Osserviamo in diretta il transito di Mercurio

Segnatevi la data: 9 Maggio, a partire dalle 13 circa, si verificherà un evento raro che coinvolgerà il nostro Sole ma che sarà impossibile da vedere a occhio nudo (oltre che pericoloso). Mercurio, il piccolo pianeta interno, verrà visto dalla Terra attraversare il disco infuocato del Sole, in un fenomeno chiamato transito. La prospettiva sarà da brividi perché noi terrestri non riusciremo ad apprezzare la diversa distanza dei due corpi celesti. L'effetto, quindi, sarà quello di un impavido pianeta che sfiderà l'infuocata atmosfera del Sole e, contro ogni previsione, ne uscirà vivo dopo più di sette ore, attraversando protuberanze, regioni attive e l'immensa granulazione fotosferica.

Il transito in diretta e in alta risoluzione

E' tutta apparenza, perché Mercurio percorrerà sempre la stessa orbita a una distanza media di 58 milioni di chilometri dal Sole, ma lo spettacolo è assicurato.

Data la difficoltà di osservare il transito per chi è sprovvisto di appositi telescopi solari, con Teleskop Service Italia abbiamo preparato una serie di eventi in diretta. Il mio compito sarà quello di mostrarvi in diretta le fasi del transito in alta risoluzione e in luce H-alpha, lunghezza d'onda alla quale il Sole dà spesso spettacolo con esplosioni ed eruzioni. Non una semplice diretta, quindi, in cui il Sole sarà sfocato e Mercurio piccolo: effettuerò riprese in H-alpha che elaborerò in tempo reale per mostrare alla migliore risoluzione possibile l'evolversi dell'evento.

L'evento inizierà poco dopo le 13 e andrà avanti fino al tramonto della nostra Stella. Sperando nel meteo favorevole, seguiremo insieme il tragitto di Mercurio e la composizione di un filmato time-lapse che renderà apprezzabile e spettacolare il suo movimento.

Oltre alla data, quindi, segnatevi questo sito e aspettiamo in trepidante attesa un fenomeno che si ripete, per una certa località terrestre, solo ogni 13 anni.

Seguite qui la diretta: http://transitodimercurio.teleskop-express.it/

NGC4565: la "gemella" della Via Lattea

La primavera, astronomicamente parlando, è la stagione delle galassie. Alzando gli occhi al cielo troveremo meno stelle brillanti rispetto all’inverno e non noteremo quel gran fiume di luce in piena della Via Lattea, tipico delle calde serate estive. Stiamo infatti guardando perpendicolarmente al disco della nostra Galassia, in una regione dell’Universo che è quindi molto trasparente e ci permette di arrivare molto in profondità, anche con piccoli telescopi e un pizzico di consapevolezza.

A circa 60 milioni di anni luce di distanza, tra le costellazioni del Leone, della Vergine e della Chioma di Berenice, si trova un grande agglomerato di galassie, detto ammasso della Vergine. E’ esteso per diversi gradi, nonostante la distanza enorme. Non lo vediamo a occhio nudo, ma c’è e possiamo ammirare le componenti più brillanti già con un semplice binocolo. Si tratta di una struttura enorme, estesa per decine di milioni di anni luce, che conta più di 1000 galassie, tenute insieme dalla reciproca forza gravitazionale. L’ammasso della Vergine è il più vicino a noi ed è facile da osservare anche con un piccolo telescopio, sotto cieli scuri.

Nelle regioni centrali dominano le grandi galassie ellittiche, che si pensa si formino per aggregazione di galassie più piccole, tipicamente a spirale. Tra le giganti per eccellenza spicca M87, estesa per qualche milione di anni luce e contenente centinaia di migliaia di miliardi di stelle.

Nelle periferie dell’ammasso troviamo le più componenti più piccole, e spettacolari: le galassie a spirale. La più bella di tutte, senza alcun dubbio, è NGC4565, splendida spirale vista di profilo, distante da noi circa 52 milioni di anni luce.

Questo gioiello del cielo ha la forma di un disco tagliato a metà da una scura e sottile banda. Benché la nostra mente non riesca ad afferrarlo subito, stiamo osservando una struttura elegantissima estesa per decine di migliaia di anni luce e contenente centinaia di miliardi di stelle. Ma NGC4565 è più di una semplice galassia. Con molta probabilità è l’isola di stelle più somigliante alla nostra galassia, la Via Lattea. La nostra Galassia, se fosse vista dall’esterno e lungo il disco, apparirebbe quasi esattamente come questo gioiello cosmico che possiamo osservare anche con piccoli telescopi.

In fotografia NGC4565 mostra le caratteristiche tipiche delle galassie a spirale, che costituiscono circa il 75% di tutte le galassie. La banda scura che taglia il disco è prodotta dalle grandi quantità di polveri presenti lungo tutta la sua sottile figura. Le polveri sono tra gli ingredienti fondamentali per la nascita di nuove stelle. Il rigonfiamento centrale è chiamato bulge e appare più giallo delle parti periferiche, che nelle regioni più esterne diventano tendenti all’azzurro. In astronomia il colore degli oggetti celesti è sempre molto importante, perché trasporta preziosissime informazioni. Nel caso delle galassie ci può dare ottimi indizi sull’età media delle stelle. Ecco allora che il bulge appare giallo perché ricco di stelle simili al Sole. L’assenza di astri brillanti di color bianco-azzurro, che si formano sempre quando nascono anche le componenti simili al Sole, sta a indicare che in queste regioni non c’è quasi per nulla formazione di nuove stelle e che stiamo osservando gli astri superstiti dopo diversi miliardi di anni di evoluzione passiva, senza alcuna nuova nascita. Nelle porzioni periferiche del disco, invece, il colore dominante diventa l’azzurro: significa che in queste regioni sono attivi processi di formazione stellare che stanno generando nuove stelle anche in epoche recenti, perché gli astri azzurri non vivono più di qualche decina di milione di anni: se vediamo il loro contributo cromatico vuol dire che si sono formati da poco o che si stanno ancora formando. NGC4565, quindi, come tutte le galassie a spirale, è ancora un oggetto vivo che genera nuove stelle e pianeti, che cambia di continuo nel tempo, al contrario delle galassie ellittiche, la cui maggior parte è composta da fossili che non generano più stelle da diversi miliardi di anni.

Attorno a NGC4565 si notato anche piccoli batuffoletti di luce: sono le sue galassie satelliti. Come la Via Lattea e molte galassie di cospicue dimensioni, anche questo splendido disco cosmico, disteso nel buio apparente dell’Universo, è circondato da piccoli satelliti contenenti qualche miliardo di stelle.

Quante informazioni si possono estrapolare da una semplice foto, vero? E con un minimo di consapevolezza, questa immagine acquista ancora più valore, ancora più significato, ancora più emozione. Questo è il bello dell’astronoma, fatta di bellezze nascoste ai più ma che con un pizzico di impegno e di consapevolezza diventano più straordinarie di qualsiasi cosa che potremo mai vedere o creare su questo piccolo Pianeta.

Cos’è tutto quel fumo alla partenza delle astronavi?

Le fasi della partenza delle astronavi a bordo di potentissimi razzi sono sicuramente le più delicate e violente di tutta la missione. Il calore sviluppato dai giganteschi motori è così grande che potrebbe fondere il metallo di cui è fatta la piattaforma. Ma il nemico principale è il rumore, capace di frantumare finestre e creare danni a edifici e persone, fino a una distanza di oltre dieci chilometri dalla rampa di lancio.

Il decollo dello Shuttle

Ne sanno qualcosa alcuni tecnici di una stazione televisiva che nel 1967 si sono ritrovati con finestre frantumate e pannelli del soffitto caduti a seguito del primo volo dell’enorme razzo lunare Saturn V, nonostante una distanza di oltre 6 chilometri. Dopo quest’avventura i tecnici della NASA pensarono bene di dotare la rampa di lancio di un sistema che attenuasse il rumore e i danni prodotti. 

L’iniezione di grandi quantità d’acqua nei pochi secondi della partenza è più che sufficiente per rendere sopportabili rumore e vibrazioni ed evitare il surriscaldamento della piattaforma.

Quando i razzi si accendono vaporizzano istantaneamente l’acqua, che poi condensa e forma delle vere e proprie nubi estremamente dense.

Più grande è la potenza dei razzi, maggiore la quantità d’acqua utilizzata, quindi più imponente sarà la nuvola di vapore che si alzerà.

Ad alimentare la nube di vapore ci pensano anche gli scarichi dei razzi. Spesso il carburante utilizzato è idrogeno e ossigeno, il cui materiale di scarto è proprio vapore acqueo puro. Anche nei razzi che utilizzano carburanti diversi il prodotto principale è il vapore acqueo, sebbene accompagnato da altre sostanze, decisamente inquinanti. 

Nonostante gli accorgimenti, la partenza di un razzo è ancora qualcosa di spaventoso.

Peccato che gli Shuttle non volino più… Sarebbe stato spettacolare assistere alla straordinaria partenza dell’unica astronave riutilizzabile mai progettata dall’uomo.

La scena sarebbe stata incredibile. Per lunghi secondi si sarebbe visto decollare lo Shuttle con la lunghissima scia di fuoco ai suoi piedi, senza sentire alcun suono. Poi sarebbe arrivato, dopo più di un minuto, il rumore assordante della partenza, con la navicella ormai a diversi chlometri dal suolo. Un rumore così forte e strano che spaventava molte persone e faceva tremare la terra, reso surreale e improvviso dal ritardo con cui arrivava alle orecchie rispetto alla luce. Eppure, in tutto questo caos trovavo qualcosa di terribilmente affascinante, perché quell’astronave in pochi minuti arrivava nello spazio, così vicino eppure tanto difficile da raggiungere.

SpaceX ce l'ha fatta: il Falcon 9 atterra su una chiatta nell'oceano

Quella che è stata scritta ieri, passata in sordina su quasi tutti i media italiani, è forse una delle pagine più importanti dell'esplorazione spaziale, uno di quei rari eventi che hanno il potenziale di rivoluzionare un settore, alla stregua dell'invenzione del motore a jet per gli aerei che ha aperto la strada ai voli di linea su lunghe distanze.

Il profilo di volo tipico del Falcon 9

SpaceX, compagnia privata che fa capo a Elon Musk, creatore di PayPal e gran capo di Tesla, è riuscita in un'impresa che nessuno aveva mai neanche tentato: far ritornare a terra in modo controllato il primo stadio del suo razzo Falcon 9 e farlo posare delicatamente su una chiatta larga poche decine di metri, in balia delle alte onde dell'Oceano Atlantico.

Sembra fantascienza, qualcosa di assurdo che non riesce nemmeno nei videogiochi, figuriamoci nella realtà, eppure il team di fisici e ingegneri di SpaceX c'è riuscito proprio l'8 aprile scorso. Ci sono voluti ben 5 tentativi falliti in precedenza, ma questo testimonia che i tecnici hanno imparato molto dalle precedenti esperienze, fino a raggiungere il risultato che tutti speravano.
Nella scienza, soprattutto quella applicata, non c'è modo migliore che imparare dagli errori per avvicinarsi al raggiungimento del proprio obiettivo. Simulazioni, calcoli e teorie sono la base per mettere in pista i primi tentativi ma il riscontro sul campo, dove le variabili in gioco sono molte di più e molto più imprevedibili di quelle che si considerano in laboratorio, è di impagabile importanza.

 

Il video dell'atteggaggio del Falcon 9 sulla chiatta "Of course I still love you"

Il razzo Falcon 9 di SpaceX è il suo fiore all'occhiello e i tentativi di recuperare la porzione principale (il primo stadio) sono solo la ciliegina sulla torta, un di più oltre agli obiettivi, ben più importanti, delle missioni per le quali viene usato. La missione dell'8 aprile scorso trasportava sulla sommità la capsula Dragon, contenente 3 tonnellate di rifornimenti per la stazione spaziale internazionale.
La struttura del razzo è simile a quella di tutti i predecessori e concorrenti adibiti al volo orbitale. La parte principale, nel caso del Falcon 9 alta 50 metri sui 70 totali, è detta primo stadio ed è quella che fa il lavoro più difficile di tutti: far sollevare il carico dal suolo. I primi stadi dei razzi sono di fatto dei giganteschi serbatori contenenti enormi quantità di carburante, che vengono quasi del tutto svuotati in 2 minuti e mezzo dai potenti motori collocati alle estremità: questa è l'energia richiesta per sollevare poche tonnellate di peso netto (il carico vero e proprio) fino a un centinaio di chilometri dalla superficie terrestre. Una volta esaurito il carburante, il primo stadio si sgancia dalla struttura portante, liberando un altro razzo, meno potente, detto secondo stadio: è questo che con un'accensione di una decina di minuti farà guadagnare altra altezza al carico e soprattutto molta della velocità orbitale richiesta, che è di circa 27 mila chilometri l'ora per un'orbita tipica di 400 km. In pratica, possiamo semplificare il concetto dicendo che il primo stadio serve per dare gran parte della spinta verso l'alto, mentre il secondo deve provvedere anche a dare la grande velocità tangenziale richiesta per orbitare.

Il razzo al sicuro sulla chiatta

In tutta la storia del volo spaziale, il primo stadio di ogni razzo, una volta esaurito il carburante, veniva abbandonato a sé stesso, precipitando nell'oceano e distruggendosi del tutto. A ogni missione, quindi, doveva essere ricostruito dal primo bullone, con un costo di svariate decine di milioni di dollari (il primo stadio del Falcon 9 costa a SpaceX circa 60 milioni di dollari). Sotto questa luce è evidente l'enorme spreco di risorse: è come se ogni volta che la nostra macchina finisse la benzina noi dovremmo comprarne una nuova, o almeno cambiarne il motore. E' da questa semplice considerazione che SpaceX ha cercato di rivoluzionare il concetto di volo spaziale dedicandosi, oltre alle missioni principali, ai tentativi di recupero del primo stadio, una volta svolto il lavoro per cui era stato progettato.

Onboard view of landing in high winds pic.twitter.com/FedRzjYYyQ

— SpaceX (@SpaceX) 9 aprile 2016

Ripresa on board dell'atterraggio

Recuperare un razzo alto 50 metri che si sgancia dal carico principale a circa 100 km dal suolo, con una velocità ben superiore a quella del suono, non è proprio semplicissimo e se prima di SpaceX nessuno ci aveva provato un motivo c'era. Eppure ci sono riusciti. La prima volta lo scorso 21 Dicembre, ma l'atterraggio era avvenuto sulla terraferma grazie al profilo particolare della missione principale. Nella grande maggioranza deli casi, il distacco del primo stadio avviene quando questo si trova sopra l'oceano e, per utilizzare la minima quantità di carburante possibile, il rientro non può avvenire troppo distante dalla verticale. In effetti il razzo viene fatto precipitare per la gran parte del tempo, apportando correzioni solo per mantenerne l'assetto e indirizzarlo verso l'obiettivo. L'accensione più violenta per rallentarne la corsa avviene a poche centinaia di metri dal suolo. Il tutto è comandato completamente dai computer di bordo, senza il minimo intervanto umano. Pensate quindi di lanciare qualcosa a 100 km dalla superficie, farlo precipitare per gran parte del tempo e poi fargli centrare, in modo perfetto e automatico, una chiatta poco più larga della sua altezza, senza farlo esplodere né ribaltare. Difficile, vero? Ma anche estremamente affascinante per chi di sfide vive ogni giorno e ha l'obiettivo di vincerle.

Con questa dimostrazione tecnologica, SpaceX ha il potenziale di abbattere i costi del volo spaziale, qualora il razzo si dimostri pronto per un nuovo volo senza una costosa e lunga manutenzione. I test di accensione effettuati sull'unico esemplare tornato a terra integro hanno mostrato un buon potenziale e Musk si è già sbilanciato dicendo che il Falcon 9 recuperato l'8 Aprile sarà impiegato in una nuova missione, che di certo verrà resa economicamente più appetibile per gli eventuali clienti. In effetti solo a fronte di un notevole sconto una qualsiasi compagnia potrà affidare il suo prezioso carico di satelliti al primo razzo riutilizzato della storia.
Sono davvero tempi eccitanti per tutti gli amanti dell'esplorazione dello spazio e non solo.

Quanto è davvero grande la Terra?

Per molti esseri umani la Terra rappresenta tutto il loro, personalissimo, universo. Ti stupiresti nello scoprire quante persone, così impegnate nella scelta dei vestiti, dei locali e nella moda del consumismo, di cui, un giorno, ti spiegherò il significato se mai dovessi riuscire a scoprirlo, ignorino completamente cosa ci sia poco sopra le loro teste, che cosa sia davvero l’Universo e quale la loro reale, insignificante, importanza.

Tutto il nostro mondo in due pixel. Ecco qual è la realtà

Se questo pianeta lo sentiamo così enorme, al punto che non riusciamo neanche a capire che in realtà non è piatto, come potrebbe sembrare, ma una sfera quasi perfetta, è semplicemente perché siamo talmente piccoli da non riuscire a vedere chiaramente, a volte, neanche quello che si mostra di continuo sotto i nostri occhi.

Per completare un giro attorno alla Terra, e ritrovarsi esattamente nel punto di partenza, ti servirà un aereo potente, con abbastanza carburante per compiere i 40.000 km necessari. Viaggiando a circa 800 km/h, una velocità molto più elevata di qualsiasi automobile, impiegheresti 50 ore esatte per chiudere il cerchio.

Se decidessi di provare a fare il giro del mondo a piedi, trovando il modo di camminare sul 70% della superficie, nonostante sia piena d’acqua, ci vorranno mesi, forse anni, per tornare al punto di partenza.

Nessuna persona vive così a lungo da riuscire a vedere in una vita intera tutto il pianeta, neanche limitandosi al 30% di terre emerse.

Ora, invece, immagina di essere a bordo di un raggio di luce, che per qualche strano motivo riesce a portarti con sé nel proprio viaggio attraverso il Cosmo. Aggrappati bene alle sue comode spalle e lasciati trasportare dall’incredibile velocità.

Poco più di un secondo, neanche il tempo di capire cosa stia succedendo, e ti vedi sfrecciare alla tua destra la Luna. Ti servirà un altro secondo per voltarti a vedere dove sia finita la Terra, stendere rapidamente il braccio, e capire che quella sterminata distesa di acqua e vita, ora, è una biglia sempre più piccola adagiata sulla tua mano.

Sono passati quindici secondi ed è sufficiente il mignolo per coprire quella capocchia di chiodo azzurra. Neanche un quarto d’ora di viaggio su questo raggio di luce, e acqua e suolo si fondono in punto infinitesimo molto più luminoso di qualsiasi stella; vicino un altro punto che ricorda vagamente, dal colore, la Luna. Di fronte Marte saluta fugacemente per ricordarti che sei, forse, a poco più di 60 milioni di chilometri da casa.  Un’ora di viaggio, e mentre Saturno mostra quegli incredibili e perfetti anelli, la Terra e la fidata compagna, la Luna, sono ormai un unico spillo indistinto investito dalla vicina luce solare.

Il tempo che qualche uomo d’affari impiega per volare da Roma a New York e tu sei a oltre 10 miliardi di chilometri. Il Sole s’è fatto piccolissimo e molto più debole; la Terra… beh, la potrai vedere solamente se ti sarai portato almeno un binocolo. Ma devo essere sincero, non ti servirà a molto, perché tra qualche ora non riuscirai più a vederla neanche con un telescopio.

Un giorno di viaggio, il tempo richiesto per volare in Australia, e sei già circondato da un cielo nero come la pece, privo di pianeti, con il Sole che sembra aver preso il posto di Venere dei cieli terrestri. Credi di essere in chissà quale parte sperduta dello spazio, ma in realtà hai appena girato l’angolo di via del Sistema Solare, più che una via un piccolo e stretto vicolo di una grande megalopoli.

Le altre stelle non sembrano essersi spostate di un millimetro; possibile? Sì, perché solamente per giungere alla più vicina ti serviranno oltre 4 anni di viaggio, e almeno la metà per riuscire a notare, ben più lento del cammino del Sole durante un’assolata giornata terrestre, lo spostamento delle più vicine causato dalla tua enorme velocità.

Non ci sarà molto da fare; avrai tempo per pensare che vite, urla, guerre, voci, ma anche sogni, speranze, grandi imprese, di cui sono capaci gli esseri umani, nonché tutto quello che hai visto fino al momento di partire, sono così lontani che si perdono in un punto visibile solamente con telescopi molto, molto più potenti di quelli che su quel pianeta chiamato Terra scrutano la vastità del Cosmo.

Avrai molto da pensare, ma anche dopo 1000 vite avrai esplorato solamente una parte su 200.000 dell’Universo che possiamo osservare. Avrai modo, forse, anche di sentire il peso della consapevolezza di qualcosa molto più grande di noi; qualcosa che fa star male, a volte, quando qualcuno, non molti, intraprende nell’immaginazione il tuo stesso viaggio.

Devi partire.

Riuscirai a vedere molto più chiaro il significato di certe azioni dei tuoi simili; capirai quali sono le vere priorità della vita, forse troverai e capirai la vera Vita, e sicuramente imparerai ad apprezzare e sfruttare molto meglio il tempo a tua disposizione. 

Poi ti sentirai piccolo e insignificante, e realizzerai che una formica, anche se regina del suo folto popolo, non potrà fare nulla contro un elefante, che da quell’altezza neanche vedrà quegli indisciplinati puntini che fanno tanto baccano, ma non comprendono che le loro urla non si alzeranno mai per più di pochi centimetri dal suolo. E stai pur certo che quell’elefante continuerà la sua esistenza con o senza la regina e il suo piccolo popolo, perché per lui, da quell’altezza, nulla cambierebbe se non esistessero.

Non andare troppo lontano; magari un giorno torna su questo pianeta e mostra come sarebbe bello e utile se molti altri riuscissero ad aggrapparsi alle spalle di un raggio di luce.

Non c’è bisogno di spaventarli con il buio e il freddo del Cosmo. Quell’esperienza non tutti possono sopportarla; giusto un giro dell’angolo per

Perché fai l'astronomo?

Nel profondo dell’animo umano, quello a contatto con l’Universo, c’è un sentimento molto grande e profondo chiamato amore. Proprio come i misteri più grandi del Cosmo, l’amore è l’incomprensibile mistero dell’essere umano. Non puoi visualizzarlo, non puoi eliminarlo; puoi cercare di ignorarlo, ma la tua vita non sarà mai felice se te ne priverai. 

Si può provare amore per i genitori, per un figlio, per un perfetto sconosciuto che per qualche motivo diventa poi la nostra ragione di vita. Si può provare amore anche per un’idea o un valore, per un sogno e una passione. Come fare a riconoscere l’amore? Quando immagini di fare un’azione ripetendola all’infinito, e l’unica cosa a cui pensi sono i momenti magnifici e sempre diversi che queste azioni, apparentemente identiche, ti regaleranno, allora hai trovato la tua strada e l’amore della tua vita. Non importa chi o cosa sia il destinatario, questo amore è qualcosa di unico e prezioso che non potrà essere represso. Non sperare di essere compreso; spesso non capiterà… Ma pretendi sempre rispetto e libertà, perché amare non sarà mai una colpa.

Io quindi faccio l’astronomo perché questo è quello che amo fare. Per i pochi anni che l'Universo ha deciso di rendermi cosciente di quello che accade intorno a me, voglio sfruttare al massimo questo rarissimo dono. Pensaci un attimo: 300 miliardi di galassie, 100 miliardi di stelle per ogni galassia, altrettanti pianeti, miliardi di miliardi di miliardi e miliardi ancora di particelle sparse a caso per tutto l'Universo e solo noi, piccoli esseri insignificanti, abbiamo il dono di inestimabile valore della coscienza, della consapevolezza di tutto quello che accade. Per quanto ne sappiamo è il dono più raro, strampalato, incredibile e sorprendente di tutto l'Universo. 7 miliardi di miliardi di miliardi di atomi che provengono da ogni parte dell'Universo, e da tempi differenti, si uniscono per formare un corpo e una mente in grado di pensare e di comprendere sé stesso e l'ambiente nel quale vive. Prova tu a mettere insieme tanti atomi e a fare in modo che acquistino coscienza: non ci riuscirai, è impossibile qualcuno ti dirà, eppure tu sei la spettacolare prova di questo apparente paradosso. Questo dono ce lo abbiamo noi, per una manciata di anni solamente, ma ce l'abbiamo. La consapevolezza vale più di mille diamanti, più di un quintale d'oro zecchino, più di tutto il denaro che riuscirai ad accumulare in mille e più vite. La consapevolezza rende liberi; la consapevolezza rende felici; la consapevolezza ci rende chi siamo.

Io ho deciso di sfruttare questo dono proiettandomi verso distanze impossibili da percorrere con il corpo, attraversando luoghi impervi per ogni forma di vita, immaginandomi situazioni che nemmeno la più fervida mente poteva creare prima di osservarle nel Cosmo. Voglio esplorare, capire, meravigliarmi, sognare, amare.. Voglio spingermi ai limiti delle mie possibilità, ogni giorno; voglio tentare di risolvere problemi più grandi di me e rispondere a domande impossibili. Non ci riuscirò, forse, ma inseguire l'impossibile è l'unico modo per rendere giustizia a questi atomi che non conoscendo questa parola hanno creato noi, esseri impossibili in un Universo meraviglioso.

I misteriosi raggi cosmici

L'Universo che possiamo osservare attraverso la luce che ci arriva dai corpi celesti rappresenta solo una minuscola parte di una realtà molto più ampia e complessa. I nostri occhi, infatti, sono sensibili solo a un piccolissimo intervallo di frequenze elettromagnetiche, che per convenzione abbiamo chiamato luce. Tuttavia, le onde elettromagnetiche possono avere frequenze che i nostri occhi non riescono a percepire, anzi, gran parte dell'Universo emette radiazione elettromagnetica che noi non vediamo. E' per questo motivo che ci siamo inventati telescopi in grado di farci osservare l'invisibile. I radiotelescopi indagano le onde radio, emesse da fenomeni violenti come i nuclei delle galassie che nascondono immensi buchi neri, ma anche dall'immensa quantità di gas rarefatto e freddo (circa -200°C) che riempie le galassie a spirale.

I telescopi a infrarossi indagano una regione dello spettro elettromagnetico in cui è molto forte l'emissione delle stelle rosse e della polvere cosmica. Sì, anche nel Cosmo c'è un problema di polveri, come accade nelle nostre case. Tuttavia, al contrario della nemica di tutte le stanze, la polvere cosmica è fondamentale per la nascita delle stelle e dei pianeti: se nella Via Lattea non ci fosse stata la polvere, la Terra non sarebbe nata perché il nostro pianeta è un aggregato di polveri cresciuto fino a migliaia di chilometri di diametro.
Dall'altra parte dello spettro, verso energie maggiori, troviamo l'ultravioletto, emesso dalle stelle più calde e massicce che conosciamo, poi i raggi X e gamma che si generano negli ambienti più violenti, come i buchi neri galattici che fagocitano grandi quantità di materia o l'esplosione di stelle almeno 8 volte più massicce del Sole, chiamate supernovae. Per nostra fortuna l'atmosfera terrestre ci protegge da queste onde elettromagnetiche così potenti che diminuirebbero di molto la nostra aspettativa di vita.

Lo spettro elettromagnetico.

Non tutto l'Universo, però, si fa osservare attraverso le onde elettromagnetiche, che vengono emesse ogni volta che una particella carica viene sottoposta a un’accelerazione.
Esistono altri fenomeni con cui i corpi celesti si fanno notare e studiare. Da poco tempo abbiamo avuto una spettacolare prova attraverso le onde gravitazionali, o radiazione gravitazionale. In pratica, possiamo osservare i fenomeni più violenti dell'Universo attraverso le rapide modificazioni della forza di gravità che producono quando si verifica un fenomeno di oscillazione. Il caso tipico è quello di due buchi neri che ruotano l'uno attorno all'altro fino a fondersi. L'emissione di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica in questi casi è minima o addirittura nulla, ma le onde gravitazionali trasportano enormi quantità di energia, decine di volte superiore alle onde elettromagnetiche prodotte da tutte le stelle dell’Universo osservabile. La loro osservazione potrebbe darci in futuro un'incredibile occasione di osservare i fenomeni che le producono in abbondanza con un dettaglio che al momento non possiamo neanche immaginare e che di certo non potremo mai ottenere attraverso le onde elettromagnetiche.

Lo spettro delle onde gravitazionali

Esiste un altro modo attraverso cui l’Universo ci comunica la sua presenza; è poco conosciuto ma lo sappiamo sfruttare molto meglio della neonata astronomia delle onde gravitazionali. Molti corpi celesti, oltre alla radiazione elettromagnetica, emettono anche una grande quantità di particelle cariche che si muovono quasi alla velocità della luce. Queste particelle sono dette raggi cosmici e rappresentano una ghiotta opportunità per osservare la realtà da un’altra prospettiva; proprio quello che ci vuole quando cerchiamo di comprendere qualcosa di tremendamente difficile come l’Universo. I raggi cosmici sono particelle composte per il 90% da nuclei di idrogeno, o in altre parole da protoni, le particelle fondamentali dei nuclei atomici. Circa il 9% è composto da nuclei di elio, dette anche particelle alpha. Il resto è un miscuglio di particelle più pesanti, fino ai massicci nuclei di ferro, o più leggere ed elusive come neutrini, elettroni e positroni.

Lo spettro dei raggi cosmici. Sono riportate le frequenze d'impatto delle particelle in funzione dell'energia. Le più energetiche e dannose sono per fortuna molto rare, con una frequenza di un impatto ogni chilometro quadrato di superficie ogni anno. Le meno energetiche, ma comunque dannose, impattano l'atmosfera terrestre al ritmo di

Se i nostri occhi potessero osservare i raggi cosmici, vedrebbero un cielo 10 o persino 100 volte più brillante di quello notturno: sarebbe come trovarsi di notte sotto il cielo pieno di inquinamento luminoso di una grande metropoli come Milano o Roma, in cui le stelle visibili si conterebbero sulle dita di due mani. L’Universo, sotto questa nuova “luce”, apparirebbe privo di astri e illuminato in modo perfettamente uniforme. I raggi cosmici, infatti, poiché sono composti da particelle cariche, sono molto sensibili ai campi magnetici e la Via Lattea ne possiede uno molto, molto complicato. La grandissima parte dei raggi cosmici, sebbene provenga da particolari corpi celesti, viene diffusa e deviata in modo casuale dal campo magnetico della Via Lattea, al punto che questi perdono del tutto memoria della direzione iniziale dalla quale sono stati emessi. Questo è un bel problema perché di fatto non potremo mai risalire direttamente ai corpi celesti che li emettono e infatti ancora si discute sulle misteriose e violente origini di questa continua flotta di particelle. Sicuramente sono coinvolti fenomeni violenti come le esplosioni di supernovae e stelle di neutroni rapidamente rotanti. Una percentuale di raggi cosmici viene direttamente dal Sole e si intensifica durante le tempeste solari, quando la nostra stella emette una grande quantità di particelle cariche, sebbene con energie molto minori dei raggi cosmici provenienti dallo spazio aperto. Ci sono raggi cosmici che sono così energetici che provengono addirittura da altre galassie e viaggiano praticamente alla velocità della luce, con energie milioni di volte superiori rispetto a quelle raggiungibili dai migliori acceleratori di particelle mai costruiti sulla Terra (come LHC).

I raggi cosmici sono anche molto pericolosi per la nostra salute, perché di fatto si tratta di una potente forma di radioattività. Protoni lanciati a velocità molto prossime a quelle della luce possono penetrare la nostra pelle, distruggere le cellule e il DNA e causare malattie gravi e mortali, proprio come la normale radioattività prodotta da materiali come l’uranio. Per fortuna abbiamo uno schermo naturale che provvede a proteggerci in modo piuttosto efficace: la nostra atmosfera. Fuori da questo sottile strato d’aria, il flusso di raggi cosmici energetici raggiunge le 10 mila particelle al secondo, per ogni metro quadrato di superficie e per unità di angolo solido. In altre parole, una persona nello spazio viene attraversata ogni secondo da circa 100 mila particelle al secondo, un valore enorme! Sulla Terra, grazie alla presenza del nostro pianeta sotto e dell’atmosfera sopra, il flusso di particelle si riduce di molto, a qualche centinaio di particelle, massimo un migliaio. Inoltre, i pericolosi protoni vengono trasformati in particelle dette secondarie, tipicamente muoni, neutrini ed elettroni, meno energetiche e molto meno dannose per la nostra salute. Muoni e neutrini, addirittura, possono attraversare il nostro corpo come se non esistesse, tanto sono riluttanti a interagire con altre particelle, quindi sono del tutto innocui.  

Un raggio cosmico molto energetico non viene deviato dal campo magnetico terrestre e raggiunge la nostra atmosfera. Gli urti con le molecole d'aria creano una cascata di particelle secondarie con energie minori e con una probabilità di interazione con il nostro corpo molto limitata.

Anche il campo magnetico terrestre ci protegge molto dai raggi cosmici meno energetici, come quelli solari. Mano a mano che ci allontaniamo dalla superficie terrestre il flusso di particelle radioattive che ci colpisce aumenta. Già alla quota di un volo di linea, in 10 ore si assorbe una radioattività pari a quella di 3-5 panoramiche dentali: mica male!
Nella stazione spaziale internazionale, dove resta solo la protezione del campo magnetico terrestre, il flusso di particelle, quindi di radiazione, è circa 800 volte superiore rispetto al livello del mare: ecco perché gli astronauti non restano mai per lunghi periodi nello spazio, al massimo, ma proprio massimo, per un anno. Fuori dalla protezione del campo magnetico terrestre le cose peggiorano: il flusso di raggi cosmici aumenta di un’altra volta e mezzo. In tutto questo calcolo non abbiamo considerato i raggi cosmici prodotti dal Sole durante le tempeste, che vengono bloccati in modo efficace dal campo magnetico terrestre perché relativamente poco energetici ma che nello spazio interplanetario possono uccidere un astronauta se venisse investito in pieno dal flusso di una forte tempesta. La mancanza di protezione del campo magnetico terrestre e l’imprevedibile minaccia solare rappresentano i pericoli maggiori di un lungo viaggio con equipaggio umano verso Marte. Se mai un giorno l’uomo si spingerà così lontano, dovrà trovare un modo per schermare i raggi cosmici durante il viaggio e sulla superficie del pianeta rosso: un’operazione per niente banale perché servirebbero pareti di piombo spesse qualche centimetro, che farebbero aumentare in modo esponenziale il peso dell’astronave.

I raggi cosmici più energetici sono di origine galattica o extragalattica, mentre quelli meno energetici provengono dal Sole, che con il suo campo magnetico blocca quelli di origine esterna ma che con le sue imprevedibili tempeste può rappresentare una minaccia per tutti coloro posti fuori dalla protezione del campo magnetico terrestre, come gli eventuali astronauti che si spingeranno, un giorno, verso Marte.

 
Sebbene il Sole possa rappresentare un pericolo per quanto riguarda le sue tempeste di particelle cariche, in realtà ci fornisce una grande protezione dallo spazio interstellare. Il suo campo magnetico, infatti, protegge tutti i pianeti del Sistema Solare deviando parte dei raggi cosmici meno energetici, ma ugualmente dannosi per la nostra salute. Non è un caso, infatti, che durante i minimi solari il flusso di raggi cosmici con energia inferiore a qualche GeV (Giga elettronVolt) provenienti dallo spazio interstellare aumenti anche del 15-20% rispetto a quando il nostro Sole attraversa un massimo di attività e ci protegge in modo più efficace con il suo campo magnetico.

Problemi di salute a parte, i raggi cosmici che penetrano il campo magnetico terrestre, quindi quelli di origine galattica con energie superiori a 1 GeV, si pensa svolgano un ruolo fondamentale per la nostra sopravvivenza. E' infatti opinione diffusa tra la comunità scientifica che i raggi cosmici svolgano la fondamentale azione di inseminazione delle nubi, senza la quale non avremmo precipitazioni sulla superficie terrestre. Per generare le nuvole, infatti, servono due ingredienti: una temperatura più bassa del punto di condensazione del vapore acqueo e dei nuclei di condensazione attorno ai quali il vapore inizi a condensare. Se l'aria a qualche chilometro di quota fosse pura, il vapore acqueo non condenserebbe mai e di fatto non si formerebbero né nubi, né tantomeno precipitazioni. I nuclei di codensazione ideali sono rappresentati dagli atomi atmosferici ionizzati dal passaggio di raggi cosmici, e in generale da particelle cariche nella giusta quantità. Se il flusso infatti non fosse attenuato dal campo magnetico terrestre, l'atmosfera sarebbe stata spazzata via come quella di Marte e noi saremmo stati cancellati dalle radiazioni. Nella giusta quantità, invece, i raggi cosmici possono limitare i loro danni e rivelarsi i salvatori del Pianeta. E' spettacolare osservare come un fenomeno che sembra dannoso per la nostra salute mostri invece un'altra faccia della medaglia che lo rende addirittura indispendabile alla vita come la conosciamo. Questa è una prova ulteriore che l'Universo non conosce i concetti di bene o male: lui si limita a funzionare secondo le regole che si è dato nel momento della nascita.
  
I raggi cosmici si possono osservare più spesso di quanto si pensi. Nelle immagini della sonda Soho, ad esempio, si vedono spesso delle linee brillanti che scompaiono già nell’immagine successiva: questo è l’effetto del passaggio di un raggio cosmico sul sensore. Al contrario della luce, un raggio cosmico trasporta molta più energia, quindi attraversa un grande spessore del sensore di ripresa (o addirittura può trapassarlo) e produce non un punto brillante ma una scia di luce. Anche nelle immagini ottenute dagli astronomi amatoriali, in particolare quelle a lunga esposizione e con camere CCD, sono spesso visibili, e fastidiosi, gli effetti del passaggio dei raggi cosmici. Non è un caso se esiste una vera e propria disciplina dell’astronomia, chiamata astrofisica delle particelle, che attraverso la costruzione di telescopi sensibili solo a queste particelle cariche cerca di capire quante ce ne sono, quanta energia hanno, da dove vengono (questo è molto più difficile) e la loro composizione chimica.

Raggi cosmici misti a stelle in una ripresa del telescopio spaziale Hubble.

 
Una piccola percentuale di raggi cosmici, infatti, è formata da antimateria e il cui studio è molto importante. Una tipica particella di antimateria è identica alla materia normale ma ha carica opposta, come se fosse vista in uno speciale specchio. Un elettrone, quindi, ha come antiparticella il positrone, che è un elettrone in tutto e per tutto ma con carica positiva. Un protone ha come antiparticella un antiprotone, che gli equivale se non per la carica, che è negativa. Poiché si pensa che nell’Universo primordiale si creavano in modo uguale materia e antimateria, la scienza si chiede perché ora viviamo in un universo dominato dalla materia e se esistono zone in cui a dominare è l’antimateria. Di fatto, studiando l’Universo sotto la “luce” dei raggi cosmici cerchiamo di rispondere a una delle più importanti domande di sempre: perché esistiamo e siamo fatti di materia? Quando una particella di antimateria ne incontra una di materia, queste all’istante si trasformano in energia, ovvero in un’onda elettromagnetica molto energetica. Se nell’Universo primordiale si fosse generata esattamente la stessa quantità di materia e antimateria, noi non esisteremmo perché tutto quanto si sarebbe trasformato in energia e l’Universo sarebbe fatto solo di fotoni. Qualcosa, che ancora non conosciamo, qualche asimmetria nelle leggi fisiche, ha fatto sì che per un istante brevissimo la creazione di materia sull’antimateria fosse leggermente più veloce, creando una sovrabbondanza di una parte su un miliardo, che è poi tutta la materia che è sopravvissuta. Di fatto, noi siamo il risultato di una particella su un miliardo che è sopravvissuta alle tumultuose fasi iniziali dell’Universo; siamo il frutto di un evento ben più raro di qualsiasi vincita alla lotteria, eppure siamo qui e nessuno sa, ancora, per quale motivo.