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tra Scienza & Coscienza

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

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Scienza

LA LUNA E 200.000 STELLE PER TESS

Lanciato dalla stazione di Air Force di Cape Canaveral in Florida il 18 aprile, TESS è il prossimo passo della NASA alla ricerca di pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare.

Il 17 maggio ha effettuato con successo un sorvolo della Luna, che gli ha fornito un assist gravitazionale per avviarsi verso l’ingresso nella sua orbita operativa finale. La sonda è passata a soli 8 mila chilometri dal nostro satellite, e il 30 maggio attiverà i suoi propulsori per l’ultima correzione che la porterà in un’orbita altamente ellittica attorno al sistema Terra-Luna. Da lì, punto di vista unico e privilegiato, avrà a disposizione un campo superiore a quello del suo predecessore Kepler, che le permetterà di monitorare senza interruzione sempre nuove strisce di cielo.

 

Il team scientifico ha infatti scattato un’immagine di prova, con una esposizione di due secondi, utilizzando una delle quattro camere a bordo. Quello che ne è uscito è questa straordinaria immagine di più di 200 mila stelle! Centrata nella costellazione del Centauro, nell’angolo in alto a destra vediamo il bordo della Nebulosa Sacco di Carbone (Coalsack), una nebulosa oscura del cielo australe, che si mostra come una grande toppa scura sulla brillante Via Lattea, mentre nel bordo inferiore, a sinistra, vediamo la brillante Beta Centauri. TESS con le sue quattro camere tutte operative, potrà coprire un’area 400 volte più grande di quella visibile in questa ripresa… e altrettante stelle.

La missione, infatti, osserverà quasi tutto il cielo per monitorare le stelle più vicine e luminose in cerca di transiti – cadute periodiche nella  curva di luminosità di una stella causate da un pianeta che le passa davanti. Ci si aspetta che TESS riesca in questo modo a trovare migliaia di candidati esopianeti tra i quali selezionare i più promettenti che, il prossimo James Webb Space Telescope della NASA, in programma per il lancio nel 2020, potrà seguire e analizzare consentendo agli scienziati di studiare le loro atmosfere.

Si prevede che la sonda inizi la sua prima missione scientifica, della durata di due anni, attorno alla metà di giugno, dopo aver raggiunto l’orbita finale e aver calibrato la sua strumentazione. E i test sullla sua strumentazione sono già iniziati!

Coelum Astronomia

L’ASTEROIDE MIGRANTE VENUTO DA LONTANO

La storia dell’asteroide ‘Oumuamua ha sconvolto e raccolto molto interesse alcuni mesi fa. Oggi però, uno studio presentato sulla rivista della Royal Astronomical Society, ha presentato l’eso asteroide  (514107) 2015 BZ509. Primo oggetto emigrato da un altro sistema stellare e ormai stabile residente del nostro sistema solare.

 

2015 BZ509 è diverso da molti altri corpi e si muove nella direzione opposta a quella che è conosciuta, questo particolare movimento è detta orbita retrograda.

Per capire al meglio la danza di questi corpi, abbiamo chiesto a Fathi Namouni dell’Université Côte d’Azur e membro del CNRS, di spiegarci a cosa ci troviamo dinanzi quando parliamo di eso-asteroidi: “Quando il sistema solare – ha spiegato il ricercatore- si era formato non era isolato perché le stelle nascono in gruppi che chiamiamo ammassi stellari. Pianeti e asteroidi si formano in torno alla maggior parte di queste stelle. Però la densità di stelle nel ammasso era molto più grande della densità attuale e questo facilita le interazioni gravitazionali che aiutano le stelle a rimuovere asteroidi e comete l’una dall’altra”.

La differenza principale con ‘Oumuamua è che questo asteroide è diventato membro, ormai perfettamente integrato, del nostro sistema solare.

Il team per capire e tracciare la posizione di 2015 BZ509 ha eseguito tutte le simulazioni che hanno mostrato come l’asteroide si è sempre mosso in un modo difficilmente conciliabile con i movimenti che hanno portato all’alba del nostro sistema solare. La conclusione è dunque che BZ509 sia stato catturato da un altro sistema stellare.

La ricerca, come ci ha spiegato Fathi: “Ci dice che c’è una nuova fonte di corpi che possono aver influenzato la formazione dei pianeti e forse anche l’esistenza della vita sulla Terra. Per ora non conosciamo la composizione chimica dell’asteroide. Però se la composizione isotopica dell’acqua dell’asteroide è simile a quella della Terra, sapremo che una parte dell’acqua, se non tutta, proviene da un altro sistema stellare”.

Crediti foto: NASA / Hubble Heritage Team (AURA / STScI)

TUTTO PRONTO PER IL LANCIO DI TESS

Il sostituto di Kepler è sempre più vicino al suo lancio: la missione TESS, che amplierà il catalogo degli esopianeti conosciuti, è infatti ai blocchi di lancio a Cape Canaveral.

A mandarlo in orbita sarà il razzo Falcon 9 della Space X, che già dalla scorsa settimana aveva fatto alcuni test.

Una volta compiuto il suo lavoro lo stadio principale del missile tornerà a terra su una nave drone situata nell’Atlantico.

Tess avrà bisogno di alcuni mesi per prepararsi al meglio alla ricerca e raggiungere l’orbita adatta per cacciare pianeti, il F9 metterà in condizione il satellite di cogliere e sfruttare la gravità lunare per raggiungere la sua posizione più velocemente.

Qui potete vedere il lancio previsto per le 6:32 pm EDT.

https://youtu.be/aY-0uBIYYKk

L’EQUIVALENZA STRUTTURALE: COME NASCE UNO SCONTRO IN FORMULA 1?

L’equivalenza strutturale è alla base del conflitto anche in competizioni automobilistiche e sportive come la Formula 1. La vicinanza in griglia e in classifica, come fa notare uno studio su PNAS, è un indicatore importantissimo per prevedere i futuri scontri del nostro pilota preferito o casa automobilistica preferita.

Abbiamo chiesto a Matthew S. Bothner della School of Management and Technology di Berlino cosa fosse alla base del concetto di equivalenza : “ L’equivalenza strutturale è un concetto molto utilizzato nella ricerca sulle reti sociali, risale agli anni ’70. Questo tema lo utilizziamo (in questo documento) in modo intercambiabile con il concetto di somiglianza di stato.”

 

Per intenderci meglio c’è da capire come: “Due piloti sono strutturalmente equivalenti quando hanno battuto o perso con gli altri competitori nelle precedenti gare della stagione”. Sinteticamente due piloti si ritrovano in questa condizioni quando si ritrovano in una situazione di classifica/griglia simile.

 

Il caso si applica anche alle realtà aziendali e non semplicemente a quelle sportive: “Due dirigenti in un’azienda sono strutturalmente equivalenti: ad esempio se altri manager li cercano per un consiglio o se questi due hanno bisogno di consigli dagli stessi membri del consiglio di amministrazione di tale società. Se questi due dirigenti hanno posizioni simili in una gerarchia informale costruita, prevediamo, che saranno particolarmente inclini al conflitto. Non è chiaro chi dovrebbe mollare la presa durante una discussione”.

 

Tornando al caso dell’analisi fatta sui dati del campionato di F1, tra il 1970 e il 2014 : i due piloti più vicini in termini di status hanno dieci possibilità in più di scontrarsi rispetto agli altri in gara.

Anche l’essere coetanei è un fattore incisivo, infatti i ricercatori indicano l’età come qualcosa che va ad intensificare la rivalità.

Lo studio fa notare come avere scontri e collisioni è molto più facile durante la parte centrale della stagione, quando le gare sono veramente importanti per indirizzare il campionato e la classifica.

 

 

Uno dei fattori più importanti – ha spiegato il ricercatore- è semplicemente la vicinanza in termini di posizione di partenza. Sembra abbastanza ovvio: due piloti devono essere vicini l’uno all’altro sulla pista per poter scontrarsi, ma al di là di questo, abbiamo scoperto come il maltempo, l’esperienza inferiore o più punti totali (in classifica) sono associati spesso alle collisioni. Per noi, tuttavia, il fattore più interessante rimane l’equivalenza strutturale”

 

La guerra a diretti concorrenti è uno degli aspetti più interessanti non solo dello sport ma dell’intera esperienza umana: “Casi ben noti vanno dal bullismo e la calunnia di Thomas Edison nei confronti di Nikola Tesla, a Tyson che morde l’orecchio di Evander Holyfield sul ring”.

 

Gianluigi Marsibilio

 

 

 

GALLENENE, COME IL 2D STA RIVOLUZIONANDO I MATERIALI

 

Il grafene non basta e allora su Science Advance è stata pubblicata una ricerca che introduce un nuovo materiale, che sfrutta sempre le potenzialità delle due dimensioni, derivato dal gallio: il gallenene.

Dalla scoperta del Grafene nel 2004 ad opera dei due fisici premi Nobel Andrej Gejm e Konstantin Novoselov, la ricerca orientata verso i materiali 2D costituiti da ‘layers’, cioè fogli di spessore atomico sovrapposti, è cresciuta anno dopo anno.

 

Più precisamente, il grafene è un allotropo del carbonio, termine che indica la proprietà dello stesso di esistere in diverse forme a seconda delle condizioni fisiche e delle reazioni chimiche di formazione dei suoi composti. La desinenza -ene fa riferimento alla condizione di ibridizzazione di tipo sp2 dei singoli atomi, caratteristica che consente loro di formare reticoli piani a maglie esagonali con altri atomi perfettamente identici. Rispetto alle dimensioni atomiche, questa struttura si ripete nello spazio per un numero di volte praticamente infinito, formando appunto dei ‘fogli’ che all’analisi macroscopica presentano sorprendenti caratteristiche di leggerezza, trasparenza, conducibilità elettrica e termica, resistenza meccanica e molte altre.

 

Questo genere di materiali presenta perciò pregi tali da destare enorme interesse nella ricerca scientifica, tanto che recentemente se ne stanno producendo molti altri che del grafene riprendono la struttura, ma sono composti da elementi chimici diversi.

Per citarne alcuni, negli ultimi dieci anni si è vista la comparsa del ‘fosforene’, allotropo bidimensionale del Fosforo e del ‘germanene’, analogo composto del Germanio.

Particolare interesse suscitano in queste applicazioni i metalli ed i semi conduttori, per le loro straordinarie capacità di conduzione elettrica e compattezza, che sono fondamentali per applicazioni in campo elettronico.

 

Come sempre però, compare un ostacolo all’utilizzo di questi sorprendenti materiali: un processo di produzione tale che riesca a coniugare una buona purezza e dimensione dei ‘layer’ con costi e tempi convenienti.

 

Nell’articolo comparso su Science il 9 Marzo 2018, si investiga la produzione di ‘layers’ di Gallio, un metallo, tramite un processo chimico denominato ‘Solid-Melt exfoliation’.

In sintesi questo processo consiste nel far depositare minuscole gocce di Gallio scaldato a circa 50 gradi Centigradi per ottenerne la fusione, sopra un substrato piano di Silicio e Diossido di Silicio. Il tutto viene poi raffreddato a temperatura ambiente. Successivamente, questo composto viene sottoposto a un vuoto spinto (circa 10^-8 mbar) mentre il layer di Gallio viene controllato nel suo processo di solidificazione tramite l’applicazione di un carico pressorio controllato tramite indentazione, che aiuta poi a ‘esfoliare’ il foglio prodotto portandolo via. Il processo è per certi versi simile al cucinare wafer tramite una piastra scaldata, ed anche i prodotti di questo metodo sono effettivamente dei ‘wafer’ composti da 4-6 fogli di Gallio di spessore totale circa 4 nanometri, sovrapposti in modo non ordinato.

Nel lavoro si fa riferimento inoltre alla probabile scalabilità del processo ed alla ottima qualità e stabilità dei wafer prodotti, che hanno dimensioni di circa qualche millimetro quadro, che risultano davvero rilevanti in questo campo di ricerca.

I wafer di ‘Gallenene’ presentano inoltre:

-Conducibilità termica bassa rispetto ad analoghi materiali 2D (circa<1 W/mK);

-Alta conducibilità elettrica.

 

Queste due caratteristiche pongono quindi il ‘Gallenene’ in primo piano nell’utilizzo di materiali 2D in diversi campi, per esempio l’elettronica; Inoltre il processo ideato risulta rispondere bene allo scale-up ed è quindi una buona promessa per il futuro di questi utilissimi e innovativi materiali.

 

 

 

Vittorio Ricci

 

ENCELADO, LA CACCIA ALLA VITA PASSA DALLA LUNA DI SATURNO

Abbiamo parlato spesso dell’importanza di Encelado, una delle più grandi lune di saturno, nella ricerca alla vita extraterrestre e nello studio della chimica al di fuori dal nostro pianeta.

La rivelazione della presenza di acqua e molecole organiche nei pennacchi ha reso la Luna ghiacciata un punto caldissimo per la ricerca di una potenziale vita extraterrestre.

Gli archea metanogenici sono tra gli organismi potenzialmente perfetti per essere ospitati in queste condizioni e spesso sono stati indicati come dei potenziali abitanti della Luna.
Delle ulteriori conferme sono arrivate da uno studio Nature Communications: il CH4 rilevato nel pennacchio di Encelado è infatti in linea con la presenza di metanogeni.

La missione che ha portato avanti tutte queste rilevazioni e ricerche è stata Cassini, che nel polo sud della Luna aveva trovato dei getti d’acqua che sono stati studiati a fondo da INMS, lo spettrometro di massa a bordo di Cassini.

Organismi monocellulari del genere sono stati spesso ritrovati negli ambienti più estremi della Terra, ad esempio in prossimità di bocche idrotermali o in acque profonde in cui si converte il biossido di carbonio e l’idrogeno in metano.

Come fa notare un articolo su Wired: i metanogeni non sono l’unica fonte possibile di metano sulla Luna: sulla Terra alcune bocche idrotermali riescono a produrre gas anche in assenza di vita, e le comete che non sono così diverse dalla Luna sembrano essere colme di metano raccolto dalle nubi interstellari.

Hunter Waite del Southwest Research Institute ha dichiarato: ” Probabilmente il microbo che cerchiamo non è simile ad uno terrestre e forse non è nemmeno basato sul DNA”.

L’idrogeno per sostenere queste piccole forme di vita, come è stato affermato nello studio, potrebbe essere preso dai processi geochimici nel nucleo roccioso di encelado.

Insomma alla deriva, vicino al sesto pianeta del sistema solare, c’è questa luna che, in mezzo ad un’altra dozzina di satelliti naturali, è un forte indiziato per la vita grazie ai cocktail di composti come metano anidride carbonica e ammoniaca: la loro forte attività idrotermale produce una combinazione estremamente interessante da approfondire.

Progettare future missioni su questa ed altre lune promettenti nel sistema solare passa da un’attenta analisi chimica fatta dagli scienziati con i dati presi dalle passate missioni Nasa e dalle future rilevazioni.

Crediti foto: NASA

 

LA PRIMA COMUNICAZIONE QUANTISTICA TRA PECHINO E VIENNA AVVIENE GRAZIE AL SATELLITE MICIUS

L’Accademia delle Scienze e della Tecnologie Cinese e l’omonimo istituto austriaco, hanno trasmesso da Vienna a Pechino delle minuscole fotografie, in piccoli pacchetti fotonici, crittografate producendo la prima comunicazione quantistica a lungo raggio.

Lo studio, in cui è illustrata l’intera operazione, è stato pubblicato su Physical Review Letters.

La comunicazione quantistica a lunga distanza è avvenuta e ha collegato, tramite una rete di satelliti nello spazio, la capitale cinese con la città europea. Ad essere inviate, tramite un pacchetto di fotoni, sono state due immagini di Mozi e Schrodinger.

Il file, che si sono trasmesse le due accademie, non era contenuto in una semplice chat ma in una vera comunicazione quantistica crittografata avvenuta grazie al satellite Micius.

Il satellite è stato lanciato nell’agosto 2016 e si trova ad una quota di 500 km di altitudine, questo strumento è una vera risorsa ed ha permesso di registrare la comunicazione dalla più grande distanza mai ottenuta da una tecnologia del genere.

A dare il nome a satellite e il filosofo cinese Mozi, in questa comunicazione sono stati scambiati file (foto) della piccola dimensione di 5,34 KB e 4,9 kb, la prima immagine apparteneva Erwin Schrodinger, uno dei fondatori della meccanica quantistica e la seconda proprio al filosofo cinese.

Per capire come funzioni una comunicazione quantistica abbiamo chiesto allo scienziato Jian Wei Pan, dell’istituto scientifico cinese: “Nella distribuzione quantistica delle chiavi, identifichiamo due elementi chiave “Alice” come il trasmettitore che invia fotoni e “Bob” come un ricevitore che cattura queste particelle per le analisi. Usando il protocollo BB84 come esempio, sappiamo che ci sono quattro diodi laser che emettono un singolo fotone che corrisponde a 4 stati di polarizzazione differente: orizzontale e verticale, lineare a + 45 gradi e lineare a – 45 gradi”.

Ciascun fotone coinvolto nella comunicazione porta in sé un bit di informazione casuale che può essere noto solo a Alice e Bob, senza permettere intromissioni esterne.

Come ci ha confermato lo scienziato:” La sicurezza è la peculiarità di questo tipo di comunicazione, la distribuzione quantistica delle chiavi utilizza singoli quanti di luce mista in stati di sovrapposizione quantistica per garantire la sicurezza incondizionata tra due parti, anche distanti”. I due utenti che condividono le coppie di particelle garantiscono un nuovo tipo di comunicazione sicura.

La Cina dal 2004 ha preso atto delle limitazioni della tecnologia quantistica portando avanti questo tipo di studi, oggi finalmente si stanno cominciando a raccogliere i frutti di questo lavoro che comprende e comprenderà una galassia di satelliti orbitali e una serie di studi avanzati.

Micius sorvola il cielo notturno a 18 miglia all’ora da diversi anni, per adesso lo strumento ha ancora forti limitazioni, ad esempio il segnale può essere sfruttato solo durante il giorno, perchè la luminosità del sole può potenzialmente sopraffare il segnale satellitare.

Siamo comunque, grazie a questa cooperazione tra le varie accademie scientifiche, ad un nuovo punto di svolta per la comunicazione quantistica: oggi per noi è come essere struzzi e mettere le testa fuori dal buco per la prima volta, finalmente possiamo ammirare quello che succederà grazie ad una piattaforma potenzialmente più potente di internet e della blockchain.

Gianluigi Marsibilio

FOTO: University of Science and Technology of China

QUALE SCOPERTA SCIENTIFICA HA SEGNATO IL 2017?

Adesso tocca a voi scegliere la scoperta scientifica del 2017, potete indicare nel sondaggio al massimo tre opzioni per contribuire a indicare la scoperta dell’anno.  Il 1 gennaio 2018 riveleremo il vincitore dell’ormai classico sondaggione targato Tra Scienza & Coscienza, inoltre sulla nostra pagina Facebook in questi giorni, per rinfrescarvi anche la memoria , ripubblicheremo i vari articoli al centro di questa speciale competizione a colpi di scienza.

 

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L’INTELLIGENZA ARTIFICIALE A CACCIA DI SISTEMI PLANETARI

Stiamo raccontando dall’inizio della nostra avventura l’epoca d’oro di scoperta e caccia agli esopianeti. Ora siamo entrati addirittura in una nuova era 2.0: come ha infatti testimoniato la NASA, tramite una ricerca di due scienziati Christopher Shallue e Andrew Vanderburg, un nuovo attore è entrato in questa competizione all’ultimo pianeta, l’intelligenza artificiale.
Intorno alla stella Kepler 90, a 2545 anni luce di distanza dalla Terra, è stato scoperto un sistema planetario molto simile al nostro sistema solare, che vede 8 pianeti ruotare in un ambiente cosmico della distanza simile a quella dell’orbita terrestre.
La novità assoluta è tutta nel modo in cui è stato ritrovato il pianeta. Il professor Andrew Vanderburg dell’ Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ci ha spiegato come hanno fatto ad unire i dati di Kepler con una rete neurale: ” Le intelligenze artificiali oggi sono molto flessibili e possono essere utilizzate con un’infinità di tipi di dati. Noi abbiamo preso i dati sulla luminosità raccolti da Kepler, in particolare ci siamo concentrati sui segnali che erano stati rilevati con un metodo di ricerca di transito’ cercando di capire l’orbita del pianeta osservato’’.

Una volta inviati tutti i segnali nella rete neurale è stato possibile distinguere i pianeti e i falsi positivi: ” Appena addestrata la rete a riconoscere i falsi positivi dai pianeti reali, è stato possibile subito avere delle risposte chiare” ha specificato Vanderburg.
Tra i pianeti c’è ad esempio Kepler 90 i, un pianeta caldo e roccioso che orbita intorno alla sua stella ogni 14,4 giorni.

Questa stella ha un ambiente cosmico molto simile a quello del sistema solare , anche se come ci ha spiegato lo scienziato :”Tutti e otto i pianeti che ruotano intorno a Kepler 90 sono in un’orbita simile a quella della Terra”.

La rete neutrale ha identificato i veri pianeti dai falsi positivi nel 96% dei casi: questo ci fa ben sperare perché potremmo avere studi sempre più accurati e meticolosi nel campo degli esopianeti. Le ricerche di Kepler hanno prodotto una quantità enorme di dati che potranno essere scandagliati anche da questo tipo di reti e non solo dallo sguardo attento dei ricercatori.

All’orizzonte c’è per esempio la volontà di utilizzare questo tipo di software sui dati della missione TESS, che verrà lanciata il prossimo anno: “Non solo astronomia- ha chiarito il professore- ci sono applicazioni per l’apprendimento automatico in ogni campo, le intelligenze artificiali sono estremamente eccitanti”.
Ad oggi i quasi 35 mila segnali raccolti da Kepler hanno prodotto tante novità, ma spesso i pianeti più difficili da scovare sono sfuggiti all’occhio umano: ora le reti neurali potranno integrare, approfondire e migliorare il lavoro della comunità scientifica.

Gianluigi Marsibilio

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Crediti foto: Nasa/Wendy Stenzel

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