diventeranno più sottili e la loro superficie più grande, dall’attuale 5x5m fino a 30x30m. I bracci estendibili diventeranno più leggeri e robusti, probabilmente  usando, negli stadi più avanzati, materiali ai nanotubi di carbonio. Mano a mano che la tecnologia avanza, la massa in relazione alla superficie della vela decresce e si passa dal livello di nano-astronave a quello di pico-astronave, cioè meno di 1 kg. Satelliti di questa stazza sono già in corso di studio e progettazione presso la Aerospace Corporation. Queste missioni antesignane del volo interstellare che proponiamo qui, seppure teoriche, sono realistiche. Col raddopio delle nostre capacità ogni 10 anni, possiamo spingerci sempre più lontano, al di fuori del Sistema Solare. Questa prospettiva suggerisce una specie di Legge di Moore per il volo spaziale, basata non sul valore di mercato, ma sulla comprensione del nostro posto nell’universo.

Previsioni a lungo termine

Le tre missioni appena proposte si devono considerare precorritrici del volo interstellare sia come pietre miliari che indicano obiettivi specifici per arrivare più lontano e più velocemente, sia come più alti livelli nella tecnologia delle vele che un giorno o l’altro ci condurrà fino alle stelle. Oggigiorno, raggiungere la significativa distanza di 1 anno luce, per non parlare di Alpha Centauri che dista 4,3 anni luce, sembra aldilà della capacità della vela solare fotonica, senza intervento di laser o altri raggi portanti. Comunque la nanotecnologia, la scienza dei materiali, e la robotica stanno avanzando cosi velocemente che questo obiettivo non deve essere lasciato da parte  né il suo studio rimandato ad altra data. C’è molto lavoro da fare per sviluppare la nanoastronave. Dobbiamo poter comunicare con essa  ed è necessario che l’energia per alimentare la strumentazione venga prodotta a bordo. Non abbiamo ancora risposte esaustive per queste necessità, sebbene siano già  disponibili soluzioni parziali nel campo dei LED, delle comunicazioni ottiche, dei generatori miniaturizzati a radio isotopi, e nanobot che usano precessi chimici e biologici. Anche senza sapere che forma prenderanno, noi scommettiamo che questi miglioramenti tecnologici rappresenteranno il modo migliore per estendere la presenza umana aldilà del Sistema Solare.

Il richiamo del volo interstellare non deve essere sottovalutato sia che la vita extra terrestre venga trovata nel nostro Sistema Solare o meno, gli Uomini vogliono capire qual’è il loro posto nell’universo. La straordinaria varietà di esopianeti ha stimolato il desiderio di trovare ed esplorare mondi abitabili che potrebbero ospitare forme di vita evolutesi independentemente da quelle terrestri.
La vastità dello spazio intimidisce, e il volo interstellare può sembrare tanto lontano dalle possibilità della nostra generazione quanto lo era il volo aerodinamico da quella di Da Vinci. Pensare in piccolo comunque può portare la vastita dell’universo alla nostra portata e la nanoastronave può estendere virtualmente la conoscenza umana in altri Sistemi Solari.

traduzione di ROBERTO FLAIBANI

Titolo originale: “Stepping Lightly to the Stars“, pubblicato su The Planetary Report vol.32, #1

Autori: Louis Friedman,  Tom Heinsheimer e Darren Garber

25 giugno 2012 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , , | Lascia un commento

   

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