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"Il cielo stellato sopra di me, la legge morale dentro di me'' I. Kant

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METANO, PARADOSSI E ESOPIANETI: UN MODELLO PER SPIEGARE L’ORIGINE DELLA VITA

Lontano, lontano nel tempo e nello spazio un pianeta extrasolare sta orbitando intorno alla sua stella madre, forse più fredda del Sole, ma se vi aspettate un clima freddo e desolato sul pianeta probabilmente non conoscete il paradosso del Sole giovane debole e le sue implicazioni, che sono state studiate da un articolo pubblicato su Nature Geoscience da un gruppo di scienziati del Georgia Institute of Technology.

 

Il modello combina molteplici processi microbici con attività vulcaniche, oceaniche atmosferiche: tutto questo ci mostra uno dei modelli più completi e complessi sull’evoluzione di un pianeta.

Il Sole da giovane, secondo il modello, avrebbe prodotto un quarto in meno di luce e calore, ma la Terra è rimasta comunque temperata grazie all’azione del metano.

Noi abbiamo parlato con Ozaki Kazumi della School of Earth and Atmospheric Sciences del Georgia Institute of Technology, che ci ha spiegato la funzione del metano: “il CH4 è un forte gas serra. È creato come sottoprodotto metabolico dai metanogeni negli ambienti anossici. In questo studio abbiamo identificato un nuovo meccanismo, che amplifica il ciclo biogenico di CH4 nelle condizioni dell’archeano (secondo eone del tempo geologico nel precambriano). Nello specifico, molteplici forme di organismi fotosintetici che lavorano insieme nello stesso ecosistema amplificano l’effetto della biosfera sulla chimica atmosferica e sul clima. Il ciclo accelerato del metano aiuta a spiegare il “paradosso”. I nostri risultati indicano quindi che l’evoluzione di diverse forme di vita fotosintetica sono state un fattore critico nel mantenere la giovane Terra abitabile”.

La Terra ha ecosistemi principalmente guidati da fotosintesi: la ricerca mostra come pianeti simili al nostro potrebbero in un certo senso pullulare di vita non rispondendo al meccanismo di fotosintesi principale della nostra biosfera.

“La biosfera anossica arcaiana potrebbe essere un analogo estremamente utile per capire le biosfere primitive di altri pianeti simili alla Terra- il professore ha precisato come questo è – un collegamento che non è stato ancora esplicitato”.

I risultati implicano anche una serie intrigante di domande sul clima, ad oggi inesplorate, che aprono prospettive completamente nuove per il lavoro futuro, volto a comprendere meglio l’evoluzione del sistema climatico precoce della Terra e l’evoluzione del pianeta abitabile in senso più ampio.

Per capire al meglio il paradosso al centro di questa ricerca abbiamo chiesto a Kazumi il ruolo di questa ipotesi sul loro lavoro: “Durante l’eone archeano il Sole era più debole di un 20-25%: se presumiamo che l’effetto serra della Terra e l’albedo fossero simili al valore di oggi, la temperatura superficiale media dovrebbe essere stata inferiore al punto di congelamento dell’acqua”.

Il paradosso messo in luce da Carl Sagan e George Mullen nel 1972 e la sua risoluzione ha importanti implicazioni per capire l’evoluzione climatica della Terra (e pianeti simili). Finora sono stati proposti diversi processi per risolvere il FYSP e le soluzioni più comuni, come ha spiegato lo scienziato: “invocano alte concentrazioni di gas serra (ad es. CO2, CH4, NH3, C2H6, N2O, COS). L’abbondanza di questi gas nell’atmosfera è controllata anche da una serie di processi, che includono reazioni fotochimiche, processi metabolici e processi geologici: non è chiaro se questi gas siano stati presenti in abbondanza in modo da risolvere il paradosso”.

Tre miliardi di anni fa la fotosintesi che studiamo e osserviamo oggi potrebbe essere stata molto diversa, inoltre la situazione vulcanica e geologica del pianeta può aver contribuito a tenere al caldo la superficie della Terra, lontana dall’ancora freddo e poco luminoso sole.

E in un bel giorno, caldo e umido, lontano nel tempo, la vita.

 

Gianluigi Marsibilio

Crediti: Eso

ROSS 128b, IL FUTURO VICINO DELLA TERRA SOTTO GLI OCCHI DI HARPS

Scoprire un esopianeta in una zona abitabile di una stella che tra 80.000 anni sarà la nostra vicina più prossima? Fatto.
Noi esseri umani, inutile negarlo, siamo a caccia di un esopianeta simile alla nostra terra in grado di ospitare la vita dove sarà possibile ”trasferirsi” in un futuro non molto remoto. 
Nella nuova ricerca basata sullo studio dei ricercatori del team che controlla HARPS, che da anni si concentra sulle nane rosse (tra le stelle più deboli e comuni e interessanti nell’universo), ha dato un nuovo impulso a questa caccia che si fa sempre più interessante e ci fa attendere con impazienza i prossimi strumenti di terra e spaziali che inizieranno le loro osservazioni nella prossima decade.
L’articolo con tutte le analisi e le caratteristiche, fino ad oggi conosciute del pianeta, è stato pubblicato in Astronomy and Astrophysics con il titolo: “A temperate exo-Earth around a quiet M dwarf at 3.4 parsecs”.

 

Harps è un sistema ad alta precisione dell’ osservatorio di La Silla, in Cile, che ha scoperto nell’orbita della stella Ross 128 un pianeta di massa estremamente contenuta che compie un giro intorno alla sua stella madre ogni 9,9 giorni.

Nel comunicato dell’ESO che ha annunciato la scoperta del pianeta, distante circa 11 anni luce dalla Terra, viene spiegato come questa scoperta si basa su un lavoro decennale di monitoraggio intensivo che ha coniugato tutte le scoperte fatte in questo campo con varie tecniche d’avanguardia.

Per essere chiari si deve specificare che ci troviamo dinanzi ad un gruppo di ricercatori che si può dire sia uno dei più grande team di cacciatori di esopianeti.

 

La rilevazione, alcuni mesi fa, del pianeta intorno a Proxima Centauri, anch’essa una nana rossa, fu una grande novità, tuttavia Proxima, attualmente la stella più vicina al nostro sole, è soggetta a brillamenti occasionali che rischiano di contaminare i pianeti attraverso le radiazioni ultraviolette, queste scariche radioattive sono sostanzialmente mortali per ogni forma di vita.

 Ross 128 sembra una stella molto più tranquilla, rispetto a Proxima, e i suoi pianeti potrebbero avere realmente la capacità di sviluppare vita.

Altro dato estremamente curioso lo scopriamo analizzando l’andamento che sta avendo questa stella nella volta celeste, dai dati infatti sappiamo che Ross si sta muovendo verso di noi e entro 79000 anni sarà il nostro prossimo vicino stellare. 

Insomma ci troveremo Ross 128b dietro la nostra porta cosmica.

Ross 128 b, nome dato al pianeta, è pronto quindi per affrontare questa odissea cosmica che lo porterà a diventare l’esopianeta più vicino alla Terra.

Come specificato dall’ESO: “La temperatura di equilibrio di Ross 128 b è stimata tra i -60 e 20 ° C, tutto questo grazie alla natura fredda e debole della piccola stella che ospita il pianeta; la nana rossa ha poco più della metà della temperatura superficiale del Sole”‘.

Ross 128b sarà sicuramente uno dei pianeti di cui sarà svelata l’atmosfera tramite le future analisi dell’Extremely Large Telescope, c’è da specificare che questa operazione affascinante sarà possibile per pochi pianeti che sono abbastanza vicini alla loro stella madre.

Lee Billings nel suo libro Five Billion Years of Solitude parla della Terra in termini molto chiari:“La vita su questo pianeta ha una data di scadenza”, aggiungendo, “anche perché un giorno il Sole cesserà di brillare”.

Finalmente il team di HARPS e non solo, sono nel bel mezzo della caccia ad una Terra 2.0 e noi stiamo vivendo quest’epoca d’oro della corsa allo studio degli esopianeti consapevoli che la prossima generazione di telescopi può rappresentare la definitiva rivoluzione nel nostro studio del cosmo.

Gianluigi Marsibilio

Crediti: ESO/M.Kornmesser

ICESAT-2, I NUMERI DIETRO UNA MISSIONE STRAORDINARIA

Eccovi una bellissima serie di video che spiega in maniera completa e semplice il lavoro di Icesat-2, satellite costruito dagli scienziati del NASA Goddard Space Flight Center venite a scoprire cosa c’è dietro il suo contributo fondamentale per raccogliere importanti dati sul nostro pianeta.

ICESat-2 è un laser spaziale estremamente preciso che mette in mostra la più recente tecnologia NASA per misurare la profondità del ghiaccio, gli ingegneri devono portare ICESat-2 ai suoi limiti estremi per avere delle misure, su grandi e microscopiche superfici, sempre estremamente precise.

Scoprite i numeri dietro questa straordinaria missione.

 

 

 

Crediti: NASA’s Goddard Space Flight Center

COELUM ASTRONOMIA, AL CENTRO DEL NUOVO NUMERO L’ASTRONOMIA GRAVITAZIONALE E LE SUE IMPLICAZIONI

Viviamo sicuramente in tempi molto interessanti. Densi di possibilità offerte dalla scienza e dalla tecnologia, di nuove scoperte e “nuove ere” che si sussegono l’una dietro l’altra. E in questo numero non potevamo che rincorrerle una dopo l’altra.

Il primo riferimento vi potrà apparire scontato: il 16 ottobre scorso, una data destinata a finire nei libri di storia dell’astronomia: la prima osservazione della controparte visibile di una sorgente di onde gravitazionali. Il tutto a seguito della quinta rivelazione, avvenuta lo scorso 17 agosto da parte degli interferometri LIGO-Virgo, della contemporanea rilevazione di un lampo gamma e della massiccia conseguente campagna osservativa che ha impegnato decine e decine di Osservatori terrestri e spaziali, Hubble compreso! L’inizio ufficiale ed effettivo di una nuova Astronomia, quella “multi-messaggero”. Facendo un passo indietro, non possiamo che tornare a quando venne annunciata la prima rivelazione di onde gravitazionali: 11 febbraio 2016 e già all’epoca si parlò di un nuovo inizio. E così è stato, ed ha anche portato all’assegnazione del Nobel per la Fisica 2017 ai fisici del gruppo LIGO.

Ancora un passo indietro… se la scoperta di nuovi ed esotici fenomeni ci conferma che l’Universo è un luogo interessante, sicuramente il suo fascino aumenta ancor più se si considera che l’Universo stesso è mutevole, in espansione, e noi, che vi siamo all’interno, subiamo inconsapevolmente queste trasformazioni. Ed è proprio ciò che, nel 1929, ha intuito un astronomo chiamato Edwin Hubble, teorizzando per primo (oppure no?) l’espansione del Cosmo. Alberto Cappi, Astronomo presso l’Osservatorio di Bologna, ci racconta la lunga ricerca sulla misura della (forse non così) Costante di Hubble. E restando in tema, con Rodolfo Calanca andremo a scoprire la figura di Georges Lemaître e del perché la Costante di Hubble dovrebbe chiamarsi “di Hubble-Lemaître”…

E infine torniamo ai giorni nostri, “sull’uscio di casa” e parliamo della Missione VITA, in cui è impegnato il nostro connazionale Paolo Nespoli: quali esperimenti sta conducendo a bordo della Stazione Spaziale? E quali importanti ricadute avranno queste ricerche sulla nostra vita quotidiana?

Infine, per tutti gli amanti dell’astrofotografia, una davvero interessante intervista esclusiva, condotta da Pierluigi Giacobazzi, all’astrofotografo di fama mondiale Damian Peach.

Come sempre, non è tutto qui e vi lasciamo scoprire il resto.

Buona lettura!

Articoli in Copertina Coelum Astronomia n. 216 di novembre 2017

(Per il sommario completo: http://www.coelum.com/coelum/archivio/indici/coelum-n-216-2017)

  • Inizia l’era dell’ASTRONOMIA MULTIMESSAGGERO.
  • Dalle Onde gravitazionali alle kilonovae, passando per lampi gamma e astronomia osservativa. Ma cosa si intende con questo termine e perché questa scoperta è così importante?
  • Premio Nobel per la Fisica alla rivelazione delle onde gravitazionali. Il primo passo per una nuova era.
  • La Costante di Hubble. E’ davvero “così” costante? Il problema della misura, la storia e l’evoluzione dei metodi per ottenerla.
  • STORIA. Espansione dell’Universo: la Legge di Hubble o di Hubble-Lemaitre?
  • Missione VITA. Cosa combina Paolo Nespoli a bordo della ISS?
  • Un giorno con Damian Peach. Intervista in esclusiva con il popolare astrofotografo inglese.
  • Uno scatto al mese. Fotografiamo Orione, il mitico cacciatore dei cieli.
  • PHOTOCOELUM Le vostre migliori immagini del mese!
  • Tutti gli appuntamenti con il cielo di Novembre!
  • ISS da non perdere! Mai come questo mese tanti passaggi luminosi e visibili da tutta Italia.

Coelum Astronomia è gratuito per la lettura digitale su PC, tablet e smartphone ed è disponibile anche per il download in PDF. Leggilo online gratis: https://goo.gl/P3iVp2

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LO STATO DI SALUTE DEI BAMBINI NEL MONDO. A CHE PUNTO SIAMO?

Il numero di bambini che muore prima dei cinque anni è sceso drasticamente rispetto ai 9,9 milioni del 2000. Le cifre raccolte nell’indagine dell’OMS mostrano come si è scesi di oltre 4 milioni di casi di morte prematura. Le percentuali di decessi, nel caso dei neonati, rimangono comunque pericolosamente in aumento da un 41% ad un 46% nell’arco di quasi un ventennio.

Il rapporto della World Health Organization stima che ogni giorno 15000 bambini muoiano prima del loro quinto compleanno e il 46% di loro, quindi circa 7000 bambini, muore nei primi 28 giorni di vita.

I principali killer per i neonati, e non solo, sono complicazioni alla nascita, polmonite, eventi correlati al parto, diarrea, sepsi e malaria.

Le zone in cui è possibile trovare più casi del genere sono i paesi in via di sviluppo dove c’è scarso accesso e considerazione a cure sanitarie di base. L’esempio dell’Africa sub-sahariana è emblematico: nell’arco dei primi 5 anni della vita, le possibilità di morire sono 15 volte maggiori rispetto a quelle paesi ad alto reddito.

I progressi dal 1990 sono comunque enormi: il tasso è sceso del 56%, grazie anche alla World Health Organization e le sue politiche. L’ultima idea è stata quella di stabilire, entro il 2030, il raggiungimento di un obiettivo di sviluppo sostenibile che prevede una riduzione delle morti che va dai 5 ai 10 milioni di bambini tra il 2017 e il 2030.

Per l’Organizzazione Mondiale della Sanità dopo la nascita c’è bisogno di 4 accortezze essenziali per la buona salute del bambino: assicurarsi che il bambino respiri correttamente, avviare il neonato ad un allattamento al seno, mantenere il bambino sempre al caldo e lavare le mani prima di toccare il bambino.
Questi quattro piccoli accorgimenti potrebbero risultare fondamentali per garantire delle prime cure di qualità ad un neonato, basta pensare che ad oggi oltre il 50% delle morti sotto i 5 anni di età sono causate da malattie o complicazioni che nelle società ad alto reddito sono facilmente curabili e prevenibili.

Prendiamo la polmonite che può avere dei fattori di rischio come un basso peso alla nascita, la malnutrizione e le condizioni di sovraffollamento generale di alcuni paesi, in Occidente abbiamo da anni ormai dei trattamenti e dei vaccini che riducono notevolmente il rischio collegato a questa malattia.

L’ALTRA PARTE DEL MONDO COME REAGISCE ALLA MORTALITÀ INFANTILE?

Se per una parte del mondo c’è un problema visibile di malnutrizione, in altre aree c’è ormai il problema del sovrappeso, quasi 42 Milioni di bambini sono infatti colpiti da obesità o da un generale sovrappeso.
Risolvere problemi di alimentazione e di cure di base è fondamentale per alcuni ricercatori, la Michigan State University ha sollecitato, in un nuovo documento, un’idea che potrebbe portare ad una scansione delle impronte digitali nei bambini, in modo da portare i medici e le organizzazioni sanitarie a identificare correttamente i bambini e avere dei profili sempre aggiornati in modo da mettere a disposizione dei piccoli delle cure affidabili come vaccinazioni salvavita o integratori alimentari.

Applicare questo nei paesi in via di sviluppo, e non solo, è fondamentale. Ogni giorno 353.000 bambini nascono in tutto il  mondo e con la creazione di un database internazionale si potrebbe non solo avere una storia medica dettagliata di ogni bambino ma si potrebbe anche creare sistemi di identificazione nazionali o internazionali, monitorare situazioni dove c’è molta malnutrizione o estremo sovrappeso, nei paesi meno sviluppati il 14% dei bambini soffre di malnutrizione, senza dimenticare che una volta creato un profilo medico questo potrà accompagnare per tutta la vita i bambini aiutando particolarmente quelli che si trovano in situazioni di crisi, come rifugiati e immigrati.

Anche nelle società occidentali I bambini sono vittime molto spesso di sistemi non equi: uno studio pubblicato su Cancer ha evidenziato come i bambini senza alcuna assicurazione, negli USA, hanno un rischio del 26% più elevato di morire di cancro rispetto a quelli assicurati privatamente al momento della diagnosi.

La situazione è quindi come vediamo preoccupante a livello globale, ma bisogna necessariamente partire dai paesi in via di sviluppo dove ci sono ancora molti casi di parti in casa, con un 13% delle donne che riceve delle cure postnatali nelle prime 24 ore.

C’è dunque bisogno di un vero programma di assistenza a domicilio che vada a promuovere e sostenere l’allattamento al seno, individuare neonati che hanno bisogno di cure aggiuntive e che mostrano gravi problemi di salute, per non parlare dell’aiuto fondamentale a madri affette da HIV con sessioni di consulenza in grado di proporre trattamenti anti-retrovirali.

La strada per rendere più sicura la vita dei bambini è ancora molto lunga, Abbiamo anche visto come la situazione è generalmente migliorata e alcune innovazioni potrebbero facilitare e anzi accelerare il processo verso il 2030 con l’obiettivo della World Health Organization pienamente raggiunto.

Gianluigi Marsibilio

Fonti: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs178/en/, http://www.who.int/mediacentre/infographic/new-born/en/,

https://data.unicef.org/resources/

A SPASSO TRA LE KILONOVAE CON ALESSANDRA CORSI

La rilevazione della Kilonova ha messo in moto tantissimi ricercatori, studiosi, dottorandi e studenti in tutto il mondo, tra questi c’è una massiccia quantità di giovani scienziate e scienziati italiani, tra loro c’è Alessandra Corsi, co-autrice dell’articolo uscito sul The Astrophysical Journal proprio sull’incredibile fenomeno registrato.

La professoressa lavora come docente presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Texas Tech University. Le sue ricerche si concentrano sull’astrofisica e in particolare sulla fisica delle onde gravitazionali. È membro della LIGO Scientific Collaboration e della collaborazionesquadra di GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen). Nel 2015 ha ricevuto un prestigioso premio NSF “CAREER ” per i suoi studi sulle onde gravitazionali. Noi abbiamo fatto alcune domande per addentrarci ancora di più in questa che si candida ad essere la scoperta scientifica del 2017.

Come è stato possibile coordinare tutti i team di lavoro per osservare un evento del genere?

LIGO e Virgo si erano preparati attentamente per questo evento. Alla fine del 2013, le due collaborazioni avevano di LIGO e Virgo hanno emesso un invito formale per gli astronomi professionisti a firmare accordi per i follow-up delle onde gravitazionali a partire dal 2015, quando i rivelatori avanzati sarebbero stati messi in linea per la loro prima corsa scientifica.

Questo ci ha permesso di disporre di un sistema tramite il qualein cui gli astronomi partner potessero comunicare tra loro e scambiare le loro scoperte in tempo reale emettendo quelleo che chiamiamo “circolari interne LIGO / Virgo”  interni (messaggi facilmente inviabiliti tramite e-mail).

Da cosa deriva l’incredibile potenza rilasciata da queste stelle di neutroni, sotto forma di onde gravitazionali?Quali sono le particolarità di queste stelle?

L’accelerazione di oggetti massicci produce onde gravitazionali. Queste onde sono molto deboli, quindi qui sulla Terra non possiamo generare onde gravitazionaliquelli rilevabili. L’Universo, però, è pieno di oggetti incredibilmente massicci che subiscono accelerazioni rapide. Un paio di stelle di neutroni che si orbitano l’una intorno all’altrao rappresenta un esempio di un sistema che emette efficientemente onde gravitazionali. Le stelle di neutronineutrone sono degli oggetti molto densi nel cimitero stellare. Immagina una massa paragonabile a quella del nostro Sole, impacchettata in una regione di spazio di soli confezionata nella regione a 20 km di distanza: queste stelle ormai “defunte” sono di fatto gli oggettile celesti più densie tra gli oggetti tra quelli cheche chiamiamo chiamiamo “stelle”.

Come le precedenti teorie vi hanno aiutato a scoprire questa Kilonova, quali sono le discrepanze tra le osservazioni e le precedenti teorie?

La teoria precedente ci ha dettoprevedeva che, dopo la collisione tra le due stelle di neutroni, un’emissione diuna “kilonova” da ottico a infrarossi si sarebbe attivata sotto forma di radiazione ottica e infrarossadopo la . Questa emissione sarebbe fusione e poi rapidamente sarebbe scomparsa nel giro di pochi giorni. La teoria ha permesso agli astronomi di organizzarsi e di avere una serie di diversi telescopi pronti a osservare l’area del cielo dove è stato a rivelato il segnale d’onda gravitazionale. Tuttavia, in questi modelli c’erano molte incertezze, e solo ora che abbiamo dati possiamo iniziare a mettere in evidenza la fisica dietro questi modelli. Abbiamo anche rilevato alcune altre cose inaspettate: un flash associato di raggi gamma associato all’evento gravitazionale, molto meno energico di quanto ci aspettassimo; un lampo di luce UV che svanisce rapidamente nel primo giorno dalla fusione;  un riavvio dell’un’emissione ritardata di raggi X (in raggi X (9 giorni dopo la fusionefusione) e nel ) eradio ( della radio (16 giorni dopo la fusione). Tutte queste osservazioni hanno prodotto diverse decine di articoli pubblicati in giornali prestigiosidecine di ricerche. I raggi gamma deboli e il ritardo nell’attivazione dei raggi X  e nel radio, in particolare, suggeriscono che, oltre al materiale ricco di neutroni che alimenta la kilonova, è stato lanciato anche un jet veloce nel mezzo interstellare burst.

 

Dopo la fusione delle due stelle come è stata cambiata la chimica nell’ambiente circostante?

Crediamo che, dopo la collisione delle due stellesmashup, il sito dove è avvenuta lai fusione si sia è arricchito con gli elementi più pesanti della tavola periodica, come l’oro e il platino. Pensiamo che le collisioni binarie di stelle di neutronineutroniche contribuiscano sostanzialmente all’abbondanza di tali elementi nel nostro sistema solare. Quanto esattamente contribuiscaono, però, diventerà più chiari, mentrepiù chiaro quando saremo in grado di rivelare rileviamo altri sistemi del genere con LIGO e Virgo, e con  i vari telescopi che da un angolo all’altro del mondo partecipano a questa avventurain tutto il mondo!

Gianluigi Marsibilio

IL GRAFENE A ZERO G, IL FUTURO SPAZIALE DELL’INNOVATIVO MATERIALE

Portare il grafene nello spazio. Questo è l’obiettivo di una delle più grandi e innovative iniziative che unisce il CNR e l’Agenzia Spaziale Europea.

La collaborazione ha dato vita al progetto Flagship Graphene ea novembre partirà il grande esperimento che testerà il grafene in condizioni di assenza di gravità a bordo di un volo parabolico.
Noi abbiamo parlato con la comunità dei ricercatori dell’esperimento e delle sue implicazioni, a rispondere alle nostre domande sono stati Vincenzo Palermo, vicedirettore del progetto  e Maddalena Scandola, responsabile della comunicazione del CNR.

Come è strutturato esattamente l’esperimento Zero Gravity Graphene?

Il programma ZeroGravity Graphene si compone di due ambiziosi esperimenti, promossi dalla iniziativa europea Graphene Flagship in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), per valutare le prestazioni del grafene in condizioni di gravità zero. L’Italia, con il Cnr, ha un ruolo di primo piano in uno degli esperimenti in programma.

Entrambi gli esperimenti si svolgeranno tra il 6 e il 17 novembre 2017, e testeranno il grafene in condizioni di micro-gravità per valutare il suo potenziale nelle applicazioni spaziali, in particolare per la propulsione con la luce (vele solari) e per la gestione termica di satelliti.

L’esperimento ‘Solar sails’ (Vele solari) testerà il grafene come materiale per realizzare vele solari, un ambizioso metodo di propulsione delle navicelle spaziali che sfrutta la luce dal sole o dai laser a terra. Quando la luce è riflessa o assorbita da una superficie, esercita una forza che spinge la superficie lontano dalla sorgente luminosa: questa pressione di radiazione può essere sfruttata per spingere oggetti nello spazio senza utilizzare combustibili. Poichè la spinta della pressione di radiazione è molto bassa, per avere una propulsione efficace la “vela” deve avere una grande superficie e essere il più leggera possibile. Il grafene è molto leggero e al contempo resistente e potrebbe essere un buon candidato per le vele solari. Il team di ‘Solar sails’ studierà come il graphene possa funzionare come una vela solare in un esperimento che simula le condizioni di gravità e vuoto di spazio.

L’esperimento ‘Satellite Heat Pipes’ testerà il grafene a bordo di un volo parabolico che simula le condizioni di assenza di gravità per verificare il suo impiego nei dispositivi termici impiegati nei satelliti. La gestione termica è molto importante nei satelliti, poiché la mancanza di aria richiede soluzioni tecnologiche specifiche per disperdere il calore verso lo spazio profondo. La differenza di temperatura tra due lati di un satellite, quello rivolto verso il sole e quello al buio può arrivare fino a 200 gradi. Gli scambiatori di calore (Heat Pipes) trasferiscono il calore dalle parti calde a quelle fredde, e disperdono quello in eccesso verso lo spazio.

Frutto di una collaborazione tra l’italiana Leonardo Spa, leader mondiale nel settore aerospaziale, due istituti del CNR, l’Istituto per la Sintesi Organica e Fotoreattività (ISOF) e l’Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi di Bologna (IMM-Bo), l’Università libera di Bruxelles e l’Università di Cambridge, l’esperimento indagherà come i rivestimenti a base di grafene possono migliorare l’efficienza negli scambiatori di calore, noti come loop heat pipes, fondamentali sistemi di raffreddamento usati nei satelliti e negli strumenti aerospaziali.

Il team si riunirà a Bordeaux, in Francia, tra il 6 e il 17 novembre 2017 per testare gli scambiatori di calore contenti grafene in condizioni di microgravità in un volo parabolico, gestito dall’Agenzia spaziale europea (ESA) e da Novespace (Francia).

Il team di ricercatori dell’esperimento ‘Satellite Heat Pipes’ intende sfruttare le proprietà termiche e fisiche del grafene per migliorare l’efficienza degli scambiatori di calore.

Questi infatti raffreddano i dispositivi a bordo grazie all’evaporazione di un liquido che si trova all’interno di una struttura di materiale poroso, solitamente di metallo. Sostituendo il materiale metallico con un composito a base di grafene e metallo, i ricercatori mirano a migliorare il trasferimento di calore tra le unità elettroniche e il fluido che lo attraversa.

Cos’è la tecnica del volo parabolico usata per portare il valore della gravità vicino allo zero?

Il volo parabolico è il metodo utilizzato per portare il valore della gravità vicino allo zero senza andare in orbita: mentre l’aereo segue una traiettoria parabolica si può arrivare ad avere fino a 25 secondi di assenza di peso. Ogni volo, che avrà la durata di 3 ore, comporterà circa 30 archi parabolici. Oltre all’assenza di gravità, a bordo si sperimenta anche fino al doppio della forza gravitazionale terrestre quando l’aereo si prepara alla parabola successiva, come su un gigantesco ottovolante.

Alle successive domande ha risposto per noi Vincenzo Palermo

Vincenzo Palermo è il responsabile del Laboratorio di Nanochimica dell’istituto ISOF-CNR di Bologna e vice direttore del progetto europeo Graphene Flagship, la più grande iniziativa di ricerca europea sul grafene.

Perché è importante studiare il grafene a gravità zero?


Lo scopo del nostro esperimento è studiare il comportamento di un liquido, e la sua evaporazione, all’interno di un materiale poroso ricoperto di grafene. Questi esperimenti rientrano nel settore generale della micro-fluidica, cioé lo studio del comportamento dei liquidi.
In un laboratorio è possibile modificare molti parametri come temperatura, umidità, presenza di campi elettrici o magnetici; è però impossibile modificare la forza di gravità che agisce su questi fluidi; per questo, bisogna usare i voli parabolici in cui, per pochi secondi, la drammatica discesa di quota dell’aereo permette di diminuire o annullare la forza di gravità; l’effetto è simile alla di perdita di peso che sentiamo in un ascensore che scende velocemente.

Quali applicazioni potrebbe avere un materiale del genere nella ricerca spaziale?

Depositiamo il grafene all’interno di un blocco di metallo poroso. Questo materiale è il cuore di un dispositivo chiamato “heath loop pipe” un tipo molto particolare di radiatore, capace di dissipare calore grazie all’evaporazione e al ricircolo di un liquido.
Le heath loop pipes sono molto utili sui satelliti in orbita, per raffreddare ad esempio dispositivi elettronici, perché funzionano senza bisogno di pompe o di energia esterna.
Quando un satellite è nello spazio, l’assenza di aria rende difficile dissipare il calore nello spazio. Quando un lato del satellite è esposto al sole, la differenza di temperatura tra lato al sole e lato in ombra può superare i 200 gradi, danneggiando seriamente i componenti elettronici.

Quali sono le proprietà termiche del grafene in grado di migliorare il trasferimento di calore e l’efficienza dei dispositivi?

Il grafene è composto da atomi di carbonio legati assieme per formare un reticolo esagonale. Ogni atomo del reticolo è connesso ad altri tre da legami chimici molto robusti e stabili, e l’intera struttura trasmette molto bene le minuscole vibrazioni atomiche che noi percepiamo, su scala macroscopica, come calore. Grazie a questa sua struttura cristallina il grafene ha un’ottima conducibilità termica, sino a dieci volte meglio di quella, ad esempio, del rame. A differenza di altri materiali, i foglietti di grafene possono essere estratti dalla grafite, dispersi in una soluzione e depositati su qualsiasi substrato, come ad esempio il metallo poroso che noi testeremo durante i voli.

Gianluigi Marsibilio

ALLA SCOPERTA DELLA CHIMICA DI TITANO

In questo bellissimo talk dell’American Chemical Society si parla della fine della missione Cassini con una particolare attenzione alle novità che la sonda ci ha svelato su Titano, una delle lune più interessanti del pianeta e dell’intero sistema solare.

Su youtube, aprendo il link, potete trovare altri video estremamente interessanti dell’American Chemical Society, che spesso postiamo anche noi qui sul nostro sito.

TERRA CHIAMA MARTE, IL FUTURO DEL PIANETA ROSSO SPIEGATO DA FRANCESCA ALTIERI

Nella settimana che precede l’inizio del nostro festival Le Stelle dal Borgo vogliamo farvi conoscere meglio una delle protagoniste dei nostri incontri. Francesca Altieri, dell’Istituto di Astrofisica e Planetologia di Roma, il 12 agosto a Guardiagrele (Ch) ci racconterà le novità e il futuro del pianeta rosso, nella nostra chiacchierata potete trovare un assaggio di quello che sarà il tema dell’incontro.

-Il tema del nostro incontro sarà il futuro dell’esplorazione spaziale sul pianeta rosso. La parola futuro come si coniuga con Marte?

Il futuro dell’esplorazione spaziale di Marte è ricco di eventi. Ci sono infatti già delle date importanti da segnare. A metà del 2018 un orbiter ESA inizierà la sua fase operativa per studiare la composizione dell’atmosfera, e ci sarà il lancio di un lander della NASA che ha l’obiettivo di capire se Marte è ancora geologicamente attivo; nel 2020 ci saranno invece i lanci di due rover, uno ESA ed uno NASA.

-Le date su un possibile sbarco di astronauti, cambiano anno dopo anno,
quali saranno le tappe da raggiungere prima di vedere un uomo su Marte?

Prima di tutto dalle missioni future abbiamo bisogno di capire meglio se e quando Marte abbia ospitato forme di vita. Ora sappiamo con certezza che Marte in passato aveva un ambiante favorevole allo sviluppo della vita, per come la conosciamo noi sulla Terra. Dobbiamo pero’ avere ulteriori evidenze che giustifichino in maniera definitiva una missione umana. Ciò non toglie che le agenzie spaziali di tutto il mondo (e non solo!) stiano comunque pianificando delle possibili missioni umane verso il pianeta Rosso. Comunque cio’ che davvero manca attualmente è la tecnologia per riportare indietro i nostri astronauti.

– Quali obiettivi deve raggiungere ancora l’esplorazione robotica sul
pianeta?

Una delle tappe fondamentali (anche per dare un’ulteriore spinta alla realizzazione di missioni umane) è riportare a terra campioni prelevati da siti con una mineralogia particolarmente interessante. L’obiettivo è analizzare materiali di interesse esobiologico (come rocce sedimentarie prelevate da terreni molto antichi) nei nostri laboratori, e quindi con tecniche molto sofisticate e sotto il nostro completo controllo.

– Tutti si sono concentrati a denigrare il povero Schiaparelli ma
attraverso il fallimento si possono cogliere nuove opportunità nello spazio?

L’esplorazione spaziale è segnata dagli insuccessi. Purtroppo fanno parte di questo processo e lo vedremo meglio durante la mia presentazione. Nel caso specifico del modulo Schiaparelli, l’obiettivo da parte dell’Agenzia Spaziale Europea era dimostrare che dal punto di vista tecnologico l’Europa è in grado di gestire le fasi di entrata in atmosfera, di discesa e di atterraggio di un lander. Nell’ottica di vedere il bicchiere mezzo pieno, sicuramente alcuni obiettivi sono stati raggiunti: entrata in orbita e gestione delle prime fasi della discesa. Purtroppo, poi, qualcosa è andato fuori controllo e la parte finale è stata, appunto, un fallimento. Ma l’ESA ha già prodotto un report molto dettagliato, dimostrando che i suoi ingegneri hanno ricostruito quello che non ha funzionato.

– Com’è cambiata la percezione, all’interno della comunità scientifica, del
pianeta rosso nel corso di questi anni?

Grazie alla missione ESA Mars Express e alle recenti missioni della NASA, è oramai chiaro che nel passato Marte era molto più simile alla Terra di come ci appare ora.

– Per un atterraggio di rover o addirittura umani, come si valuta un sito?
Quali caratteristiche deve avere un sito di atterraggio?

Prima di tutto un sito di atterraggio deve essere sicuro. Questo vuol dire che il terreno non deve presentare massi di grandi dimensioni o punti troppo scoscesi, per non danneggiare il modulo di atterraggio. Ovviamente però il sito deve essere anche scientificamente interessante. I dati raccolti dalle missioni più recenti hanno fornito un forte contributo per valutare quest’ultimo aspetto, in particolare in termini della composizione mineralogica dell’area che i rover vanno a perlustrare.

– Quali sono le tue più grandi paure legate all’esplorazione di Marte?
Quali le più grandi speranze?

L’atmosfera di Marte è caratterizzata dalla presenza di minuscole particelle di polvere che possono danneggiare strumentazione robotica o di supporto alle missioni umani. Periodicamente si innescano tempeste di polvere che coinvolgono tutto il pianeta. Inoltre, la superficie di Marte non è schermata, a differenza di quella terrestre, dai raggi UV e particelle energetiche. Questo rappresenta un pericolo per l’esplorazione umana.
La mia speranza è che lo sviluppo di nuove tecnologie proceda velocemente per permettere alle future generazioni di astronauti di fare un viaggio Terra-Marte di andata e ritorno, ed in completa sicurezza.

– Neil deGrasse Tyson ha detto questo, riporto la frase originale: “This adventure is made possible by generations of searchers strictly adhering to a simple set of rules. Test ideas by experiments and observations. Build on those ideas that pass the test. Reject the ones that fail. Follow the evidence wherever it leads, and question everything. Accept these terms, and the cosmos is yours”. Marte è la più grande prova che l’umanità, dal punto di vista scientifico, è chiamata ad affrontare?

Comprendere se mai Marte abbia ospitato in passato forme di vita o se, in siti protetti nel sottosuolo, ci sia tuttora un’attività batterica, è una delle sfide più grandi per l’esplorazione spaziale planetaria. Ma di certo non è la sola. Volendo circoscrivere il raggio al nostro Sistema Solare, missioni recenti come Dawn e Rosetta hanno dimostrato che i corpi minori possono essere molto ricchi in materiale organico. Inoltre, negli ultimi anni abbiamo imparato che sotto la superfice ghiacciata di Europa, una delle lune di Giove, ci potrebbe essere un oceano arricchito di elementi che hanno reso possibile la formazione e sviluppo di forme vita sulla terra. Spingendo lo sguardo più in la’, è oramai chiaro che ogni stella ospita un sistema planetario e pianeti simili alla Terra potrebbero essere molto piu’ comuni di quanto finora pensato! Ma se invece pensiamo all’astronomia in senso piu’ ampio, altre sfide riguardano lo studio delle onde gravitazionali e della materia oscura, solo per fare degli esempi. I progressi fatti nel XX secolo ci hanno fatto sentire il Cosmo un po’ piu’ nostro, ma molto c’e’ ancora da testare, analizzare e scoprire!

Qui trovate il programma completo del festival

Gianluigi Marsibilio

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