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Una (un’altra) missione verso il Sole

23 aprile - 3 maggio 2020

 Nell'ambito de “I giovedí della scienza"   a cura di Italo Alfieri volontario della Banca del Tempo di Corviale e membro dello staff dell'associazione  Astronomiamo

 Il Sole, un’enorme palla di gas che produce energia da 4-5 miliardi di anni e che, trovandosi a metà della sua vita, continuerà a farlo per altrettanto tempo. La storia della fisica ci insegna che i maggiori progressi in termini di studio del calore si siano avuti negli anni a cavallo del XVIII e XIX secolo. Nel ‘700, quando questa disciplina prese il nome di Termodinamica, si ripropose la storica domanda sul come il Sole producesse tanto calore e per così tanto tempo Nell’ipotesi – infatti – che il Sole fosse costituito da un’enorme massa di carbone, che era allora il combustibile più efficiente, e che questo avesse iniziato la sua attività 4.000 anni prima di Cristo, che è la data della Creazione più recente tra le diverse interpretazioni della Bibbia, questo si sarebbe spento al tempo di Augusto. La vera modalità con cui il Sole produce energia si scoprì soltanto negli anni 20 del ‘900: il Sole è una gigantesca centrale nucleare. La nostra stella è distante da noi circa 150 milioni di chilometri e la sua luce, che viaggia alla velocità pazzesca di 300.000 km/s, arriva a noi dopo ben 8 minuti. In pratica il Sole che vediamo è quello che era 8 minuti fa, o, ancora, se il Sole si spegnesse improvvisamente, in questo momento, noi continueremmo a vederlo per altri 8 minuti! Ma veniamo ai nostri giorni e agli studi che ancora sul Sole si fanno. Proprio di recente, il 10 di febbraio 2020, è stata lanciata un’altra sonda per l’esplorazione solare: si chiama Solar Orbiter e nasce per iniziativa e responsabilità dell’ESA (l’ente spaziale europeo) e con forte partecipazione della NASA (l’ente spaziale americano). Un’altra iniziativa che si richiama all’antico sogno di Icaro. Il viaggio appena iniziato prevede che la sonda raggiunga il Sole tra circa 2 anni. Ma il viaggio non è diretto, farà un tragitto che prevede tre volte il sorvolo (fly-by) della Terra, due volte il sorvolo di Venere per poi mettersi in un’orbita molto eccentrica intorno al Sole. Questa orbita passerà a 40 milioni di chilometri dal Sole nel punto più vicino e a 180 milioni di chilometri in quello più lontano con un tempo di rivoluzione di 168 giorni. Passerà cioè da 1/3 della distanza Terra-Sole a oltre la distanza Terra-Sole in meno di tre mesi. Particolare interessante, l’orbita sarà molto inclinata rispetto a quella dei pianeti, per consentire l’osservazione dei poli solari durante i passaggi. Questa inclinazione crescerà ad ogni orbita per raggiungere il valore massimo di 24°, in 7 anni.  La durata complessiva prevista per la missione è di 7 anni ma, se i risultati saranno interessanti, verrà certamente prolungata. Le temperature che questa sonda dovrà sopportare, anche se arriverà alla distanza minima di ben 40 milioni di km, raggiungerà i 500°C sullo scudo termico e ben -180°C nelle parti opposte al Sole. Le tecnologie per affrontare questi stress termici, per dirla con i nostri amici fisici sperimentali, “non si trovano dal ferramenta”.

Ma quali sono gli scopi di questa missione?   I sensori installati sulla sonda raccoglieranno dei dati sia in situ, ossia quei dati relativi alle misure sulla sonda stessa o immediatamente intorno ad essa come il campo magnetico, l’intensità delle radiazioni raccolte, ecc. sia i dati raccolti in remote sensing cioè quelli che hanno origine distante, come le immagini del Sole alle varie lunghezze d’onda ovvero immagini a raggi X, agli infrarossi, agli ultravioletti ecc. Questi dati, trasmessi a terra saranno aggregati a quelli che un’altra sonda della NASA - lanciata nel 2018 e chiamata Parker Solar Probe - sta già raccogliendo.L’elaborazione a terra di tutti i dati raccolti permetterà di elaborare le cosiddette previsioni meteo spaziali (Meteo Space Wheater). Ma a che servono le previsioni del tempo spaziali? Per rispondere a questa domanda dobbiamo fare una serie di premesse. Il Sole, oltre a produrre l’energia che ci sostiene, l’energia che permette la vita, realizza tutta una serie di attività quali brillamenti, eruzioni, espulsioni di plasma (è il 4° stato della materia dopo il solido, liquido e gassoso), espulsione di particelle cariche, ecc. dando vita tra l’altro a una sorta di vento solare.  Questo vento solare, quando è di intensità normale, non ci danneggia perché le particelle di cui è costituito sono deviate dal nostro campo magnetico. Si, proprio Il campo magnetico terrestre, quello che fa funzionare le bussole, riesce in condizioni normali a deviare il vento solare. In condizioni normali, quindi, gli effetti del vento solare al di sotto dell’atmosfera sono quasi irrilevanti, anzi: l’unico effetto veramente spettacolare è quello delle aurore polari (boreali e australi). Ovviamente questo vento solare non è costante e, per fortuna raramente ma come già successo in passato, può raggiungere valori molto elevati fino a diventare una vera e propria tempesta. È appunto questa la cosiddetta tempesta solare. Vogliamo evitare di essere catastrofici, soprattutto in questi tempi in cui di allarmismo non c’è proprio bisogno, ma tempeste solari molto, molto importanti si sono avute già nel 660 a.C. e nel 775 d.C. Questi dati sono desunti dai carotaggi nei ghiacci della calotta polare antartica.Più recentemente una tempesta magnetica di misura molto importante è avvenuta tra l’1 e il 2 settembre 1859 (era iniziata da poco la 2° Guerra di Indipendenza con Garibaldi alleato con Cavour). Questa tempesta – passata alla storia come Evento di Carrington - ha prodotto aurore boreali anche alle nostre latitudini (effetto assolutamente entusiasmante) ma la tempesta solare è stata di tale intensità da indurre nelle linee elettriche degli sbalzi di tensione tali da provocare ingenti danni agli impianti elettrici. Con lo stesso meccanismo, le linee telegrafiche hanno subito degli sbalzi di tensione che hanno addirittura folgorato degli addetti ai telegrafi. La tecnologia presente sul nostro pianeta nel 1859 e che poteva essere interessata dalla tempesta solare non era certamente confrontabile con la tecnologia presente oggi.

Aerei, satelliti per telecomunicazioni, GPS, linee elettriche e telefoniche, per non parlare dei sistemi di automazione e controllo e chissà quante altre risorse, potrebbero subire danni irreparabili con conseguenze veramente disastrose.

Ebbene, le previsioni del tempo spaziale servono anche ad anticipare, per quanto possibile, questi eventi e a consentire, per esempio, di modificare le rotte aeree polari o ad informare tutti gli organismi preposti alla navigazione su possibili disservizi dei sistemi GPS.

Questo è solo uno degli aspetti che hanno grande interesse pratico e immediato. Ma c’è di più: ci sono tanti aspetti astrofisici inerenti allo studio del Sole che sono ancora molto oscuri.

Per esempio, intorno al Sole, e fino a distanze di qualche milione di chilometri, una sorta di gas rarefatto si trova alla temperatura di milioni di gradi mentre sulla superficie del Sole la temperatura è di soli, si fa per dire, 5700 gradi centigradi. Perché temperature così elevate si trovano a distanze enormi dal Sole e temperature molto più basse sono molto più vicine alla nostra stella? Quali sono i meccanismi fisici di questa stranezza, e a cosa sono dovuti? 

Viene in mente un aneddoto del passato: intorno alla fine dell’800 il grande fisico inglese, non ce ne voglia, Lord William Thomson altrimenti noto come Lord Kelvin, alla luce delle ultime sue scoperte in fatto di termodinamica, sosteneva che della fisica si sapeva ormai tutto. Se i risultati di un qualche esperimento si fossero discostati da quelli previsti dalla teoria, questi sarebbe dovuti all’imprecisione degli strumenti di misura.

Cosa avrebbe detto Lord Kelvin se avesse saputo di quanto succede intorno al Sole già da miliardi di anni e continuerà così ancora per altrettanto tempo?

Per approfondire sito ESA dedicato a questa missione .

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