Planet Nine

Ai margini del sistema solare, nella remota fascia di Kuiper,  potrebbe esserci un nuovo pianeta. Forse vi può sembrare la trama di un film di fantascienza, ma non è così.

Il 20 Gennaio 2016, infatti, Konstantin Batygin e Mike Brown, ricercatori del Caltech ( California Institute of Technology), hanno annunciato che potrebbe esistere un nuovo pianeta nel sistema solare.

Ma perché in tutti questi anni non lo abbiamo mai visto? Perché non siamo ancora riusciti a individuarlo coi telescopi?

Magari non stavamo guardando nella giusta direzione, o magari ci e sfuggito?

In realtà,  il pianeta non è stato ancora osservato, ma in base a calcoli e presupponendo la sua esistenza si sono potuti spiegare fenomeni anomali riguardanti alcuni oggetti osservati nella fascia di Kuiper,  una regione del nostro sistema che si estende oltre l’orbita di Nettuno costituita da corpi minori. Le orbite di questi corpi minori, infatti, sembrano influenzate da qualcosa di molto grande e, grazie a modelli matematici e simulazioni al computer, i due ricercatori hanno raccolto evidenze a sostegno dell’esistenza di questo nono pianeta: Planet Nine.

Il nono pianeta del sistema solare dovrebbe avere una massa pari a dieci volte quella della Terra e molto  probabilmente una composizione simile a quella dei pianeti giganti gassosi, associabile quindi a Urano e Nettuno: un misto tra roccia e ghiaccio. Non ci resta che attendere di scovarlo!

Sean Rastelli, Federico Delmonte, Federico Fallini, Edmondo Buffa.

 

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Onde gravitazionali

Anno 1915, accademia prussiana delle scienze: Albert Einstein propone una teoria relativistica della gravitazione, denominata relatività generale, che descrive le proprietà dello spaziotempo a quattro dimensioni (3 spaziali e una temporale) e rivoluziona il concetto di gravità. Infatti, secondo l’equazione di campo, nocciolo teorico della relatività generale, la forza gravitazionale non è altro che la manifestazione della curvatura dello spaziotempo.

Questa teoria prevede anche l’esistenza delle onde gravitazionali, ossia di increspature della curvatura dello spaziotempo che si propagano come onde, ma secondo lo stesso Einstein probabilmente l’uomo non sarebbe mai stato in grado di osservarle per l’impossibilità di sviluppare la tecnologia necessaria.

11 Febbraio 2016: dopo decenni di tentativi operati a partire dagli anni ’60 da innumerevoli team scientifici, il team del rivelatore Advanced LIGO annuncia di aver misurato, il 14 Settembre 2015, onde gravitazionali provocate dalla collisione di due buchi neri avvenuta approssimativamente a 1,3 miliardi di anni luce dalla terra.

Aver rilevato queste onde non rappresenta soltanto una prova della loro esistenza, ma fornisce alla comunità scientifica un modo totalmente nuovo per studiare lo spazio (paragonabile ad un ”nuovo senso”) e la possibilità di esplorare e conoscere i primissimi istanti di vita dell’universo, dandoci accesso ad informazioni che fino ad ora ci erano precluse.

Ma facciamo ora un passo indietro e cerchiamo di capire cosa si intenda con ”curvatura dello spaziotempo”. Per fare questo è necessario immaginare lo spaziotempo come un materasso o una superficie di gomma che viene piegata dalla massa degli oggetti che vi vengono appoggiati, così che maggiore è la massa dell’oggetto maggiore sarà la deformazione che esso causa sulla superficie del materasso. La ragione per cui la Terra gira intorno al Sole è proprio che il Sole ha una massa enorme che provoca una grande distorsione dello spazio che lo circonda. Se un’oggetto passa accanto ad una curvatura di tali dimensioni viene ”catturato” ed inizia a muoversi in cerchio intorno all’oggetto che l’ha creata. Le orbite quindi non funzionano grazie ad una forza che trattiene i pianeti, ma attraverso una distorsione dello spazio.

Secondo la relatività generale la curvatura dello spaziotempo è determinata dalla distribuzione delle masse, mentre il movimento delle masse è determinato dalla curvatura.

Le onde gravitazionali, invece, vengono prodotte ogni volta che le masse accelerano, provocando un cambiamento nella curvatura dello spazio. Al passaggio di un’onda gravitazionale lo spazio tridimensionale si restringe e si dilata ritmicamente.

Questo fenomeno è molto difficile da rilevare, infatti anche gli strumenti di misurazione subiscono la stessa deformazione dello spazio circostante, rendendo la deformazione stessa invisibile, ma c’è uno strumento di misurazione che non subisce alcuna dilatazione: la velocità della luce. Se la distanza tra due punti aumenta, la luce impiegherà più tempo per attraversarla, analogamente ne impiegherà di meno se la distanza si restringe.

È proprio questo lo strumento utilizzato dal rilevatore Advanced LIGO, ma anche da altri rivelatori analoghi, quale ad esempio Virgo (che ha sede in Italia in provincia di Pisa) che, pur avendo avuto un ruolo centrale nell’analisi dei dati rilevati da LIGO, non ha potuto registrare le onde gravitazionali del 14 settembre 2015 perché spento a causa di lavori di miglioramento volti ad aumentarne la precisione.

LIGO è costituito da tunnel lunghi 4km e utilizza dei laser per misurare i cambiamenti nella distanza tra le due estremità dei tunnel. Quando viene attraversato da onde gravitazionali lo spazio viene dilatato in una direzione e ristretto nell’altra: misurando l’interferenza tra i laser che vengono riflessi da un’estremità all’altra, i fisici sono grado di misurare in modo molto preciso se lo spazio tra le estremità ha subito variazioni. La precisione necessaria per rilevare le onde gravitazionali è incredibile, infatti onde originate a centinaia di milioni di anni luce dalla Terra distorcono i tunnel di LIGO di approssimativamente 10−18 m.

Per capire meglio questa distanza immaginiamo di prendere un metro e dividerlo in un milione di parti uguali, così facendo abbiamo ottenuto una suddivisione del metro in micron, una dimensione più piccola di una cellula.

Prendiamo ora un micron e dividiamolo nuovamente in un milione di parti uguali. Con questa operazione abbiamo ottenuto una grandezza inferiore a quella di un atomo e se lo dividiamo dividendo una terza volta in un milione di parti uguali arriviamo finalmente ad ottenere una dimensione simile a quella della deformazione creata dalle onde gravitazionali nei bracci di LIGO. Nessun possibile margine di errore per l’ampio team di scienziati che ha lavorato ai rilevamenti.

Questa scoperta avrà sicuramente enormi ripercussioni sul nostro modo di studiare l’universo, tanto che alcuni scienziati la definiscono una ”rivoluzione”.

La scoperta del 14 settembre 2015 non è però la fine delle ricerche sulle onde gravitazionali, ma solamente l’inizio: sono in fase di progettazione altri rilevatori in India ed in Australia ma non solo. La ricerca sta per spostarsi, infatti, anche nello spazio grazie a LISA, una missione spaziale in fase di progettazione presso l’agenzia spaziale europea (data di partenza prevista: 2034) che potrà rilevare le onde gravitazionali senza gli inevitabili disturbi ambientali presenti sulla Terra.

Si preannuncia l’inizio di un bellissimo viaggio. Noi siamo pronti!

Gloria Cracolici

 

Giardinaggio lunare

Gli uomini potranno mai vivere sulla Luna?
Potremmo trovare la chiave per rispondere a questa domanda in un prossimo futuro, in quanto la NASA, che già da tempo ha avviato una ricerca sugli sviluppi delle piante nello spazio, nel 2015 in collaborazione con l’equipe del Lunar Plant Growth Habitat invierà sulla Luna una serie di contenitori di 1KG dalla forma di barattoli da caffè con all’ interno semi di rape, basilico ed arabetta comune.

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Fonte immagine: http://rt.com/files/news/21/4e/40/00/nasa-2.jpg

Quest’ ultima, ovvero l’Arabidopsis thaliana, per gli “amici” arabetta, è una piccola pianta erbacea annuale o biennale. Essa non ha una particolare importanza in campo agronomico, ma viene spesso utilizzata in campo scientifico per le sue piccole dimensioni e per il ciclo di vita breve, caratteristiche importanti negli spazi e tempi ristretti tipici dei laboratori.

arabidopsis-thaliana6Fonte immagine: http://www.botanicalgarden.ubc.ca/potd/arabidopsis-thaliana6.jpg

Il progresso effettuato dalle piantine verrà monitorato tramite una serie di fotografie scattate ad intervalli regolari che verranno in seguito inviate sulla Terra per essere elaborate.

Ma quali sono gli obiettivi che si cerca di raggiungere?

L’esperimento mira a stabilire se le piante riescono a vivere nell’ambiente Lunare, sottoposto alle radiazioni solari e con una gravità ridotta ad un sesto rispetto a quella quella terrestre. Dall’analisi dei dati ricevuti esaminando il comportamento dei vegetali, sarà possibile scoprire qualcosa di più anche sulle possibilità di vita per l’uomo al di fuori dell’ambiente terrestre. Infatti se riuscissimo a far crescere delle piante in un ambiente finora considerato ostile, anche noi potremmo pensare di stabilirci lì.

Questo non è il primo tentativo di far crescere delle piante a gravità ridotta.

Negli anni ’70, durante la missione spaziale sovietica Salyut, i cosmonauti russi si limitarono a mandare in orbita vere e proprie serre spaziali.
In questo caso, invece, è stata scelta come location del progetto proprio la Luna, che sembra essere un habitat ideale per la raccolta di dati sia per la sua vicinanza che la sua geografia ben conosciuta.

La NASA per risparmiare sul lancio delle missioni future, tra cui questa, ha stipulato un contratto che prevede l’acquisto dei dati di volo spaziale di alcuni robot-sonde che verranno inviati sulla Luna tramite un concorso chiamato Lunar X-Prize Google, aperto solo ai privati. I ricercatori sperano così di trovare nuovi sistemi da impiegare, per esempio nel campo dell’aereodinamica o dei materiali di rivestimento, tagliando così i costi di costruzione e quelli dovuti all’elevatissimo consumo di propellente necessario per lasciare l’atmosfera ed entrare in orbita.

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Dagli esperimenti effettuati in condizioni di microgravità è emerso, però, che spesso le piante si sviluppano con alcune anomalie, come ad esempio le radici che non seguono l’abituale direzione verso il basso, tipica della crescita che avviene sulla Terra. Questo tipo di esperienze potrebbe aiutare a comprendere meglio lo sviluppo delle piante e magari quei germogli porteranno frutti anche per l’uomo.

Silvia Allegri, Alessandro Delmonte, Silvia Mirabile, Riccardo Pezzani, Marco Vincenzi

Amalia Ercoli Finzi, intervista alla “mamma italiana” di Rosetta

“Siate orgogliosi di essere italiani, orgogliosi di essere europei”

E’ stata la prima donna in Italia a laurearsi in ingegneria aeronautica, presso il Politecnico di Milano, ed è una delle principali protagoniste dell’avventura di Rosetta. Suo il progetto del trapano del lander Philae, il gioiello che con i suoi “denti” di diamante e i suoi piccoli forni di raccolta in platino ha il compito di studiare il nucleo della cometa 67/P.

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L’ obiettivo di questo strumento di trivellazione, detto SD2 (Sampler Drill&Distribution) è di scoprire se sulla cometa c’è traccia dei mattoni della vita, gli amminoacidi, e se dunque è da questi corpi celesti, come molti scienziati pensano, che è arrivata la vita sulla Terra.

Progettare e realizzare un trapano che debba operare su una cometa presuppone di riuscire ad immaginare le condizioni esatte che Philae avrebbe trovato una volta atterrato. Quali aspetti sono stati considerati? Com’è stato possibile prevedere queste condizioni?

Progettare questo strumento è stata un’impresa! Doveva cominciare a lavorare più di 10 anni dopo rispetto a quando era partito. È come se uno progettasse un elettrodomestico che incomincia a lavorare vent’anni dopo l’inizio della sua progettazione! Una cosa impensabile, ma soprattutto non avevamo la più pallida idea di quale fosse l’ambiente cometario, non c’erano indicazioni né sulla temperatura né sull’ambiente (per esempio, presenza di eruzioni di gas o altro) ma soprattutto non c’era nessuna indicazione sulla conformazione del terreno, sulla sua durezza, un’informazione cruciale dato che dovevamo penetrarvi. Quindi abbiamo cercato di ricreare le condizioni ambientali che avremmo trovato attraverso varie prove in una camera ghiacciata, partendo da quello che chiamiamo gasbeton, una specie di schiuma di cemento, fino a terreni anche molto più duri e variegati. La difficoltà è stata sostanzialmente, il dover tener conto delle temperature. Abbiamo un trapano che scorre lungo delle guide: l’importante era che queste guide mantenessero il loro allineamento perfetto anche in condizioni di temperature ignote (intorno a -150°) e di suolo ignote. La progettazione è stata un capolavoro di ingegneria tenuto conto anche del fatto che è stata realizzata sotto vincoli strettissimi di dimensioni e peso. Il trapano, i due motori adibiti al suo funzionamento, il meccanismo di raccolta dei campioni e il rivestimento esterno in fibra di carbonio non pesano insieme più di 5 kg . Contenere i pesi è stato tremendo!

Sappiamo che nonostante il grande successo della missione qualcosa è andato storto e Philae non ha funzionato come ci si aspettava. Può spiegarci cosa è successo e quali dati si è riusciti comunque a raccogliere fino a che il Lander è stato in grado di funzionare?

“Un enorme successo è stato, innanzitutto, trovare la cometa, che con le sue dimensioni (circa 4 km di lunghezza) era poco più che un granello di polvere nel sistema solare. Poi, ci siamo messi in orbita attorno alla cometa, siamo cioè riusciti ad avere una velocità assolutamente simile a quella della cometa in modo tale da poter viaggiare con lei verso il Sole. A questo punto abbiamo fatto un avvicinamento alla cometa con una serie di orbite che ci hanno portato sempre più vicino e quando siamo arrivati a circa 10 km dalla cometa abbiamo sganciato Philae e siamo scesi sulla cometa. Questo vuol dire che le operazioni sono state un successo strepitoso, anche se i razzi assist e gli arpioni adibiti ad ancorare il lander al terreno non hanno funzionato correttamente e il modulo, dopo l’impatto col suolo, a causa della gravità praticamente nulla, ha “rimbalzato” per circa 1 km e si è fermato in una specie di caverna dove, per via della scarsa illuminazione, le batterie non hanno potuto ricaricarsi. Comunque, nelle 60 ore di autonomia della batteria primaria abbiamo compiuto tutti gli esperimenti previsti per la F.S.S.(First Science Sequence), ovvero la prima sequenza di attività scientifica. Ora aspettiamo di avvicinarci al Sole, sperando che aumentino temperatura e illuminazione, per proseguire con la raccolta di informazioni.”

Che cosa vi aspettavate 10 anni fa al momento del lancio della missione?

“Come in ogni missione spaziale ci aspettavamo tutto e niente, perché è possibilissimo che qualcosa vada storto e la missione fallisca, è l’incognita della scoperta come in ogni esplorazione. Quello che volevamo e stiamo scoprendo sono le caratteristiche della cometa, come quelle termiche e magnetiche ad esempio, perché visto che la cometa è nata con il sistema solare, 4,6 miliardi di anni fa, ed è rimasta al freddo, ha conservato le sue caratteristiche, che sono anche quelle che avevano la Terra e i pianeti al momento della loro formazione. Noi vogliamo capire com’era il sistema solare all’origine e come è cambiato. Per esempio, si pensa che l’acqua dei mari possa essere stata portata dalle comete. L’acqua del mare contiene un isotopo dell’idrogeno, il deuterio, nella misura di 30 grammi per ogni metro cubo d’acqua. Vogliamo capire qual era la composizione isotopica all’inizio della storia del sistema solare e quindi confrontarla con quella degli oceani terrestri per vedere se è analoga. Vogliamo anche vedere in che misura troviamo presenza di composti organici.

Nei giorni successivi all’intervista è arrivata la risposta che si stava aspettando. Gli spettrometri a bordo della sonda hanno scoperto che la composizione isotopica dell’acqua che forma il ghiaccio della cometa è molto diversa da quella presente sul nostro pianeta, poiché le molecole di acqua hanno una percentuale tripla di deuterio rispetto ai mari della Terra, escludendo così le comete di questo tipo dai possibili traghettatori dell’acqua sul nostro pianeta.

Quali sono state le sue sensazioni al momento dell’atterraggio del lander?

Credo di aver perso qualche anno di vita! Il rischio di non riuscire a trovare la cometa ed atterrare era altissimo, perdersi nel sistema solare non era solo una cosa possibile ma, statisticamente, sarebbe dovuto accadere. Invece, non ci siamo persi! Siamo arrivati! La sera prima eravamo preoccupati perché era venuto fuori che gli assist, che servono ad ancorare il lander a terra, non avrebbero funzionato. Nonostante tutto è stato deciso di dare il go, perché tanto c’erano gli arpioni, anche se poi neanche questi hanno funzionato. Nonostante la preoccupazione e l’angoscia, non ci siamo persi, siamo arrivati sulla cometa. L’emozione è stata grandissima! Inoltre il trapano è stato messo in funzione verso la fine della potenza della batteria. I dati del trapano erano attesi intorno alle 10 e inizialmente sembravano non arrivare, ma poi, improvvisamente, alle 11:13, alla fine della batteria, sono infine arrivati. Questo momento è stato davvero una liberazione, ho pregato a lungo il Padre Eterno di darci una mano. Sono davvero contenta di aver potuto partecipare nella mia vita a una missione di questo tipo!

 

Silvia Barilli, Daniele Boschesi, Lorenzo Cantarelli, Leonardo Guglielmini, Marika Trucci

 

Rosetta: un successo che parla italiano

Dopo dieci anni di viaggio la sonda interplanetaria Rosetta è sbarcata sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Un’impresa mai tentata prima, che ci darà importanti informazioni sulla natura delle comete e ci aiuterà a capire se siamo davvero figli delle stelle. E’ la prima volta che un congegno costruito dall’uomo scende sulla superficie di una cometa. Le immagini e i dati raccolti saranno preziosissimi per capire la struttura e la composizione del nucleo di questi misteriosi corpi del sistema solare. La sonda di Rosetta è composta da due parti, l’orbiter e il lander Philae: il primo orbita intorno alla cometa analizzandolo con vari strumenti, mentre il secondo è un piccolo lander munito di arpioni per fissarsi al suolo e un trapano che ha perforato e, speriamo, perforerà ancora la cometa per analizzarne il nucleo anche alcuni centimetri sotto la superficie. In questo momento Philae non è attivo ma con un po’ di fortuna trasmetterà importanti informazioni mentre prosegue la cometa il suo viaggio verso il Sole.

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Fonte immagine: http://sci.esa.int/rosetta/47366-fact-sheet/

Un importante contributo a questo grande trionfo europeo viene dall’Agenzia Spaziale Italiana, che ha finanziato 4 degli strumenti protagonisti della missione. Tra questi c’è GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator), strumento attraverso il quale possiamo studiare la dinamica delle polveri e della “coda” della cometa, che opera sotto la responsabilità di Alessandra Rotundi, professoressa all’Università Parthenope di Napoli.

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Fonte immagine: http://www.media.inaf.it/2011/12/13/rocce-spazialismarrite/

Abbiamo avuto l’opportunità di parlare con la prof.ssa, che ha risposto con grande passione alle nostre domande e soddisfatto le nostre curiosità.
Come è nata l’idea di Rosetta e per quale motivo si è scelto di intraprendere questa missione?

Si è scelto questo particolare tipo di missione perché studiando le comete si può andare lontano nello spazio e indietro nel tempo. Poiché questi corpi hanno “fotografato” la nascita della nebulosa protosolare essendo sempre rimaste ai margini del Sistema Solare, non si sono evoluti come gli altri pianeti. Come la Stele di Rosetta ci ha permesso di capire i geroglifici egizi, la sonda Rosetta ci aiuterà a decifrare il linguaggio delle comete e, speriamo, ci potrà dire se siamo davvero “figli delle stelle”.

Da dove proviene la cometa Churyumov-Gerasimenko?

La cometa è definita “gioviana” ovvero proviene da una famiglia di comete influenzate dall’attrazione di Giove. Sinceramente, non sappiamo di preciso da dove provenga esattamente, ma sappiamo dove si trova ora e scoprire la sua provenienza è appunto uno dei nostri obiettivi. Altro fattore di studio attuale sulla cometa è la sua formazione: essa, infatti, sembra aver avuto origine da due corpi più piccoli che nel tempo si sono uniti. Vogliamo cercare di capire se e come questi due corpi si sono uniti e da dove provenivano.

Perché è stata scelta proprio questa cometa? Come è stato possibile raggiungerla?

All’inizio del progetto l’obiettivo era un’altra cometa, ma era diverso anche il tipo di missione: il progetto iniziale prevedeva che lo spacecraft ritornasse sulla Terra, ma alla fine si è deciso per un approccio più semplice e una cometa non troppo attiva. Per quanto riguarda il viaggio abbiamo usato, anziché l’energia nucleare come la NASA, energia solare, catturata attraverso gli enormi pannelli dell’orbiter, e le spinte gravitazionali ottenute orbitando attorno vari corpi celesti. Tutto questo è stato possibile attraverso calcoli molto complessi della traiettoria.

La missione Rosetta è partita circa 10 anni fa. Il divario tecnologico tra allora e oggi ha creato problemi?

Il lavoro sugli strumenti utilizzati dalla sonda in realtà è partito ben 20 anni fa e quindi è stata una bella prova tecnologica: i sistemi sono enormemente all’avanguardia se si considera quando sono stati creati e inoltre tutti gli strumenti sono rimasti spenti per due anni, quindi non era detto che avrebbero funzionato. Ad esempio, lo strumento GIADA, ha impiegato poco più tempo del previsto ma alla fine il segnale di accensione ha funzionato correttamente.

Quali rischi ha corso Rosetta durante il viaggio e quali pericoli sta correndo tutt’ora?

I rischi c’erano giorno per giorno ma venivano continuamente tenuti sotto controllo. Abbiamo riscontrato problemi durante l’avvicinamento, un momento critico della missione è stato senz’altro il rilascio del lander Philae che poteva rimbalzare sulla superficie cometaria senza essere catturata dalla sua debole forza di gravità. In effetti, il lander non si è agganciato completamente alla cometa poiché i tre arpioni che avrebbero dovuto ancorarlo alla superficie del nucleo non sono fuoriusciti a causa di un malfunzionamento. Inoltre l’ambiente cometario è instabile e in continuo mutamento e le operazioni dell’obiter devono essere stabilite sempre con grande prudenza, ma al momento la situazione è stabile e va per il meglio.

Quali paesi hanno dato il loro contributo e qual è stato il ruolo dell’Italia?

I paesi che hanno contribuito maggiormente sono la Germania, l’Italia, la Francia, l’Inghilterra e la Spagna. L’Italia ha dato il suo maggior contributo nella creazione dei macchinari presenti a bordo del lander, tra i quali ricordiamo il driller SD-2, e nella realizzazione di due degli undici strumenti a bordo dell’orbiter, GIADA e VIRTIS e nella parziale produzione della camera di Rosetta, OSIRIS. Inoltre ricordiamo la presenza di numerosi scienziati e importanti membri dello staff italiano. Anche la NASA ha offerto il suo aiuto, ma l’apporto americano alla missione è stato davvero minimo.

Tutto considerato possiamo affermare che la missione Rosetta è stata un successo?

La missione non è ancora conclusa ma possiamo già definirla un successo: gli strumenti usati, sebbene progettati più di 20 anni fa, sono un grosso passo avanti in campo tecnologico, le informazioni ottenute saranno utilissime alla ricerca sull’origine del Sistema Solare e della vita sulla Terra. Inoltre questa missione ha aperto molte porte per l’Italia per quanto riguarda future missioni spaziali, poiché è stato richiesto il suo contributo ad altri importanti progetti, europei e non.

 

Silvia Barilli, Daniele Boschesi, Lorenzo Cantarelli, Leonardo Guglielmini, Marika Trucci