Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

La rivoluzione industriale del Sistema Solare

 completoQualche giorno fa, per puro caso, mi è capitata tra le mani la tesi di laurea di Canio Di Turi,  “Impiego di propellenti raccolti  in  situ nell’esplorazione spaziale”. L’autore si rifece a questa tesi per scrivere per noi l’articolo I primi passi verso l’industrializzazione dello Spazio”. Era il 2011 e non si parlava spesso di ISRU (In situ resources utilization), né tanto meno di ISPP (in situ propellant utilization). Oggi invece la tematica è molto più dibattuta perché, se non altro dal punto di vista minerario, i piccoli corpi celesti del Sistema Solare, vale a dire asteroidi e comete, sono ritenuti obiettivi così interessanti che il Congresso degli Stati Uniti ha emanato recentemente una legge-quadro che sancisce i diritti di proprietà degli imprenditori privati che desiderino occuparsi di estrazione mineraria nello Spazio.

RWGSE sopratutto ha fatto impressione  il numerone 100000000000000 che rappresenta in dollari il valore minerario dei piccoli corpi celesti di cui sopra, e che costituirebbe un ben valido motivo per la nascita di una industria mineraria spaziale. Com’è comprensibile, la tesi di Canio privilegia Marte e in parte la Luna, che sono i due obiettivi  delle prossime missioni pilotate, e dedica poche pagine al Sistema Solare esterno, dove oggi sappiamo invece essere dislocate le maggiori riserve di acqua allo stato liquido (vedasi Europa, la luna di Giove, nonché Encelado, la luna di Saturno) e riduce ad una sola facciata il discorso sui piccoli corpi celesti. Ma la ventina di pagine dedicate a come produrre su Marte il propellente destinato alla sopravvivenza sul pianeta e durante il viaggio di ritorno sulla Terra sono interessantissime, anche se la natura e il linguaggio tecnico della documentazione ne sconsigliano la riproduzione integrale in un blog come questo, dedicato alla divulgazione. Altrettanto dicasi per la Luna, che potrebbe diventare, se non altro in virtù delle 3×1010 tonnellate di ghiaccio presenti a  ciascun polo nelle zone di ombra permanente, avamposto e stazione di rifornimento per l’esplorazione dell’intero Sistema Solare.

MICROSABATIER

Se all’ISPP volessimo aggiungere la miniaturizzazione dei componenti,  i risparmi si farebbero ancora più marcati: l’intero apparato ne risulterebbe alleggerito e ridotto a minori dimensioni, ed entrerebbero in gioco altre tecnologie specifiche che consentirebbero maggiore ridondanza e quindi maggiore velocità di produzione e sicurezza dell’intero impianto. Abbiamo riprodotto qui qualche fotografia per aiutare i lettori a visualizzare ciò che offre oggi la micro-tecnologia. Ci  scusiamo per la bassa qualità del materiale fotografico: facciamo quello che possiamo con ciò che ci viene fornito.

L’autore dedica infine qualche pagina alla produzione di energia elettrica  destinata all’impianto e la creazione di un software capace di controllare autonomamente l’intero impianto anche in completa assenza di aiuti da terra a causa del ritardo-luce che si deve subire nelle telcomunicazioni su grandi distanze.

La tecnologia necessaria all’impresa c’è, anche se ancora non adeguatamente collaudata, e un primo database delle riserve minerarie asteroidali e cometarie è in via di costituzione. Perfino il potere politico si è accorto che siamo alla vigilia di una nuova era industriale, e si è mosso adeguatamente. E’ solo qestione di tempo: la rivoluzione industriale del Sistema Solare è alle porte.

 

ROBERTO FLAIBANI

4 gennaio 2016 Posted by | Astrofisica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 1 commento

Dall’apocalisse atomica allo spazio profondo

La ricerca di sistemi di propulsione spaziale è da sempre oggetto di accesi dibattiti scientifici e fantascientifici. Dall’inizio dell’era atomica, a partire dalle bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki, il mondo fu testimone e vittima della più potente fonte di energia di cui l’uomo abbia mai potuto disporre. L’energia atomica entrò nella storia in maniera tragica e dirompente, tanto che nell’immaginario collettivo divenne sinonimo di distruzione. In realtà portò con sé anche il presupposto di un grande sviluppo energetico per scopi civili, nell’ambito dei quali si vennero a trovare i viaggi nello spazio: i veicoli predisposti per affrontarli necessitano di grandi quantità di energia per coprire enormi distanze, anche solo nel sistema solare, nei confronti delle quali le fonti d’energia chimica risultano del tutto inadeguate.

Fig. 1 Sequenza del test con navetta Orion in scala ridotta.Il primo a proporre la fusione atomica quale possibile tecnica di propulsione per i viaggi interstellari fu Edward Teller, il padre della bomba H e uno degli scienziati che contribuirono al progetto Manhattan. Egli ebbe questa intuizione durante i primi test atomici nel deserto del Nevada nel 1945, ma il primo a progettare un sistema di propulsione atomica ad impulso fu Stanislaw Ulam nel 1946. Solo due anni dopo l’impiego delle bombe atomiche sulle due città giapponesi, Ulam era già convinto che si potesse utilizzare quella nuova forma di energia per muovere una navicella dalla terra allo spazio profondo. Così, assieme al collega Evrett, diede il via, attraverso un memorandum redatto a Los Alamos nel 1947, al progetto Orion, che tra 1950 ed il 1963 venne sviluppato in collaborazione con la General Atomics e con il sostegno della DARPA.

L’idea originale consisteva nell’utilizzo di astronavi da 40 t, che trasportassero un gran numero di bombe a fissione (con potenza da 5 a 10 chilotoni) da far detonare dietro la nave, per il decollo da terra verso lo spazio. Alcuni test per provare la bontà del progetto Orion vennero realizzati nel deserto del Nevada, utilizzando una riproduzione in scala ridotta della navicella ed esplosivo convenzionale (Fig.1). Dal 1955 fino al 1963 i test proseguirono con esito positivo. La navicella sperimentale assomigliava ad un imbuto rovesciato (Fig.2): una parte più larga alla base ospitava una piastra di spinta circolare, che fungeva anche da schermo protettivo contro le radiazioni e dalla quale venivano sparati gli ordigni atomici, attraverso un’apertura centrale e l’uso di gas in pressione. La piastra di protezione assorbiva le radiazioni e l’onda d’urto dell’esplosione, trasferendone l’energia a degli ammortizzatori a gas, che erano connessi direttamente alla sezione della nave che ospitava l’equipaggio e le attrezzature. L’esterno della piastra doveva essere composta da materiale carbonaceo, protetto dall’erosione con olio lubrificante distribuito da appositi spruzzatori. Per stabilizzare l’assetto della nave tra una deflagrazione e l’altra, si pensò di impiegare degli appositi razzi, ipotizzati ad acqua ossigenata (H2O2) posti sulla parte frontale del veicolo: questi avrebbero dovuto spingerla lateralmente, per evitare che si capovolgesse o uscisse dalla propria rotta. I test avevano appurato che non vi erano ostacoli tecnici per la realizzazione né pericoli per l’equipaggio.

Fig.2La propulsione atomica ipotizzata in questo progetto venne sviluppata anche con il contributo dello scienziato britannico Freeman Dyson, secondo il quale si sarebbero potute coprire enormi distanze interplanetarie e interstellari, grazie allo sviluppo di velocità molto elevate. La grandezza delle navi progettate variava da 10 metri – 20 metri, in quelle pensate per poter essere lanciate da un Saturn-V, a 40 metri, nella versione che sarebbe partita direttamente dalla superficie terrestre, fino ad una massima di 400 m. Prese così corpo l’idea di missioni spaziali per un tempo compreso tra i 150 giorni per Marte e 910 per Giove, con una velocità media di 63,740 m/s (fig.3).

Fig.3 Possibile evoluzione OrionLe testate atomiche impiegate da Orion erano a fissione, molto simili a quelle sganciate durante la fine della seconda guerra mondiale. Le bombe dovevano avere dei serbatoi di idrogeno in modo da utilizzarne la spinta aggiuntiva che questo gas avrebbe sviluppato quando l’esplosione atomica l’avrebbe trasformato in plasma. Bisogna tener presente che l’idrogeno è l’elemento più leggero della tavola periodica degli elementi, quindi anche la sua molecola è particolarmente piccola e ciò le permette di raggiungere altissime velocità. È questa la ragione per cui l’idrogeno viene spesso immaginato come propulsore di “motori” spaziali: maggiore è la velocità che può raggiungere un oggetto e maggiore sarà la spinta che riuscirà ad imprimere. L’unico difetto di questo gas è che non viene prodotto da alcuna reazione chimica, anzi molte lo utilizzano come combustibile, liberando molecole molto più complesse: il che significa molto più pesanti e di “dimensioni maggiori”.

Fig.4 Struttura dell'OrionÈ evidente che con queste premesse si sarebbe messa la parola fine su uno dei progetti più avveniristici, e contemporaneamente più pericolosi, della storia dell’astronautica. Ad oggi alcuni studi relativi ad esso (soprattutto la descrizione tecnica degli ordigni atomici e la loro miniaturizzazione) non sono stati ancora resi pubblici dalle autorità statunitensi.

La lezione del progetto Orion non cadde definitivamente nel dimenticatoio: tra il 1973 ed il 1978 venne ipotizzata ancora una propulsione nucleare ad impulso nell’ambito di un nuovo progetto, il DAEDALUS, portato avanti da un team di scienziati guidati da Alan Bond e promosso dalla British Interplanetary Society. Il progetto DAEDALUS era pensato per un viaggio interplanetario e prevedeva, abbandonando l’uso di ordigni atomici a fissione, la costruzione di un razzo a fusione atomica ad impulso che sarebbe stato utilizzato solo nello spazio. La nave DAEDALUS sarebbe stata formata da una camera di combustione a forma di campana, all’interno della quale sarebbero stati lanciati pallet di deuterio ed elio 3, fatti detonare da un fascio di elettroni: il plasma generato avrebbe accelerato la nave. Un razzo di questo tipo avrebbe raggiunto un peso complessivo di 54.000 t, dei quali 50.000 t solo di carburante e il restante costituito da carico scientifico. La velocità raggiungibile da questo mezzo era stimata superiore a quella del progetto Orion. Erano previsti due stadi nei quali si sarebbero utilizzate due camere di combustione differenti. Nel primo stadio la velocità massima avrebbe raggiunto il 7,1% di quella della luce per almeno due anni fino all’arrivo al secondo stadio, che avrebbe incrementato la velocità del mezzo fino al 12% della velocità della luce per almeno 1,8 anni; dopo di che la navicella avrebbe viaggiato per inerzia nello spazio per 46 anni.

Fig.5 httpwww.daviddarling.infoimagesDaedalus_diagram.jpgIn questo progetto si ideò una nave per un viaggio interstellare verso la stella Barnard, con un tempo di viaggio di circa 50 anni, durante i quali si sarebbe iniziata una prima esplorazione dello spazio profondo attraverso due telescopi ottici da 5 m di diametro e due radiotelescopi da 20 m, puntati verso la stella di destinazione. Si era pensato persino di equipaggiare la nave di 12 sonde autonome, che sarebbero state sganciate nelle vicinanze della stella Barnard. Queste ultime avrebbero avuto un sistema di propulsione ionica alimentata dal generatori elettronucleari, equipaggiate con telecamere, spettrografi e altri sensori. Mentre sulla nave si era ipotizzato di utilizzare dei robot per riparare malfunzionamenti della nave madre e delle sonde d’esplorazione (Fig.5).

L’ambizioso progetto DAEDALUS registrò numerosi problemi per la sua attuazione: l’elio 3, che sarebbe stato il principale combustibile era molto raro sulla terra. Si pensò allora di organizzare delle missioni verso Giove allo scopo di reperire abbastanza elio 3 per il viaggio, operazione che avrebbe richiesto un grande dispendio di energia e nuovi problemi tecnici. Inoltre, ancora non si possedeva una tecnologia così avanzata da indurre una fusione atomica attraverso i raggi elettromagnetici.

Fig.6 Principio di funzionamento del LongshotLe problematiche emerse nel progetto DAEDALUS spinsero a ricercare nuove strade per la propulsione dei veicoli spaziali. Così la NASA, a metà degli anni 80, iniziò lo studio del sistema denominato Longshot che abbandonava l’idea di una propulsione a fusione nucleare ad impulso per adottare un più convenzionale reattore a fissione. Questa scelta comportava comunque un aumento dei costi, dovuto al maggior peso complessivo della nave, quindi alla necessità di una maggiore energia per poterla accelerare, e registrava una riduzione dell’accelerazione e dell’efficienza generale del sistema. Nonostante gli inconvenienti la nave poteva raggiungere il 4,5% della velocità della luce, sufficienti a coprire un viaggio tra la Terra ed Alpha Centauri in circa 100 anni.

Degno di nota è anche il progetto Vista, supervisionato negli anni 80 dall’équipe scientifica del Lawrence Livermore National Laboratory, che prevedeva la costruzione di una nave a forma di cono rovesciato (Fig.6): al vertice avrebbero trovato posto l’equipaggio e le attrezzature necessarie per il viaggio, mentre dietro era alloggiata la parte di cono aperto destinata alla fusione atomica di deuterio e trizio, innescate da raggi laser concentrati con appositi specchi, sfruttando il principio del confinamento inerziale (Fig.7). Un ipotetico viaggio verso Marte con questo sistema di propulsione sarebbe durato 60 giorni. Anche per questo progetto, però, valgono alcune delle limitazioni tecniche evidenziate precedentemente, quale ad esempio la reale fattibilità dell’innesco di una reazione atomica attraverso le raggi laser: reazione possibile dal punto di vista teorico ma ancora lontana dall’essere tecnicamente realizzabile oggi.

Dagli anni ‘90 in poi si è centrata l’attenzione sui sistemi che potessero risolvere i problemi incontrati in Orion e DAEDALUS, cercando di recuperare i vantaggi offerti da entrambi. Sulla scia di ciò hanno preso il via tre diversi progetti: il progetto Medusa della British Interplanetary Society; il Mag Orion della Andrew Space e il Mini Mag Orion.

Fig.7 Principio del confinamento inerzialeIl progetto Medusa venne presentato agli inizi degli anni ‘90 e riprendeva l’idea di usare bombe H nello spazio ma, invece di utilizzare una piastra di metallo per sfruttare l’energia della detonazione, proponeva l’uso di una vela di grandi dimensioni. Diversamente da Orion, inoltre, non prevedeva l’utilizzo di ordigni atomici nell’atmosfera terrestre ma solo nello spazio. L’uso della vela doveva permettere esplosioni a distanze maggiori che avrebbero richiesto piastre di scrematura più leggere, con una maggiore leggerezza complessiva della nave. Anche in questo caso, però, resta la difficoltà tecnica di realizzare una vela abbastanza grande e resistente (Fig.8).

Fig.8 Principio funzionamento MedusaSe il Medusa prevedeva l’utilizzo di una vela fisica, il progetto Mag Orion (Magnetic Orion) ipotizzava l’utilizzo di una vela elettromagnetica e la sostituzione della piastra di protezione, prevista nell’originale Orion, con un anello super conduttore di 2 km di diametro. Ovviamente anche in questo progetto esistono numerose difficoltà tecniche: la realizzazione di un anello super conduttore di così grandi dimensioni e un sistema per espellere le cariche esplosive ad alta frequenza lontano dal veicolo pongono problemi tecnici di difficile soluzione.

Il Mini Mag Orion (Miniature Magnetic Orion) nasce dall’idea di progettare una nave spaziale partendo dal Mag Orion, apportando le varianti necessarie per l’applicazione della tecnologia in uso (Fig.9): sostituzione delle cariche esplosive con materiale fissile come il curio e sostituzione dell’anello di 2 km di diametro con bobine disposte all’ugello magnetico di diametro 5 m. Il sistema teorico di propulsione prevede il Fig.9 Le parti del Mini Mag Orion(MMO)confinamento inerziale della massa critica necessaria all’esplosione atomica tramite un campo elettromagnetico simile a quello usato da vista. La velocità massima della nave potrebbe raggiungere i 100.000 Km/s. Anche quest’ultimo progetto appare solo un’ipotesi, in quanto ancora non è stato condotto un vero e proprio studio di fattibilità.

In conclusione, nonostante la varietà dei progetti successivi all’Orion, ad oggi il sistema che risponde ad un possibile criterio di fattibilità resta ancora l’originale, ovviamente da rimodulare in conseguenza dei vigenti trattati in materia di armamenti nucleari nello spazio, magari rendendo realizzabile l’assemblaggio di una nave come l’Orion in orbita ed utilizzando le più efficienti bombe H al posto di quelle a fissione.

LUCA DI BITONTO

Bibliografia

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http://www.projectrho.com/public_html/rocket/supplement/GA-5009vIII.pdf , p. 16 http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109.jvn.spring00/nuc_rocket/Dyson.pdf, p. 37

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http://www.phy6.org/stargaze/Inucfly.htm

http://www.damninteresting.com/the-daedalus-starship/

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/D/Daedalus.html

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http://large.stanford.edu/courses/2012/ph241/klein2/docs/19890007533_1989007533.pdf

British Interplanetary Society, Journal (ISSN 0007-094X), vol. 46, no. 1, p. 21-26( http://adsabs.harvard.edu/abs/1993JBIS…46R..21S)

http://ralph.open-aerospace.org/PDF/2003.01.23%20-%20MMO%20Final%20Report%20Summary.pdf

12 marzo 2014 Posted by | Astronautica, Volo Interstellare | , , , , , | Lascia un commento

Alla ricerca dell’acqua nel Sistema Solare

Fino a una quindicina di anni fa eravamo convinti che gli oceani e i mari della Terra rappresentassero le uniche riserve di acqua presenti nel Sistema Solare. Marte era al più sospettato di contenerne una certa quantità congelata negli strati subsuperficiali e le comete, o una parte di esse, di trattenerne quantità notevoli nel materiale poroso di cui erano costituite. Ma nel 1998 la sonda Galileo giunse nel Sistema Gioviano e questa visione restrittiva cambiò. Dapprima la luna Europa, e poi anche Callisto e Ganimede, incominciarono ad essere sospettate di ospitare al loro interno interi oceani di acqua in quantità molto superiore alle riserve terrestri, e potenzialmente capaci di sostenere intere biosfere. Gli scienziati attribuivano ad effetti mareali, al decadimento nucleare di materiale radioattivo e al vulcanismo del nucleo solido la responsabilità della generazione del calore che manteneva l’acqua allo stato liquido. Inoltre una crosta ghiacciata superficiale di spessore non ancora accertato la difendeva dal gelo dello spazio. Da allora le tre lune, ma sopratutto Europa, sono tenute sotto stretta osservazione, e gli indizi favorevoli all’esistenza dell’oceano sotterraneo non fanno che accumularsi.

europa_vents_2 - NASA ESA University of Cologne (Germany)(L’immagine qui di fianco mostra la posizione  delle nuvole di vapor acqueo sopra Europa. In realtà le nuvole non sono state fotografate, bensì rilevate spettroscopicamente. Credit: NASA, ESA, L. Roth (Southwest Research Institute and University of Cologne – Germany). Le ultimissime osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble hanno rilevato sopra il polo sud di Europa grandi nuvole di vapor acqueo, direttamente connesse con ampi bacini subsuperficiali di cui non conosciamo ancora la natura. Potrebbe trattarsi del tanto desiderato oceano sotterraneo, magari brulicante di vita, oppure di un semplice lago creatosi a qualche profondità nel pack. La notizia comunque ha emozionato fortemente gli esperti perché, anche nell’ipotesi più riduttiva, ora abbiamo la possibilità di esaminare acque subsuperficiali di Europa senza dover scendere sulla superficie a trivellare: basterà organizzare un flyby sopra il polo sud in modo che la sonda voli all’interno del vapor acqueo e faccia tutti i rilevamenti del caso. Cosa resa ancor più attraente dal fatto accertato che i supposti “soffioni” entrano in funzione sempre e solamente quando la luna si trova a percorrere il tratto della sua orbita che la porta più lontano da Giove. Sembra ripetersi, con disarmante somiglianza, la vicenda che una decina d’anni fa accentrò su Encelado, una piccola luna di Saturno, l’attenzione della comunità scientifica. Anche in quel caso furono avvistati dei geyser in eruzione nel periodo in cui la luna era lontana da Saturno, e furono effettuati due flyby che portarono la sonda Cassini ben dentro la nuvola di vapor acqueo e ghiaccio creata dalle eruzioni. Sono passati circa otto anni, nuovi dati si aggiungono ai vecchi, il dibattito sulla natura di Encelado è ancora acceso, e riguardo all’esistenza o meno di una vasto oceano sotterraneo non c’è ancora accordo. Può darsi che la tecnica del flyby, in questo caso, abbia dato il suo massimo e per risolvere il mistero non rimanga davvero altro da fare che scendere sulla superficie e trivellare. Ma di Encelado, Dione e sopratutto Tritone, una delle lune di Nettuno, parleremo diffusamente in un prossimo articolo.

Pluto system - credit NASA ESA SETI  Institute(Nell’immagine: il sistema di Plutone – Credit: NASA, ESA, SETI Institute). Forti delle precedenti scoperte, molti ricercatori si stanno chiedendo se non sia il caso di mettersi alla ricerca dell’acqua anche più lontano dal Sole, cioè nella Fascia di Kuiper. Due ricercatori dell’Università della California, Guillaume Robuchon e Francis Nimmo, basandosi sui loro modelli di evoluzione termica, hanno descritto Plutone come dotato di due strati, di cui il più esterno costituito da ghiaccio secco, l’altro da ghiaccio d’acqua. Sotto questa rigida crosta, spessa nei modelli circa 165 km, si agita un oceano sotterraneo della stessa dimensione, e infine un nocciolo roccioso. In un articolo pubblicato su Astrobiology Magazine hanno avanzato un’ipotesi suggestiva: se sull’equatore di Plutone si trovasse un qualche tipo di rilievo di altezza superiore ai 10.000 metri, ciò sarebbe un chiaro indizio dell’assenza di un oceano sotto la superficie, perché grandi quantità d’acqua, anche sotterranee, muovendosi per effetto della rotazione del pianeta-nano, sarebbero capaci di livellare simili picchi in superficie. I due scienziati hanno inoltre individuato nei processi di decadimento radioattivo, in assenza degli effetti delle forze gravitazionali che agiscono sulle lune dei pianeti gassosi, l’unica fonte disponibile di calore per mantenere l’acqua in forma liquida. La presenza di potassio sembra essere la migliore spia che tali processi siano tutt’ora in corso, e fortunatamente gli strumenti in dotazione a New Horizons, la sonda che l’anno prossimo eseguirà un veloce flyby di Plutone, saranno in grado di rilevare tanto un’abnorme quantità di potassio in superficie, quanto l’esistenza di alti picchi, vallate e perfino grossi geyser in fase eruttiva.

Secondo Steve Desch non solo Plutone, ma anche Caronte, il compagno con cui forma un vero e proprio sistema planetario binario, potrebbe contenere un oceano sotterraneo composto da acqua e ammoniaca, dove quest’ultima darebbe un contributo essenziale ad abbassare il punto di congelamento dell’acqua, contribuendo a mantenerla liquida. La conclusione di Desch è che tutti i corpi celesti della fascia di Kuiper con densità dell’ordine dei 2 gr/cm3 (quella di Plutone) e un raggio di almeno 500 km, sarebbero in grado di ospitare un oceano sotterraneo, mantenendo l’acqua liquida grazie al calore generato dal decadimento di materiali radioattivi. Analogamente Hanke Hussmann ritiene che tali oceani potrebbero essere ospitati nelle lune Tritone (Nettuno), Rhea e Dione (Saturno), Titania e Oberon (Urano) e perfino nel lontanissimo Sedna, il pianeta-nano che viene oggi considerato il primo oggetto appartenente alla Nube di Oort ad essere stato scoperto.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

  • Slow boat to Centauri: a millennium journey – exploiting resources along the way
    by Paul A. Gilster – Tau Zero Foundation
    JBIS vol.66 – pp 302-311 – 2013
  • Roth et al., “Transient Water Vapor at Europa’s South Pole,”
    published online in Science 12 December 2013
  • G. Robuchon and F. Nimmo, “Thermal Evolution of Pluto and
    Implications for Surface Tectonics and a Subsurface Ocean”, Icarus, 216,
    pp.426-439, 2011.
  • Desch et al., “Cryovolcanism on Charon and Other Kuiper Belt Objects”,
    38th Lunar and Planetary Science Conference, Texas, USA, 12-16 March
    2007.
  • Hussmann et al., “Subsurface Oceans and Deep interiors of Medium-
    Sized Outer Planet Satellites and Large Trans-Neptunian Objects”,
    Icarus, 185, pp.258-273, 2006

15 gennaio 2014 Posted by | Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , , | 2 commenti

Asteroidi cometari o comete asteroidali?

Mi piace andare a curiosare tra le pieghe del passato su che cosa gli studiosi (guai usare il termine scienziato… ma io credo che sia il termine giusto anche per loro!) pensavano riguardo a fenomeni che oggi sembrano non avere più segreti. Sembra, perché in realtà la conoscenza completa non viene mai raggiunta (per fortuna!) ma ogni nuovo dato è la pista di lancio per ulteriori indagini.

Le comete, ad esempio, sono uno spettacolare fenomeno che di tanto in tanto il cielo ci offre, fenomeno che ha ispirato leggende fin dai tempi più antichi. Secondo i miti greci, la cometa rappresenta la chioma disciolta della regina Merope, una delle sette figlie di Atlante e Pleione, raffigurate nel firmamento dalle Pleiadi. Merope si distingue però dalle altre perché brilla di luce rossa: si vergogna, racconta la leggenda, per essere stata l’unica tra le sue sorelle ad avere sposato un comune mortale, Sisifo; di lui si dice che fu talmente furbo e privo di scrupoli, da riuscire a beffare non solo gli uomini e gli dei, ma anche la Morte.

Igino presenta così Merope nel poema “Miti”, 192-194:

Perciò, espulsa dal coro delle sorelle,
triste si discioglie le chiome, e viene detta cometa
oppure longode, perché si estende in lunghezza.

Spesso il passaggio di una cometa coincideva, o veniva fatto coincidere, con un evento straordinario (basti ricordare la “suggestiva” cometa nell’anno di nascita di Gesù) oppure commemorava un personaggio importante: Ovidio nelle Metamorfosi, celebrando l’apoteosi di Giulio Cesare e dell’imperatore Augusto, accomuna entrambi ad una cometa.

I testi del passato non ci riferiscono solo testimonianze emotive legate alle comete; ci furono scrittori, studiosi e filosofi che tentarono di spiegare il fenomeno da un punto di vista oggettivo, più razionale, quasi scientifico: testimonianze da cui traspare, però, la consapevolezza di essere ancora inadeguati per poter dare risposte significative.

Lucio Anneo Seneca scrive in “Naturales Questiones”:

Non stupiamoci se ancora si ignori la legge del movimento delle comete, che appaiono così raramente; e che ancora non si conosca il principio e la fine della rivoluzione degli astri a così enorme distanza. Non sono nemmeno cinquecento anni che la Grecia ha contato le stelle e ha dato loro dei nomi […]. Verrà il giorno che attraverso uno studio di parecchi secoli i fenomeni attualmente nascosti ci appariranno evidenti; e i nostri posteri si meraviglieranno che ci siano sfuggite delle verità così chiare.

 Ed oggi “i posteri” quanto sanno riguardo a questi oggetti simili agli asteroidi?

Per la gioia dei sostenitori di un’origine extraterrestre della vita, ecco ciò che nel 2010 Nir Goldman del Lawrence Livermore National Laboratory ipotizzò: l’impatto di una cometa sulla Terra in via di formazione avrebbe potuto produrre i componenti base della vita, gli amminoacidi. Dopo aver utilizzato programmi di simulazione di tale fenomeno al computer, ora Goldman, con colleghi dell’Imperial College London e l’Università del Kent, ha iniziato a sperimentare il processo in laboratorio. Ha sparato alla velocità di 7.15 km/s un proiettile di acciaio all’interno di un miscuglio a base dei componenti ghiacciati trovati in una cometa (acqua, ammoniaca, metano, biossido di carbonio), l’impatto ha generato il grado di energia necessario a produrre numerosi tipi di amminoacidi costituenti le proteine, amminoacidi non proteici ed anche i loro precursori. Questo potrebbe supportare l’ipotesi che l’inizio del processo di costruzione della vita sarebbe iniziato nel periodo del Bombardamento Pesante (Late Heavy Bombardment) tra i 4.1 e i 3.8 miliardi di anni fa, quando le collisioni erano diffuse nel sistema solare interno.

 fig.2Fig. 1 Le comete contengono composti come acqua, ammoniaca, metanolo e anidride carbonica, fornendo così le materie prime che, al momento dell’impatto con la Terra primordiale, avrebbe prodotto un abbondante approvvigionamento di energia per produrre amminoacidi e far ripartire la vita. Credit to: Lawrence Livermore National Laboratory.

 In effetti le comete sono corpi ricchi di ghiaccio di diversa natura chimica, che al calore del sole sublima, rendendo visibili le caratteristiche che le contraddistinguono, la chioma e la coda. Tuttavia, la maggior parte della massa di una cometa è contenuta all’interno di un nucleo centrale relativamente piccolo e di grande interesse scientifico per la sua probabile identità con i planetesimi delle regioni esterne del disco protoplanetario. Planetesimi cometari formatisi vicino a Urano e Nettuno dovrebbero essere stati assorbiti da questi pianeti o scagliati lontano, perfino espulsi dal Sistema Solare, da una sorta di fionda gravitazionale, dovuta a perturbazioni generate da oggetti esterni e si sarebbero concentrate in quella zona, ancora teorica, chiamata “nube di Oort”. Invece, planetesimi al di là dell’orbita di Nettuno, immuni dai disturbi gravitazionali dei due pianeti, sarebbero rimasti nel luogo di formazione ed oggi sono visibili nella fascia di Kuiper. Sono queste due zone ad agire come un serbatoio di comete, di breve periodo la seconda e di lungo periodo la prima.

 Si sa anche che non tutte le comete raggiungono il Sole. E questo perché nel loro percorso di avvicinamento incontrano dei punti critici in cui rischiano la frantumazione, i Red Line. Tali linee sono indicate dal punto di distanza dal Sole a cui altre comete, ormai diventate campione, si sono disintegrate. Queste sono riportate nel grafico delle Curve di Luce Secolare, ovvero i grafici che mostrano la variazione di luminosità nella storia di una cometa. Il superamento di tutte queste zone critiche, senza un elevato grado di destabilizzazione, permetterà alla cometa di rendersi visibile, talvolta anche ad occhio nudo.

 E riuscirà ISON a superare tutte le Red Line e salire sul podio della cometa del secolo? Mah, siamo solo al 13° anno del nuovo secolo e vista la variabilità di comportamento di questi oggetti, è un po’ azzardato assegnarle questo primato! Comunque, la cometa è ora visibile ad occhio nudo dal 17 novembre al mattino prima dell’alba, dal momento che ha superato il tratto più critico tra il 2 e il 7 novembre, quando ha attraversato in 6 giorni ben 5 linee rosse. Dopo il 28 novembre, supponendo che sopravviva intatta al suo eccezionale passaggio vicino al Sole, dovrebbe esserlo la sera dopo il tramonto.

fig.3

Fig.2 Il grafico illustra la curva di luce secolare della cometa Ison e le Red Line  presenti lungo il suo percorso verso il Sole.(doppio click per allargare)

 

fig.4

Fig. 3 Il grafico illustra la curva di luce secolare della cometa Ison al suo passaggio al perielio. (doppio click per allargare)

 

Ignacio Ferrin e il suo team dell’Università of Antioquia (Medellin, Colombia) hanno scoperto che la fascia principale di asteroidi (MBC) tra Marte e Giove, è un enorme cimitero di rocce cometarie inattive o estinte. Gli oggetti che la compongono hanno tutti orbite di tipo asteroidale, ma molti si comportano come comete, sublimando i ghiacci che li compongono, nascosti in profondità vicino al nucleo. È stata rintracciata su di essi una nuova attività, in conseguenza di leggere modifiche della temperatura, verificatesi per perturbazioni gravitazionali di Giove, che hanno comportato uno spostamento delle loro orbite un po’ più vicino al Sole.

Una diminuzione nella distanza al perielio comporta una variazione nella quantità di energia ricevuta. Le comete con un raggio tra i 50-150 metri generalmente hanno sublimato tutto il ghiaccio presente e quindi sono completamente estinte. Ma oggetti con un nucleo un po’ più grande possono resistere alla sublimazione ad una determinata profondità e divenire così quiescenti fino ad un nuovo apporto di energia. Il team sostiene che negli ultimi tempi i nuclei cometari quiescenti nella fascia principale degli asteroidi hanno diminuito la loro distanza al perielio e così la maggior parte di questi ha rinvigorito la propria attività sia in perielio che subito dopo di questo, a differenza delle comete classiche che presentano il culmine della loro sublimazione prima di raggiungerlo. Tale lavoro si presenta come un’ipotesi alternativa a quella che considera responsabili della ripresa di attività delle vecchie comete il vento solare o le collisioni nella fascia degli asteroidi.

fig.1

Fig.4 Queste illustrazioni mostrano la cintura di asteroidi al giorno d’oggi e nel primo Sistema Solare, collocata tra il Sole (al centro) e i quattro pianeti terrestri (vicino al Sole) e Giove (in basso a destra). L’immagine in alto mostra il modello convenzionale per la fascia di asteroidi, in gran parte composto di materiale roccioso. L’immagine centrale mostra il modello proposto, con un piccolo numero di comete attive ed una popolazione di comete dormienti. Il diagramma in basso mostra come la cintura di asteroidi potrebbe essersi presentata nel Sistema Solare, con vigorosa attività cometaria.

Credit: Ignacio Ferrin / Università di Antioquia (doppio click per allargare)

 

Potrebbe confermare questa ipotesi anche ciò che sta accadendo a P/2013 P5, asteroide di tale fascia che è subito apparso anomalo, in quanto circondato da un alone nebuloso e lattiginoso, simile a quello di una cometa. Per indagare su tale comportamento è stato utilizzato il telescopio spaziale Hubble, che nel settembre scorso ha fornito foto dell’oggetto a distanza di tredici giorni. Risultato: P/2013 P5 emette nello spazio non uno ma ben sei flussi di materia, lunghi alcune migliaia di chilometri e disposti a ventaglio intorno al nucleo centrale.

 fig.5

Fig.5 Immagini dell’“asteroide P/2013 P5” riprese il 10 settembre (a sinistra) e il 23 settembre (a destra) dal telescopio spaziale Hubble. (NASA/ESA). Credit: David Jewitt – UCLA (doppio click per allargare)

 

David Jewitt, del Department of Earth and Space Sciences (University of California, Los Angeles – UCLA), sostiene che la causa non sia stato sicuramente l’impatto con un altro corpo roccioso, perché lo avrebbe disintegrato o comunque ne avrebbe disseminato i detriti in modo radiale. L’ipotesi più plausibile è che l’irraggiamento solare abbia indotto su questo corpo celeste il cosiddetto effetto YORP (Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack) un insieme di fattori che, in aggiunta al calore proveniente dal Sole, assorbito in modo eterogeneo (maggiore sul lato illuminato e minore sul lato in ombra), hanno influito sulla variazione della velocità di rotazione dell’asteroide. In conseguenza di ciò il corpo potrebbe aver subito la destabilizzazione dell’equilibrio tra la sua debole forza gravitazionale e la forza centrifuga, aumentata per l’incremento della velocità di rotazione. A questo punto, i materiali disgregati si sarebbero distribuiti lungo il piano equatoriale di rotazione, per disperdersi poi nello spazio formando le code “cometarie” osservate.

 Quindi non più solo due fasce-serbatoio di comete, ma ben tre!

 SIMONETTA ERCOLI

Fonti:

1) Centauri Dreams, ‘Graveyard Comets’ in the Asteroid Belt by Paul Gilster on August 7, 2013

2) Centauri Dreams, Comet Impacts and the Origin of Life by Paul Gilster on September 17, 2013

3) Ferrin et al., “The location of Asteroidal Belt Comets (ABCs) in a comets’ evolutionary diagram: The Lazarus Comets,” in press at Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

4) THE EXTRAORDINARY MULTI-TAILED MAIN-BELT COMET P/2013 P5 by David Jewitt

The Astrophysical Journal Letters, 778:L21 (4pp), 2013 November 2013

http://astronomia.udea.edu.co/cometspage/REDLINES.html

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1305/1305.2621.pdf

http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/P2013P5.html

25 novembre 2013 Posted by | Astrofisica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | Lascia un commento

Propulsione e comunicazione

Comincia qui, sommessamente, un lavoro che noi del Tredicesimo Cavaliere riteniamo impegnativo e interessante. Si tratta della traduzione in lingua italiana degli abstract degli articoli pubblicati negli ultimi anni a cura della British Interplanetary Society  (BIS), la prestigiosa ONG dello spazio da qualche mese presente nel nostro paese con la sua branch, BIS Italia. Gli articoli completi, in inglese, continueranno a comparire invece sul Journal of the British Interplanetary Society (JBIS), il periodico che si occupa di Scienze dello Spazio dal particolare punto di vista “visionario” della BIS.

Sotto l’ala della DARPA, l’agenzia del Pentagono per l’alta tecnologia, è nato un paio di anni fa negli Stati Uniti il 100YSS, un movimento dedicato a costruire le fondamenta della complessa struttura  scientifica, tecnologica, economica e sociale che sarà necessaria per costruire e lanciare la prima astronave interstellare. Il movimento organizza ogni anno un congresso, e la BIS si è impegnata alla pubblicazione degli atti sul suo Journal, un impegno gravoso sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo, a causa dell’approccio di tipo multidisciplinare che la natura stessa  del volo intestellare impone. Presentiamo oggi i primi due abstract preceduti da poche righe di introduzione.

Harold “Sonny” WhiteGli ingegneri rileggono  Einstein

IL dott. Harold “Sonny”  White ha ottenuto il Ph.D. in Fisica alla Rice University, il Master’s of Science in Mechanical Engineering alla Wichita State University, e un Bachelors of Science in Mechanical Engineering all’Università South Alabama. Il  Dr. White ha accumulato oltre 15 anni di esperienza lavorando nell’industria aereospaziale con Boeing, Lockheed Martin, e NASA. Attualmente presta servizio come Advanced Propulsion Theme Lead per l’Engineering Directorate della NASA ed è il rappresentante del JSC presso il Nuclear Systems Working Group. Sta inoltre conducendo, a livello teorico e in laboratorio, ricerche sulla  fisica della propulsione avanzata, presso il laboratorio Eagleworks nel Johnson Space Center della NASA.

La meccanica della curvatura di campo

Questo lavoro inizia con una breve recensione della metrica della propulsione a curvatura di Alcubierre e descrive come il fenomeno potrebbe funzionare in base al progetto originale.
La forma canonica della metrica è stata sviluppata e pubblicata in “A Discussion on space-time metric engineering”, Gen. Rel.Grav., 35, pp.2025-2033, 2003, e ha fornito una chiave di lettura del campo di potenziale e di spinta attraverso il campo, che ha risolto un paradosso cruciale nel concetto originale del funzionamento come enunciato da Alcubierre. Viene presentato e discusso un concetto modificato del funzionamento sulla base della forma canonica della metrica che risolve il paradosso. Sarà successivamente considerata brevemente l’idea di un motore a curvatura in uno spazio-tempo a più dimensioni (manifold) confrontando le geodetiche null-like della metrica di Alcubierre con la metrica di Chung-Freese per illustrare il ruolo matematico delle coordinate nell’iperspazio.
L’effetto netto di utilizzare una “tecnologia” con motore a curvatura accoppiato con sistemi convenzionali di propulsione in una missione di esplorazione, sarà discusso usando la terminologia di una missione pianificata precedentemente.
Infine sarà descritta nei dettagli una panoramica del test interferometrico di un campo di curvatura in corso di attuazione nel Laboratorio di Fisica della Propulsione Avanzata: Eagleworks (APPL:E) presso il Johnson Space Center della NASA.
Sebbene la meccanica della curvatura di campo non abbia avuto un momento di “Chicago Pile” (ll primo esperimento di reattore nucleare n.d.t.), gli strumenti necessari per individuare un modesto esempio del fenomeno sono a portata di mano.

Titolo originale: WARP field mechanics 101
Autore: Harold “Sonny” White – NASA Johnson Space Center – Houston
Traduttore: Walter Risolo, Editor: Roberto Flaibani, Massimo Mongai
Journal of the British Interplanetary Society, vol 66, n. 7-8 July-August 2013
100YSS Symposium 2011 – TIME DISTANCE SOLUTIONS Section

gilster_02Lo scrittore e l’astronave

Paul Gilster è uno scrittore a tempo pieno specializzato in tecnologia spaziale e sue implicazioni. E’ uno dei fondatori della Tau Zero Foundation, dove svolge funzione di capo redattore. Gilster è autore di sette libri, tra cui Digital Literacy (John Wiley & Sons, 1997) e Centauri Dreams: Imagining and Planning for Interstellar Flight (Copernicus, 2004), uno studio sulle tecnologie che potrebbero un giorno rendere possibile l’invio di una sonda fino alla stella più vicina. Gilster segue gli ultimi sviluppi nella ricerca interstellare, dalla propulsione agli studi sugli esopianeti, nel suo sito web Centauri Dreams. In passato, Gilster ha collaborato con numerose riviste di tecnologia e di affari, e ha pubblicato saggi, articoli, recensioni, narrativa, in un gran numero di pubblicazioni sia interne che esterne ai settori spazio e tecnologia. Inoltre da 23 anni scrive regolarmente una rubrica di informatica che appare sul The News & Observer (Raleigh, NC). Gilster si è laureato presso il Grinnell College (IA) e ha fatto sei anni di specializzazione in letteratura medievale inglese al UNC-Chapel Hill, prima di dedicarsi all’aviazione commerciale e infine alla scrittura.

La Visione Interstellare: i principi e la  pratica

Il titolo ambizioso dello studio “100 Year Starship” echeggerà presso il pubblico, un fatto che richiederà al destinatario della sovvenzione DARPA l’uso di una comunicazione che possa seguire una attenta strategia su come portare questa visione su Internet e gli altri punti di visibilità. Tutto ciò sarà necessario per stimolare l’impegno pubblico e sostenere il ‘mormorio’ che aiuterà l’organizzazione a sviluppare le proprie idee.
Questo documento esamina tali problematiche nel contesto del lungo coinvolgimento dell’autore con “I sogni del centauro”, un sito web dedicato alla presentazione del volo interstellare ad un pubblico ampio e generico.
Elementi centrali per la presentazione dell’idea della nave stellare sono il sostenere il valore del  pensiero a lungo termine ed il valore della ricerca di spin-off, ponendo l’obiettivo di una nave stellare nel contesto di altre attività umane che hanno avuto la capacità di trascendere la vita dei singoli partecipanti.
Insegnare responsabilità intergenerazionale implicherà  approfondire temi di storia, economia e filosofia, oltre alle questioni tecnologiche sollevate da un viaggio di questa portata. I migliori comunicatori per questo ruolo saranno dei comunicatori generalisti che possano collegare discipline così lontane fra loro La chiave per lo studio è lo sviluppo di una presenza Web che utilizzi Internet con cautela. Alcuni miti di Internet tra cui ‘la saggezza delle folle’ e la ​​resistenza ad un condizionamento dall’alto comprometterebbero il progetto. E’ in questo contesto che saranno discussi i vantaggi e gli svantaggi dei social network . È essenziale la presenza di una voce editoriale forte disposta a selezionare le pubbliche risposte per poter mantenere degli standard elevati nelle discussioni che seguiranno.
Inoltre, un elevato standard di articoli richiede la presentazione delle ricerche senza troppo clamore  e un livello di discorso che educhi, ma non condizioni il suo pubblico. Un’accurata citazione delle ricerche attinenti e la volontà di impostare alto il livello della discussione comporterà una risposta dai ricercatori e dal pubblico che, con l’aiuto di una continua e costante  moderazione, costruirà una banca dati di idee di terze parti in grado di suscitare l’interesse e aggiungere materialmente valore alla ricerca globale

Titolo originale: The Interstellar Vision – Principles e Practice
Autore: Paul A. Gilster – Tau Zero Foundation – Centauri Dreams blog
Traduttore: Walter Risolo, Editor: Roberto Flaibani, Massimo Mongai
Journal of the British Interplanetary Society, vol 66, n. 7-8 July-August 2013
100YSS Symposium 2011 – COMMUNICATION OF THE VISION Section

16 ottobre 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , | Lascia un commento

Abitabile o colonizzabile?

exoplanets1

Le sonde dedicate alla ricerca degli esopianeti continuano a fornire risultati interessanti. Sappiamo ora che la maggior parte delle stelle possiede sistemi planetari, e che una sorprendente percentuale di questi sarà costituita da pianeti delle dimensioni della Terra, situati nella loro zona di abitabilità, cioè la regione in cui non fa né troppo caldo né troppo freddo, e la vita come noi la conosciamo può svilupparsi. Gli astronomi sono completamente affascinati dal concetto di zona di abitabilità e da quello che potrebbero trovare. Abbiamo l’opportunità, nell’arco della nostra esistenza, di scoprire se la vita esiste fuori dal nostro sistema solare e forse quanto essa è comune. Abbiamo anche un’altra opportunità , meno frequentata dagli astronomi ma comune tra gli scrittori di fantascienza. Per la prima volta nella storia, possiamo essere in grado di identificare mondi dove potremmo trasferirci e vivere. Nel momento in cui decidiamo di riflettere sulla seconda possibilità, è importante tenere bene in mente che abitabile e colonizzabile non sono sinonimi.

Nessuno sembra accorgersene, ma non è possibile trovare alcun termine se non “abitabilità “ per descrivere gli esopianeti che stiamo trovando. Che un pianeta sia abitabile, in accordo con la definizione corrente del termine, non ha niente a che vedere con la possibilità che degli esseri umani si stabiliscano in quel luogo. Cosi il termine si applica a luoghi che sono di importanza vitale per la scienza ma non si applica necessariamente a luoghi dove noi vorremmo effettivamente andare. In altre parole il fatto che un pianeta sia abitabile (secondo l’attuale definizione) non ha niente a che fare con l’eventuale fondazione di una colonia.

exoplanets2Per vedere la differenza tra abitabile e colonizzabile, rivolgiamo la nostra attenzione verso due pianeti molto diversi tra loro: Gliese 581g e Alpha Centauri Bb. Non abbiamo conferma dell’esistenza di nessuno dei due ma abbiamo abbastanza dati per poter dire a che cosa assomigliebbero se la loro esistenza venisse confermata. Gliese 581g è una super-terra che orbita nel mezzo della zona di abitabilità della sua stella, ciò significa acqua liquida che scorre liberamente in superficie e lo rende un mondo abitabile secondo l’attuale definizione.

Centauri Bb, al contrario, orbita molto vicino alla sua stella e la sua temperatura in superficie è probalbilmente abbastanza alta da rendere uno dei suoi emisferi un mare di magma (il pianeta è collegato alla sua stella da un sistema di maree come la Luna lo è alla Terra). Alpha Centauri Bb viene considerato dai più non abitabile. Gliese 581g è abitabile e Centauri Bb non lo è ; ma ciò significa forse che il primo è più colonizzabile del secondo? In effetti non lo è. Dato che Gliese 581g è una super-terra, ovviamente la gravità in superficie sarà maggiore che sulla Terra. Le stime variano ma si arriva anche a ippotizzare una forza di gravità pari a 1,7g, come dire che un uomo di 78 chili ne peserà oltre 125 su Gliese 581g. Se il nostro uomo convertisse tutto il suo attuale grasso corporeo in massa muscolare potrebbe essere in grado di andare in giro senza usare supporti ortopedici per la deambulazione, se non proprio una sedia rotelle. Comunque il suo sistema cardiovascolare sarebbe sottoposto a uno sforzo permanente e  non ci sarebbe modo di rendere il suo habitat più confortevole.

All’opposto, Centauri Bb è circa delle stesse dimensioni della Terra, e la gravità in superficie è probabilmente la stessa. Siccome si trova in risonanza mareale con il suo sole, un emisfero è sicuramente ricoperto da un mare di lava, ma l’altro emisfero, quello permanentamente in ombra, sarà più freddo, potenzialmente molto più freddo. È probabile che non ci sia nemeno un soffio di atmosfera, né acqua liquida, ma come posto dove costruire un avanposto non sarebbe da buttar via. Bisogna considerare anche che spostare materiali dalla superficie all’orbita bassa sarebbe più facile nel caso di Centauri Bb, mentre l’atmosfera presumibilmente spessa di Gliese 581g renderebbe più difficile la soppravivenza degli esseri umani. Senza dubbio Gliese è un buon candidato per lo sviluppo della vita, ma secondo me Centauri Bb è un candidato migliore per ospitare una colonia.

Definizione di colonizzabilità

Abbiamo una definizione molto buona di cosa rende abitabile un pianeta: una temperatura stabile, atta alla formazione di acqua liquida. È possibile sviluppare una definizione di colonizzabilità per un pianeta, egualmente o più soddisfacente. Come prima cosa un mondo colonizzabile deve avere una superficie accessibile. Una super-terra con un’atmosfera incredibilmente spessa e una gravità di superficie di 3 o 4g è del tutto non colonizzabile, sebbene vi si possa trovare abbondanza di vita.

exoplanets3 In secondo luogo, gli elementi giusti devono essere accessibili sul pianeta perchè esso sia colonizzabile. A prima vista sembra un po’ sconcertante, ma che succederebbe se Centauri Bb fosse l’unico pianeta nel suo sistema, e ci fossero solo tracce di azoto? Non è un problema di quantità, un pianeta come quello (in un sistema stellare come quello) non potrebbe dare supporto a una colonia di forme di vita terrestre. L’azoto, anche solo tracce di esso, è un componente critico della vita biologica.

 In un articolo intitolato “The Age of Substitutibility”, pubblicato su Science nel 1978, H.E. Goeller e A.M. Weinberg hanno proposto un” minerale artificiale “ chiamato Demandite. Si presenta in due forme. Una molecola di Demandite industriale conterrà tutti gli elementi necessari per una industria edile e manifatturiera nelle proporzioni che uno otterrebbe se prendesse, diciamo, una città di media dimensione e la riducesse in polvere finissima. Ci sono 20 elementi nella Demandit industriale, incluso carbonio, ferro, sodio, cloro, ecc…

All’opposto, la Demandite biologica è composta quasi interamente di solo 6 elementi: indrogeno, ossigeno, carbonio, azoto, forforo e zolfo. (Se un intero sistema ecologico venisse macinato e si osservassero le proporzioni di questi elementi, potresti in realtà scoprire che esiste una singola molecola con le stesse esatte proporzioni: si chiama cellulosa).

 Terzo, in superficie deve esserci un flusso di energia in qualche modo gestibile. Il posto può essere tanto rovente che ghiacciato, ma deve essere possibile per noi muovere liberamente il calore. Di sicuro questo non è fattibile sulla superficie di Venere, che, con i suoi 800 gradi obbligherebbe il vostro sistema di aria condizionata a un demenziale super lavoro solo per superare l’inerzia termica. L’accesso a un gradiente termico o energetico è quello che rende possibile il lavoro fisico. Ovviamente cose come la pressione superficiale, l’intensità stellare, la distanza della Terra giocano una grande parte, questi sono i tre fattori più importanti che io posso vedere. Dovrebbe essere ovvio all’istante che essi non hanno nessun rapporto con la distanza dei pianeti dal loro sole. Non c’è una “zona colonizzabile” come invece esiste una “zona abitabile”. Bisogna osservare la situazione pianeta per pianeta.

exoplanets4Si noti che, secondo queste definizioni, Marte è solo marginalmente colonizzabile. Perchè? Non a causa della sua temperatura o della bassa pressione atmosferica, ma perchè è scarsamente dotato di azoto, almeno in superficie. Una combinazione di Marte e Ceres potrebbe essere qualcosa di colonizzabile, se Ceres avesse una buona scorta di azoto nella sua borsetta del trucco, e questa idea di ambienti combinati in attesa di colonizzazione complicava la visione d’insieme. Probabilmente non siamo in grado di rilevare un oggetto delle dimensioni di Ceres, se orbitasse intorno ad Alpha Centauri. Cosi la lunga distanza che ci separa da un pianeta candidato alla colonizzazione difficilmente potrebbe esere considerata come un elemento a sfavore. Al contrario, se possiamo rilevare la presenza di tutti gli elementi necessari per la vita e per l’industrializzazione in un pianeta all’incirca di dimensioni terrestri, possiamo considerarlo come candidato alla colonizzazione senza badare al fatto che si trovi o meno nella zona abitabile della sua stella.

 La colonizzabilità di un pianeta accessibile e dotato di un buon gradiente termico, può essere valutata in funzione di quanto la sua composizione si avvicini alla composizione della Demandite industriale e biologica. Probabilmente dovremo diventare molto accurati nella determinazione di tali valori. Questo, e non l’abitabilità, è il giusto modo di valutare quali mondi dovremmo desiderare visitare.

 Ricapitolando, propongo che venga aggiunto un secondo criterio di misura oltre alla già esistente scala di abitabilità nello studio degli esopianeti. L’abitabilità di un pianeta non ci dice nulla in merito al grado di attrazione che potrebbe avere sui visitatori. Colonizzabilità è la metrica perduta per giudicare il valore dei pianeti intorno ad altre stelle.

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI

 

Titolo originale :”A tale of two worlds: habitable, or colonizable?” di Karl Schroeder, pubblicato su Karl Schroeder’s Blog il 18 febbraio 2013

30 settembre 2013 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , | 2 commenti

BIS-Italia a Frascati con i ricercatori

BIS-Italia miniaturaSi concludono gli appuntamenti di Frascati Scienza. Dal 21 al 27 settembre la settimana è stata carica di incontri per avvicinare il grande pubblico alla ricerca scientifica, ma più di tutto a chi ne ha fatto il proprio obbiettivo professionale, gli scienziati e i ricercatori.

La giornata inaugurale si era svolta in pieno centro di Roma, in Piazza in Lucina, con l’evento  “Ricerca i Ricercatori”: un invito e un auspicio a tenersi stretto il patrimonio di conoscenze e sapere, per contrastare la fuga dei cervelli dall’Italia e favorire le carriere professionali legate alla tecnologia, alla scienza e quindi al futuro.

Questa inusuale kermesse non può che concludersi con la “Notte Europea dei Ricercatori”, oggi 27 settembre. In questa occasione  l’Esa, l’Agenzia spaziale europea, aprirà le porte del proprio centro a Frascati. L’evento, che si svolge nello stesso giorno in 300 città europee, è organizzato dall’Unione Europea, e permette di esplorare a grandi linee il mondo della scienza, in particolare quello dell’esplorazione spaziale, con maggior riguardo alla figura professionale del ricercatore e dello scienziato.

Bis-Italia, la sezione italiana della British Interplanetary Society,  ha avuto modo di segnalare al pubblico le proprie attività in Italia. Tutti i membri della associazione possono fare riferimento a Bis Italia per eventi locali, notizie e riunioni. Lavorando a stretto contatto con Alistair Scott, Presidente della BIS britannica, e con il Consiglio della BIS, la sezione italiana ha aiutato a definire un insieme di regole per la gestione delle future sezioni internazionali. Lo stesso Scott, in un discorso recentemente tenuto a Pechino nel corso di attività collegate con il Congresso Internazionale di  Astronautica,  ha sostenuto la necessità, per la Bis del 21mo secolo, di fondare sezioni locali e ha citato l’esempio della Bis-Italia, la prima ad essere stata creata, nel febbraio di quest’anno, e già operativa dopo pochi mesi, con eventi e incontri.

“Crediamo nel ruolo che tali sezioni locali potranno avere nel futuro dell’associazione – ha detto Scott – e speriamo che i nostri soci non britannici comprendano il vantaggio di avere un gruppo sul loro territrio nel quale scambiare idee, esperienze e, in particolare, partecipare a progetti in vari ambiti. Stiamo anche pianificando una serie di attività educative e abbiamo l’obiettivo di partecipare ai principali eventi spaziali. Come soci, o ‘fellows’, della BIS, basta avere un indirizzo italiano per essere considerati membri della BIS Italia”.

La fondazione della British Interplanetary Society risale a prima della Seconda Guerra Mondiale. La sua mission è indirizzata alla esplorazione scientifica dello spazio, fornendo anche contributi innovativi sulla loro fattibilità scientifica.  Altre informazioni su BIS-Italia possono essere rintracciate nel sito internazionale, oppure sulla neonata pagina Facebook dell’associazione.

GIANVITTORIO FEDELE

27 settembre 2013 Posted by | Fantascienza, News, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , , , | Lascia un commento

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

SIMONETTA ERCOLI

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Bibliografia

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

Articoli da Centauri Dreams

  1. Dentro l’oceano di Europa, Paul Gilster il 6 Marzo 2013
  2. La chimica dell’Oceano di Europa, Paul Gilster il 9 aprile 2013
  3. Europa: Solfati e luoghi di sbarco, Paul Gilster il 15 Aprile 2013
  4. Siti di discesa su Europa, Paul Gilster il 9 Agosto 2013

26 agosto 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Chimica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 2 commenti

Tempeste su pianeti lontani

Biologa e naturalista, impegnata a fondo nella gestione del Planetario di Perugia, Simonetta Ercoli esordisce come nuova collaboratrice del Tredicesimo Cavaliere con questa non semplice traduzione di un “coloratissimo” articolo sulla meteorologia dei pianeti e di alcuni satelliti molto speciali del Sistema Solare. Welcome Simonetta! (RF)

Urano(Le nubi di Urano)

Quando è arrivato l’uragano Sandy, lo scorso ottobre, ha ricordato a tutti noi la forza bruta dei fenomeni meteorologici. I suoi terribili venti e le devastanti mareggiate, però, appaiono insignificanti in confronto alle condizioni presenti su altri pianeti e satelliti del nostro sistema solare. Quando si parla di tempeste della violenza di Sandy, rigonfio come un atleta sotto steroidi, spontaneamente viene in mente la Grande Macchia Rossa di Giove, il ciclone cosmico che potrebbe inghiottire quasi tre Terre e che sta imperversando ormai da almeno 340 anni.

Tuttavia Saturno ha venti di gran lunga più terrificanti, fatto che disorienta gli scienziati, perché il gigante dorato riceve dal Sole un quarto dell’energia ricevuta da Giove (un centesimo di quella della Terra). Le prime previsioni ipotizzavano che la sua meteorologia dovesse essere meno vivace di quella di Giove a causa della sua maggiore distanza dal sole: visto il minor calore a far muovere le correnti d’aria, i ricercatori si aspettavano che i venti di Saturno fossero più calmi di quelli di Giove, e valutavano che Urano e Nettuno dovessero continuare questo trend verso una condizione meteorologica più tranquilla. Invece la distanza dal Sole non porta la calma, avverte il planetologo Andrew Ingersoll dell’Istituto californiano Caltech e afferma: “In realtà, i venti non diminuiscono come ci si sposta verso l’esterno del sistema solare e questo è abbastanza drammatico per Nettuno, perché riceve solo il cinque per cento della quantità di energia ricevuta da Giove per unità di superficie. Tutti i pianeti giganti hanno masse di vento più forti di quelli della Terra”. Le masse d’aria di Saturno si muovono velocemente in correnti che soffiano verso ovest, in senso opposto (movimento retrogrado) alla direzione del moto di rotazione del pianeta intorno al proprio asse. Queste correnti generano bizzarri sistemi di tempeste. Una striscia di questi, chiamata “collana di perle”, si propaga con una sequenza di finestre fino a 60.000 chilometri nella coltre più superficiale delle nubi di Saturno (nella foto). Saturno collana perleStrane nubi a forma di ciambella si trovano in un’altra corrente retrograda: in essa le nubi assomigliano ad anelli di fumo con un’area chiara nel centro.

Nella parte sud, proprio nel mezzo di uno di quelle tempeste di vento retrogrado, ribolle il Temporale Alley zigzagato da fulmini. Quando nel 2004 arrivò la sonda Cassini, la zona dei fulmini era limitata a questa turbolenta fascia lungo una latitudine sud di 30 gradi e sembrava essere associata a nubi di acqua, secondo Anthony Delgenio del Goddard Space Flight Center: “Da ciò che noi sappiamo riguardo alle atmosfere di Giove e Saturno, l’acqua è il solo componente condensabile che è sufficientemente abbondante a creare il tipo di vigorosa convezione che porterebbe al fulmine”, ha precisato. Le nubi di acqua su Saturno giacciono in profondità: l’acqua prima condensa a circa 200 chilometri verso il basso dalla sommità visibile delle nuvole; il calore interno innesca la convezione dell’atmosfera, portando l’acqua verso l’alto fino a circa 70 chilometri; a tale quota si trasforma in ghiaccio. Sulla Terra sembra che il fulmine si formi al livello in cui l’acqua liquida inizia a congelare: le particelle di ghiaccio e di acqua collidono, causando la separazione delle cariche. I modelli matematici prevedono che la zona dei fulmini su Saturno inizi intorno ai 100 chilometri al di sotto delle scure nubi in luce visibile. La collocazione e il limite dell’attività temporalesca su Saturno presentano un mistero che si indaga appena l’estate arriva nel suo emisfero nord: nuove nubi si manifesteranno a nord, esattamente alla stessa distanza dall’equatore.

I poli di Saturno mostrano altre meravigliose forme. Racchiusa precisamente sopra il polo sud, un vortice di bande concentriche di nubi fissa l’osservatore come un ampio occhio: il bordo della tempesta a forma di scogliera si alza dai 40 ai 60 chilometri, richiamando alla mente l’occhio di un ciclone terrestre. Nel polo nord una colossale forma esagonale si sviluppa come un drappo sopra un territorio che ha il diametro di due terre messe insieme. La sconcertante corrente di aria è stabile e di lunga durata, come visto nelle immagini del Voyager negli anni ’80. La causa dell’esagono non è ben conosciuta e resta, pertanto, uno dei più grandi misteri planetari di oggi.

Sta piovendo su tutto il(i) mondo (i)

Insieme al vento arrivano le precipitazioni. La pioggia nel sistema solare esterno è veramente aliena. In questo regno di aspra oscurità e intenso freddo, si sviluppano tempeste ampie abbastanza da inghiottire l’intera furia della Terra per anni. I gas di tipo terrestre diventano liquidi o congelano in ghiaccio; le nevi, formate da cristalli di ammonica e metano, si separano dalle nuvole elettrizzate, sciogliendosi in pioggia appena scendono negli strati più profondi e più caldi. Gli eccezionali colori di Urano e Nettuno sono dovuti alla presenza del metano, che assorbe la radiazione rossa e riflette le radiazioni blu dello spettro verso l’osservatore. Una foschia rossastra sposta il colore di Urano verso il verde. Anche questo pianeta, come gli altri suoi gassosi fratelli giganti, possiede un anello e bande, anche se poco definiti, ma la sua condizione meteorologica è più insidiosa di quella di Giove o di Saturno. Come mai? La risposta si trova nella profondità del cuore di questi pianeti esterni. Giove, Saturno e Nettuno emettono più energia di quanta ne ricevano dal riscaldamento del Sole e questo fatto influenza i loro fenomeni atmosferici dall’interno. Urano, invece, è di gran lunga più freddo rispetto all’ambiente che lo circonda. Le temperature su Urano e Nettuno sono quasi uguali, –197 gradi Celsius, nonostante che Nettuno riceva solo circa il 44% di energia solare di quella ricevuta da Urano. La temperatura di Urano appare essere in equilibrio con l’energia in arrivo dal sole, fatto questo che porta ad un’atmosfera che subisce un minor rimescolamento dall’interno alla superficie.

Il Voyager è stato in grado di riprendere solo l’emisfero meridionale di Urano, poiché quello settentrionale era in oscurità dato che, a differenza degli altri pianeti, il suo asse polare è inclinato di quasi 90 gradi. Appena Urano aveva percorso 84 anni della sua orbita, il giorno è finalmente spuntato nel nord e il pianeta ha mostrato alcuni significativi cambiamenti. Heidi Hammel, vice direttore e scienziata della Planetary Society, ha studiato sia Urano che Nettuno, usando due potenti strumenti: il Telescopio Spaziale Hubble e il telescopio Keck di dieci metri sulla sommità del Manua Kea nelle Hawaii. La Hammel ha trovato forme su Urano che somigliano alla varietà meteorologica di Nettuno. “Abbiamo visto nuvole scoppiettanti su tutto Urano,” ha detto. “Le immagini dei telescopi Hubble e Keck mostravano attività di rapide nubi transienti”. Su Urano le nubi di metano ribollono nel cielo, dove correnti a getto le stirano in bande lunghe mille miglia. La scienziata ha chiamato queste tempeste ‘girini’ a causa della loro forma vista da sopra. Sembra che le condizioni meteorologiche sul gigante verde stiano diventando più simili a quelle di Nettuno, dove scure tempeste (simili alla grande macchia rossa di Giove) si protraggono all’incirca per cinque anni. La durata di quelle su Urano non è nota a causa del limitato tempo di osservazione. Il telescopio spaziale Hubble e il Keck da 10 metri sono le sole due attrezzature al mondo con un potere di risoluzione adeguato a rilevare queste forme e la possibilità di accesso ad esse è limitata. Il team della Hammel poteva usare Hubble per sei ore all’anno, del tutto insufficienti, e il tempo a disposizione sul Keck era poco più del doppio. Nonostante queste limitazioni la Hammel poté affermare che era presente una macchia scura comparabile a una tempesta di lunga durata, di cui monitorò i movimenti per molti mesi, forse quasi un anno. La tempesta somigliava ad una macchia scura simile a quella scoperta dal Voyager su Nettuno venti anni prima. Entrambi i pianeti hanno Nettunomeno nubi di quanto previsto dai modelli matematici. In ciascuna atmosfera infuria una battaglia tra le correnti di aria in risalita, che mantengono in sospensione le particelle, e la forza di gravità che le attrae verso il basso. Per formare le nubi, le particelle devono essere trasportate dall’aria tanto a lungo da raggrupparsi in forme grandi a sufficienza da essere visibili. Piccole particelle, come semi di nuvola, attraggono il liquido a formare le gocce; se le particelle sono poche e lontane tra loro, si condensano gocce più grandi, che precipitano più rapidamente e formano meno nuvole. Kevin Baines del Jet Propulsion Laboratory della NASA propone un’altra idea riguardo alle nubi mancanti: “Quando il metano, molto abbondante in questo pianeta, liquefa, può farlo così velocemente che solo da pochi secondi a un minuto una piccola goccia cresce fino alla taglia di un pallone da spiaggia”. In questo scenario, Baines suppone che giganti gocce di pioggia di metano (vedi immagine a fianco) precipiterebbero dall’aria troppo velocemente per formare le nubi. Urano sembra insignificante comparato allo straordinario disco di Nettuno, le cui nubi sono intrinsecamente blu,” dice Heidi Hammel, “ci deve essere qualche tipo di agente colorante nell’atmosfera, che gli dà una tonalità più azzurrognola di quella di Urano.” Quale agente sia, rimane un mistero. Nell’atmosfera limpida più superficiale di Nettuno, ad una pressione di circa 100 millibars (un decimo di quella della superficie terrestre), le temperature si aggirano intorno a -218 gradi Celsius. Queste aumentano con la profondità e, alla pressione paragonabile a quella terrestre al livello del mare, le temperature raggiungono i -203 gradi Celsius. Al di sotto di questo livello l’aria è calda abbastanza perché il metano esista allo stato liquido o di vapore. Il metano raffredda e condensa in nubi lucenti, in risalita fino alla stratosfera: alcune tempeste passano da 50 a 100 chilometri di altezza.

Piogge in forme più familiari scendono sulla più grande luna di Saturno, Titano. Internamente alla sua nebbia arancione, le nubi ribollono nella parte più alta della troposfera. Appena esse condensano, la pioggia precipita a coprire le arrotondate colline sottostanti e improvvise piene si riversano attraverso alvei asciutti, trasportando le rocce verso le pianure. Le piogge di Titano, comunque, non sono di acqua ma di metano criogenico liquido. La sonda Cassini ha osservato tempeste di pioggia attive muoversi attraverso le regioni equatoriali di Titano. Laghi ampi di metano si estendono attraverso l’emisfero nord, uno dei essi è grande quanto il Mar Nero della Terra e un altro ampio lago nel sud, il lago Ontario, è simile all’omonimo lago terrestre per profilo e dimensione. La sonda Cassini è stata proposta per studiare questi fenomeni in maggior dettaglio, ma gli scienziati vorrebbero scendere all’interno di quei laghi. Nel 2010 un team ha proposto la prima “barca” planetaria, chiamata l’Esploratore del Mare Titano o TiME. Esso è stato ignorato nelle ultime selezioni di missioni in favore del veicolo di atterraggio su Marte inSight, non è escluso comunque che missioni simili possano essere scelte in futuro per esplorare questa nebbiosa luna, ricca di caratteristiche plantarie. Le missioni potrebbero usare sonde che si muovano in superficie e in profondità nei suoi laghi oppure aeroplani o dirigibili che volino attraverso la sua densa atmosfera.

Una nebbiosa oscurita’ invernale

La neve scende sotto diverse forme e in molti luoghi nel nostro sistema solare. La sonda da atterraggio Phoenix e quella orbitante Mars Reconnaissance hanno rilevato nevicate su Marte; lungi dal portare l’allegria delle vacanze invernali, questa neve è composta da una gelida miscela di acqua e biossido di carbonio congelati. Sull’altro nostro vicino, Venere, nevi o ghiacci di metalli possono condensare sulle regioni rilevate. Immagini radar di Venere mostrano uno strano modello di luminosità sui zone rilevate, cominciando a circa 3.5 chilometri sopra il livello planetario del mare. Nei segnali radio, riflessi brillanti generalmente stanno a significare una superficie accidentata, ma qualche cosa di altro sta succedendo qui: ciò che brilla drappeggia tutto dalle accidentate montagne agli alti tavolati. Una varietà di metalli potrebbe spiegare i segnali radio in ritorno. Alle drastiche pressioni di Venere, particolari metalli chiamati alogenuri e calcogenuri possono esistere allo stato di vapore. Su Venere, come sulla Terra, le temperature diminuiscono all’aumentare dell’altitudine: le aree basse e pianeggianti di Venere registrano un soffocante 467 gradi Celsius, mentre le brillanti e più alte zone si rinfrescano a più gradevoli 387 gradi Celsius. I metalli volatili potrebbero passare allo stato di vapore nelle zone basse e migrare gradualmente verso le aree più alte, condensando di nuovo come essi si raffreddano.

Una tale nebbia di vapore metallico potrebbe spiegare una misteriosa serie di fallimenti nelle missioni su Venere, quella che viene chiamata “l’anomalia del chilometro 12.5”. Nel 1978 quattro sonde Pioneer, destinate a studiare l’atmosfera di Venere e a campionare il suo ambiente, ad un’altezza di circa 12 chilometri registrarono tutte e quattro uno sbalzo meccanico, sebbene fossero a migliaia di miglia di distanza: tre durante la luce del giorno e una durante l’oscurità della notte. Lo sbalzo fu accompagnato da bizzarri valori di temperatura e pressione e molti degli strumenti smisero di funzionare completamente. Le sonde sovietiche Venera 11, 12, 13 e 14 ebbero tutte simili sbalzi meccanici alla stessa altezza e la sonda di atterraggio su Venere Vega 1 potrebbe aver prematuramente iniziato la sua raccolta di dati scientifici a causa dello stesso fenomeno: tentava di perforare e analizzare le rocce da circa 18 chilometri dalla superficie! Possono essere date altre spiegazioni per l’anomalia del chilometro 12.5 (incluso un danno elettronico dovuto al calore), ciò non toglie che ghiaccio metallico sarebbe certamente da considerare nell’aliena natura della meteorologia vesuviana.

Il bollettino meteo più strano

Triton(nell’immagine: i geyser di Tritone) Forse la meteorologia più esotica si trova sulla luna più grande di Nettuno, Tritone. Inizialmente le immagini di Tritone, inviate da Voyager 2, sconcertarono i ricercatori: la sua aliena ed erosa superficie si estendeva davanti alla videocamera della sonda come una tormentata area di avvallamenti e crepacci. Nella rarefatta atmosfera, costituita soprattutto di azoto, c’è una pressione diecimila volte più bassa di quella della Terra (15 microbars) e a causa della bassa gravità i margini più esterni di essa diffondono fino ad un’altezza di 800 chilometri. Nebbie brunastre si distribuiscono tra i geyser di azoto che si alzano fino a 8 chilometri. Venti, nubi, nebbie e la pressione stessa vengono condizionati dal gelo e disgelo delle calotte polari presenti su questa luna, fenomeno responsabile degli strani paesaggi. Come l’inverno arriva in uno dei poli, l’azoto di Tritone migra tutto là gelando sulla superficie sottostante e l’intera atmosfera collassa. Questo accade due volte all’anno, quando è inverno in un polo o nell’altro. La strana luna, pertanto, ha un “meteo” esclusivamente durante la primavera, perché è solo in questo periodo che essa presenta un’atmosfera attiva. Molti scienziati credono che, quando la sonda New Horizons raggiungerà Plutone nel 2015, troverà un analogo processo dominare nei suoi cieli. Se gli altri pianeti possono essere considerati una sorta di indicatori, Plutone tiene in serbo per noi molte sorprese meteorologiche.

Traduzione di SIMONETTA ERCOLI

Titolo originale:”Storms of Distant Skies – A Glimpse at Solar System Weather” di Michael Carroll.

Pubblicato su The Planetary Report #1/2013

26 giugno 2013 Posted by | Astrofisica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , | Lascia un commento

Cavalcare il vento solare

Il 7 maggio scorso è stato lanciato dallo spazioporto di Kourou un vettore Vega che ha seminato su varie orbite una manciata di piccoli satelliti. Uno di essi, denominato ESTCube-1, è veramente piccolissimo, misura infatti 10x10x11,35 cm. e pesa poco più di un chilo. In altre parole, si tratta di un tipico cubesat, ed è stato presentato come il primo satellite estone. Una volta salutati i simpatici studenti e tifosi Estoni come nuovi membri della costituenda spacefarer civilization, abbiamo archiviato la notizia e siamo andati a dormire, come sembra abbiano fatto perfino al Corriere della Sera. Salvo essere risvegliati di soprassalto, qualche ora dopo, dal frastuono dei corni da guerra dei blog spaziali americani: loro sì che avevano la vera notizia! E cioè che lo scatolino chiamato ESTCube-1 era in realtà il primo di una serie di test che avrebbe portato alla realizzazione, da parte di un consorzio d’imprese in area ESA, di un prototipo di vela solare elettrica nel giro di qualche anno. (RF)

 E-sailLo scatolino contiene un tether lungo 10 metri, cioè un cavo in alluminio dello spessore di soli 50 micron, che verrà srotolato molto lentamente nello spazio. Fatto questo, il tether riceverà una carica elettrica positiva grazie all’impulso di un cannonne elettronico e comincerà a interagire con gli ioni della magnetosfera terrestre. Lo studio di queste interazioni è alla base della teoria della vela solare elettrica e verrà approfondito nel corso di un secondo esperimento previsto per l’anno prossimo e denominato Aalto-1, in cui verrà usato un tether lungo 100 metri.

Pekka Janhunen, del Finnish Meteorolgical Institute, che guida fin dal 2006 il gruppo misto di scienziati estoni e finlandesi che si sono dedicati al progetto di vela solare elettrica, spiega che, una volta esaurita la fase di ricerca preliminare nella magnetosfera terrestre, sperano di arrivare entro il 2016 a varare un primo veicolo propulso da una vera vela solare elettrica in grado di produrre spinta utilizzando il vento solare e non la pressione della luce solare come fanno le tradizionali vele fotoniche tipo Ikaros.

Szames_sail La configurazione base di una E-sail dovrebbe comprendere un centinaio di tether da 25 micron, lunghi ciascuno 20 km. e un cannone elettronico ad alimentazione solare, in grado di mantenere l’intero sistema elettricamente carico ad un potenziale positivo pari a 20 kv. Con questi valori la vela, se applicata a un carico utile di una tonnellata, in un anno può raggiungere la velocità di 30 km/s, più del doppio di quella della sonda New Horizons, attualmene in rotta verso Plutone. Con carichi utili minori, missioni del genere potrebbero essere portate a termine in cinque anni raggiungendo velocità dell’ordine di 100 km/s. L’intensità del vento solare è variabile ma mediamente è cinquemila volte più debole di quella della radiazione solare che viene utilizzata dalla vela fotonica. Ciononostante la vela elettrica è ancora competitiva: un tether di 20 km arrotolato nel suo rocchetto pesa poche centinaia di grammi, costa pochissimo, è facile da dispiegare nello spazio, ma sopratutto è capace di produrre intorno a se, per svariati chilometri quadrati, un campo elettrico in grado di intercettare il vento solare. Inoltre Janhunen descrive nel suo sito tecniche e metodi per smorzare e contenere la variabilità nella densità e velocità delle particelle del vento solare, che costituisce il più serio problema al suo utilizzo.

 Molte interessanti missioni sono difficili da eseguire per veicoli con propulsione a razzo, sopratutto a causa ell’eccentricità o inclinazione delle orbite o della lontananza dei bersagli, la cosa invece non costituisce un problema per le vele solari che producono una spinta continuata e non necessitano di propellente. Tali considerazioni valgono tanto per le vele fotoniche che per quelle elettriche e sull’argomento i lettori possono leggere anche l’articolo Dopo Ikaros, dove? Segue una lista di possibili missioni ideali per le vele solari:

  • Pianeti, lune e asteroidi del Sistema Solare interno. E’ possibile ogni genere di missione: fly-by, rendez-vous, sample return, mining, deflection, ecc.

  • Asteroidi del Sistema Solare esterno (Cintura di Kuiper, Troiani di Giove, Centauri, Famiglia Hilda e altri). In pratica sono possibili solo missioni di fly-by: data la grande distanza dal Sole, la vela non riceverebbe abbastanza energia per decelerare ed eseguire manovre in prossimità del bersaglio.

  • Pianeti e lune del Sistema Solare esterno. Si potebbe costruire una grande astronave-madre a vela, capace di trasportare parecchie sonde specializzate (orbiter, lander, rover, jumper, ecc.) da sganciare in prossimità di bersagli predeterminati. tab1 (Tabella della durata del volo verso i giganti gassosi, calcolata per tre diversi carichi utili)

  •  Missione Data Clipper. Al giorno d’oggi non è difficile costruire strumenti scientifici che raccolgano una gran quantità di dati in poco tempo, e le nuove tecnologie di immagazzinamento rendono possibile il loro stoccaggio in dispositivi minuscoli, leggeri ed economici. Ciò che manca, invece, è la larghezza di banda per il download dei dati su distanze interplanetarie. Si potrebbero quindi costruire dei piccoli veicoli spaziali a vela solare dedicati a riportare fisicamente i dati in prossimità della Terra, da dove possano essere trasmessi con poca spesa, consentendo così di ridurre notevolmente i costi per le telecomunicazioni nel bilancio della missione.

  •  Viaggi interstellari. Janhunen ha ammesso in passato di non vedere nessuna applicazione della e-sail in questo campo, se non una sola, importantissima: decelerare quando l’astronave entra in contatto con il vento solare della stella di destinazione.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

  •  IEEE Spectrum, ELECTRIC SPACE SAIL TO GET ITS FIRST TEST, by Rachel Courtland
  • POSSIBILITIES OPENED BY ELECTRIC SOLAR WIND SAIL TECHNOLOGY  by Pekka Janhunen et al. – Finnish Meteorological Institute, Helsinki
  •  Centauri Dreams, ENTER THE ELECTRIC SAIL, by Paul Gilster on May 8, 2013
  •  Centauri Dreams, TO RIDE THE SOLAR WIND, by Paul Gilster on May 9, 2013

 Credits: Alexandre Szames, IAF/IAC, Finnish Meteorological Institute, Pekka Janhunen

 

27 maggio 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , , , , , , , | 2 commenti

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