giovedì 14 dicembre 2017

La nebulosa Helix e la fine gloriosa delle stelle simili al Sole

Queso post è estratto dal mio libro La straordinaria bellezza dell'Universo


La Helix Nebula è la più conosciuta della classe delle nebulose planetarie, tra le più grandi e vicine del nostro cielo. E' chiamata anche occhio di Dio, perché nel cielo scuro sembra un occhio cosmico dal diametro di un anno luce. Osserviamo bene l'immagine. Cosa notiamo? 1) Una stella posta al centro esatto della struttura e 2) la forma tondeggiante, simile ad un anello. La comprensione dei fenomeni dell’Universo passa proprio per questo tipo di osservazioni, magari ripetute per molti altri oggetti reputati simili, fino ad averne in numero sufficiente per rendersi conto che quando una coincidenza isolata tende a trasformarsi in una serie di colpi di fortuna, stiamo per scoprire una comune legge della Natura.  

La nebulosa Helix fotografata dal telescopio Hubble
Il fatto che in tutte le foto di nebulose planetarie che potremo mai osservare ci sia sempre una stella al centro non è una delle tante, sadiche, manifestazioni della legge di Murphy. Quell’astro si chiama nana bianca e rappresenta il nucleo, ormai nudo e inerte ma molto caldo, della gloriosa stella che ha terminato in modo tanto vistoso la sua esistenza.

Le nane bianche sono dei tizzoni ardenti che non producono più energia e rappresentano l’inizio di un mondo fatto di materia che non potremo mai ricreare, per fortuna, qui sulla Terra. Tutte le stelle con massa inferiore alle 8 volte quella del Sole arrivano a un punto in cui il nucleo, luogo in cui avvengono le reazioni di fusione, diventa iper compresso e smette, a causa della poca materia presente, di produrre energia. Dopo aver consumato tutto l'idrogeno e aver bruciato persino l'elio, i singhiozzi del motore centrale, preludio al definitivo spegnimento, innescano l’espulsione di tutti gli strati superiori della stella e generano una nebulosa planetaria. 

Quando con l’ultimo sussulto del motore viene espulso anche l’ultimo strato che sovrasta il nucleo, questo si ritrova nudo e inerte, con una temperatura di decine di milioni di gradi e in rapido raffreddamento. Quando i gas espulsi saranno diventati abbastanza rarefatti si schiuderà ai nostri occhi una nana bianca, un oggetto davvero strano. Quel nucleo stellare è fatto di carbonio e ossigeno, compressi fino a creare un corpo celeste grosso quanto la Terra ma contenente almeno la metà della massa del Sole. Un corpo celeste, non più una stella, sulla cui superficie potremmo sperimentare una forza di gravità centinaia di migliaia di volte superiore a quella terrestre, che emette un’intensa radiazione ultravioletta invisibile ai nostri occhi ma in grado di riscaldare ed eccitare il gas espulso fino a renderlo visibile come una stupenda nebulosa planetaria.

L’atto conclusivo della vita di queste stelle non è quindi rappresentato dalla mesta tristezza per un oggetto che si sta estinguendo, ma è una celebrazione spettacolare di quello che è stato, in un guizzo straordinario di rara bellezza. In qualche centinaio di migliaia di anni il gas espulso sarà già lontano, la nana bianca avrà perso parte della sua potente radiazione ultravioletta e la nebulosa planetaria si spegnerà, sparendo dai nostri cieli per sempre.


La nana bianca continuerà a splendere per decine di miliardi di anni prima di riuscire a raffreddarsi e sparire dalla scena di coloro che osservano l’Universo. La sua trasformazione sarà allora completa: da tizzone ardente di carbonio e ossigeno a un corpo di taglia planetaria in cui tutto il carbonio, sottoposto a pressioni inimmaginabili, sarà cristallizzato per formare il più grande diamante cosmico dell’Universo. Sarà però un tesoro per noi intoccabile, perché ogni tentativo di arraffarlo dovrà fare i conti con una forza di gravità che non lascerebbe scampo e con una concentrazione di materia un po’ diversa da quella che conosciamo. Un cucchiaio di nana bianca, infatti, peserebbe sulla Terra più di 5 tonnellate. Anche un piccolo cristallo da incastonare in un anello dovrebbe trovare un dito capace di reggere senza problemi un centinaio di chilogrammi di pura bellezza. È proprio il caso di dire che guardare è meglio che toccare.

lunedì 11 dicembre 2017

Apollo 13 e un fallimento di grande successo

Con un interesse sempre minore da parte del pubblico, che ormai si era stancato dei “noiosi” viaggi lunari, Apollo 13 decollò l’11 aprile 1970 alle ore 13:13, sfidando tutta una serie di superstizioni che circondano il numero 13 nella cultura anglosassone.
Sfortuna volle, però, che nel mezzo della traversata, durante un normale rimescolamento dei serbatoi di ossigeno, una serpentina difettosa si staccò e produsse una scintilla che fece esplodere uno dei quattro serbatoi, danneggiò seriamente l’altro che in poco tempo si svuotò e costrinse gli altri due alla chiusura forzata.

Il lancio di Apollo 13
È entrata nella storia la comunicazione con cui Jim Lovell avvertì il controllo missione, con voce apparentemente fredda e distaccata, che qualcosa di grave e inaspettato era successo all’astronave: “Ok Houston, abbiamo avuto un problema”.
Ci vollero interminabili minuti per comprendere la gravità della situazione, così imprevedibile che inizialmente si pensò a un errore del computer di bordo. In effetti, cos’altro pensare leggendo improvvisamente sul monitor oltre 30 messaggi d’errore e una presunta quadrupla avaria?
Sfortunatamente non fu così, se non altro perché l’astronave era completamente fuori controllo e gli astronauti a bordo stavano pure osservando dall’oblò del gas incolore uscire dalla parte posteriore del modulo di servizio: il prezioso ossigeno.

La chiusura di tutti i serbatoi di ossigeno lasciò al modulo di comando solamente pochi minuti di aria e causò l’interruzione dell’alimentazione elettrica (che utilizzava proprio l’ossigeno), temporaneamente provvista dalle batterie di emergenza.

In poco tempo Apollo 13 si trasformò in una disperata missione di salvataggio.
Non solo la Luna non si sarebbe potuta raggiungere, ma sarebbe stata una sfida riportare a casa sani e salvi gli uomini a bordo. Con il modulo di comando che sarebbe presto diventato inabitabile, i dati del computer di bordo furono trasferiti in quello del LEM, che diventò una scialuppa di salvataggio.

Per riportare gli astronauti sani e salvi fu deciso di far loro raggiungere l’ormai vicina orbita lunare e accendere il razzo nel lato nascosto della Luna, proprio come nelle normali missioni. Il problema era il motore del modulo di comando: se fosse rimasto danneggiato, la sua accensione avrebbe potuto distruggere l’astronave. Si decise allora di eseguire la manovra utilizzato il LEM e il motore che doveva scendere sulla Luna. Ma un’operazione del genere non era mai stata tentata fino a quel momento e non si era sicuri dell’esito positivo. Tutto questo, inoltre, sarebbe avvenuto durante il black-out delle comunicazioni che si verifica quando la Luna si frappone tra l’astronave e la Terra. Fortunatamente la manovra riuscì, ma i problemi di Apollo 13 non erano di certo finiti.

Con la poca alimentazione elettrica del LEM, gli astronauti furono costretti a spegnere tutti i sistemi non essenziali, tra cui l’impianto di riscaldamento, passando interminabili giorni con temperature di alcuni gradi sotto lo zero.
Il LEM, inoltre, era stato progettato per ospitare due astronauti per due giorni, ora invece ve ne erano da mantenere in vita tre per quattro giorni.
Uno dei problemi principali fu rappresentato dai filtri per lo smaltimento dell’anidride carbonica, che non erano sufficienti per tre persone. Quelli del modulo di comando non potevano essere adattati al LEM perché di forma diversa.
I tecnici a Terra trovarono una soluzione spartana ma efficace per l’adattamento, utilizzando nastro adesivo, bustine di plastica e un calzino, tutti i pochi materiali a disposizione degli astronauti nell’astronave Apollo.
Seguendo passo passo le istruzioni comunicate in tempo reale, gli astronauti riuscirono ad adattare i filtri ed evitare una fine scontata e ormai prossima.

Un altro momento delicato fu la correzione di traiettoria che si rese necessaria a circa metà della traversata. Senza l’aiuto del computer di navigazione che avrebbe consumato le ultime risorse energetiche rimaste, gli astronauti dovevano accendere per 36 secondi il motore del LEM e pilotare manualmente l’astronave, prendendo come riferimento la Terra visibile in uno degli oblò.
Se gli astronauti non fossero riusciti a mantenere la rotta, non avrebbero mai più fatto ritorno a casa e niente e nessuno li avrebbe potuti soccorrere.

Se volare manualmente nello spazio senza possibilità di sbagliare non fosse già abbastanza rischioso, la situazione era resa ancora più pesante e incerta dal fatto che i motori del LEM non erano stati mai testati per una seconda accensione. Si sarebbero quindi riaccesi? Avrebbero resistito a un nuovo e forte sollecito, dopo il già grande stress a cui erano stati sottoposti per abbandonare l’orbita lunare? Fortunatamente anche questa manovra riuscì tra la tensione degli astronauti e l’apprensione dei tecnici del controllo missione. Il piccolo LEM Acquarius si era dimostrato più resistente e affidabile di quanto pensassero gli stessi ingegneri che lo avevano costruito.

Superata con successo questa delicata manovra, l’astronave Apollo sarebbe di certo tornata sulla Terra, ma le incognite in merito alla reale sopravvivenza degli astronauti erano ancora numerose. Lo scudo termico del modulo di comando, estremamente delicato e così vicino al luogo dell’esplosione, era stato danneggiato? Le batterie di rilascio dei paracadute, necessarie per frenare la discesa, erano ancora cariche dopo i giorni passati a diversi gradi sotto zero?
La condensa all’interno del modulo di comando avrebbe mandato in corpo circuito tutto il sistema, una volta riattivato per le operazioni di rientro in atmosfera?
Trovare risposta a tutti questi interrogativi non era comunque utile, poiché nessuno avrebbe potuto intervenire per sistemare il problema.
I tecnici del controllo missione cercarono di rincuorare gli astronauti e scelsero di non comunicare tutte le variabili che rendevano piuttosto incerta la loro sopravvivenza.

Il modulo di servizio di Apollo 13 semi distrutto dall'esplosione, dopo essere stato sganciato poco prima del rientro in atmosfera.

Con l’ingresso nell’atmosfera terrestre a decine di migliaia di chilometri l’ora, le comunicazioni tra il modulo di comando e i tecnici si interruppero, come previsto. In queste delicate fasi, il forte disturbo dell’atmosfera terrestre, che riscalda lo scudo termico fino a oltre 1500°C, rende impossibile per circa 3 minuti ogni comunicazione radio. L’ansia e la preoccupazione dei tecnici seduti su quelle sedie diventate scomode raggiunsero livelli altissimi quando alla fine del previsto silenzio radio tutti i tentativi di contattare l’astronave fallirono. Nessuna missione aveva avuto un blackout radio per più di tre minuti.
Quando il silenzio arrivò a ben cinque minuti, molti ormai pensarono al peggio. L’astronave era stata disintegrata nel rientro in atmosfera?

Una flebile speranza cominciò ad accendersi quando gli uomini addetti al recupero avvistarono il modulo di comando, che lentamente scendeva con i paracadute spiegati. Purtroppo, ancora nessun segnale radio proveniva dall’abitacolo della capsula Odyssey che sembrava scendere quasi a tempo di una tristissima marcia funebre. Ma dopo oltre sei interminabili minuti di silenzio, finalmente il saluto del capitano Lovell interruppe l’angoscia della sala di controllo e la litania dell’addetto alle comunicazioni che cercava ancora di mettersi in contatto con l’astronave, ripetendo sempre la stessa frase ormai quasi priva di speranza.
Un applauso scrosciante salutò il tuffo del modulo di comando Odyssey nell’Oceano Pacifico, ponendo fine all’avventura più pericolosa della storia dell’astronautica.
La missione Apollo 13 fu l’unica a fallire l’allunaggio, ma i tecnici della NASA la definirono un fallimento di grande successo.


Per approfondire: 

giovedì 7 dicembre 2017

La doppia faccia della Luna

Fasi lunari. Foto di Fred Espenak
Le fasi lunari sono la prova che la Luna, il nostro unico satellite naturale, ci orbita intorno e ci mette 29 giorni per completare il ciclo. A seconda della sua posizione rispetto al Sole possiamo vedere illuminata una piccolissima porzione della Luna, oppure tutta intera. Se si trova dietro di noi verrà illuminata di fronte dal Sole e noi vedremo uno splendido plenilunio. Quando l’angolo con il Sole è di 90° vedremo il primo o l’ultimo quarto e, infine, quando si trova tra noi e il Sole non la noteremo più, perché nessuna porzione rivolta verso la Terra sarà illuminata. Ma, a pensarci bene, quando si trova tra noi e il Sole non dovrebbe coprirlo, scatenando una bellissima eclisse solare? E quando è proprio dietro non dovrebbe finire nell’ombra della Terra e produrre un’eclisse di Luna? In realtà no, ma la spiegazione non la darò in questo post, così avete il tempo per pensarci e scoprirlo voi stessi.

Soffermiamoci piuttosto a osservare bene queste foto e a scoprire su uno sconvolgente dettaglio: non importa in quale fase la si fotografa, il nostro satellite mostrerà sempre gli stessi dettagli, sempre e solo metà della sua faccia. È mai possibile? Che la Luna sia piatta e quindi non abbia un’altra faccia? Che invece non ruoti attorno al proprio asse come invece fanno tutti i corpi celesti dell’Universo, nessuno escluso? Che questo prodigio cosmico sia un segno divino, un’incredibile coincidenza che rappresenterebbe la prova provata di una mano superiore senziente dietro la nostra esistenza? Il dubbio si sta insinuando, vero? A queste domande non avevamo mai pensato e ora non sappiamo come rispondere? Ci sentiamo smarriti e speriamo che qualcuno, in questo caso l’autore, dia una risposta rivelatrice? Facciamo un bel respiro e in questo momento di vulnerabilità in cui siamo stati condotti cerchiamo di mantenere la calma e non dare ascolto al primo ciarlatano che vuole regalare certezze senza un minimo di logica.

La Luna non è piatta, naturalmente. 
Esiste un’altra faccia che però non vediamo mai, perché il tempo che impiega a fare un giro intorno alla Terra è identico al periodo di rotazione attorno al suo asse. La Luna quindi ruota su sé stessa, ma dal nostro punto di vista il periodo di rotazione e di rivoluzione coincidono, con il risultato che vedremo solo metà del nostro satellite (il 59% per essere precisi). Ma questo è sconvolgente: l’autore sta ammettendo che qualcuno debba aver regolato i due periodi della Luna. Tra le infinite combinazioni possibili con cui poteva ruotare e rivoluzionare intorno alla Terra è capitata la sola e l’unica che ci impedisce di guardare l’altra metà! Una mente poco incline alla scienza si fermerebbe qui e sentenzierebbe che c’è qualquadra che non cosa (o qualcosa che non quadra). Se è un tipo religioso invocherà Dio, se è più incline al complottismo parlerà di alieni super avanzati che hanno bloccato la Luna per non farci vedere dalla Terra le complesse basi che hanno eretto sulla faccia nascosta.


Una mente che ha iniziato almeno a comprendere che l’Universo segue delle regole, che c’è una spiegazione a tutto e che non esiste un artista che muove gli astri a suo gusto ignorando le leggi della fisica andrebbe più a fondo, magari osservando gli altri corpi celesti e facendo due calcoli. Ecco allora che scoprirebbe una cosa molto interessante: la Luna mostra sempre la stessa faccia alla Terra perché non potrebbe fare altro, perché sono le leggi della fisica che hanno deciso in questo modo. 

Questa che sembra un’assurda coincidenza è in realtà il comune risultato di una semplice ricetta: prendi due corpi celesti, uno molto più massiccio dell’altro, e li fai orbitare per miliardi di anni a distanza relativamente vicina, su una traiettoria quasi circolare. In ogni configurazione di questo tipo, dopo qualche miliardo di anni il corpo celeste meno massiccio avrà rallentato la sua rotazione fino a portarla identica al periodo di rivoluzione. Succede con la Terra e la Luna, con Plutone e Caronte, con molti satelliti di Giove e Saturno, a tutte le stelle doppie strette, a molti pianeti extrasolari che si sono portati troppo vicino alle loro stelle. Il nostro pianeta non è un’eccezione in un Universo disegnato apposta per noi, ma un ambiente comune, che sottostà alle regole della Natura.