Archivio per marzo 2016

VIVERE NELLO SPAZIO

18 marzo 2016

Durante la permanenza a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) gli astronauti devono vivere e lavorare in un ambiente molto diverso da quello a cui sono abituati sulla Terra. In questo ambiente devono lavarsi, andare in bagno, mangiare, bere e mantenersi in forma e in salute. L’assenza di peso a bordo della ISS rende necessari alcuni adattamenti nello svolgimento di queste comuni attività.

La ISS orbita a 400 chilometri dalla superficie terrestre e tutto ciò che occorre agli astronauti deve esservi trasportato dalla Terra. Gli astronauti devono pertanto razionare le proprie riserve di acqua e cibo e ridurre al minimo la produzione di rifiuti.

 

Samantha Cristoforetti, la prima donna italiana ad abitare la ISS

Provate a saltare da un ponte attaccati ad un elastico o a sperimentare lo stallo in un aeroplano. Vi sentirete come se il peso del vostro corpo fosse ridotto a zero. gli astronauti provano lo stesso senso di apparente assenza di peso;  si dice che ci si trova a “gravità zero”. Questa pero, come l’espressione assenza di peso, contiene qualcosa di sbagliato. La gravità è sempre presente, infatti essa tiene in orbita la navicella spaziale e, benché gli astronauti non sentano il proprio peso, sono comunque attratti dal campo gravitazionale della terra. Ciò che causa la sensazione dell’assenza di peso è il fatto che astronauti e navicella stanno cadendo insieme verso la terra. Essere in orbita è in pratica un continuo cadere. La ISS pur essendo in caduta libera non si schianta al suolo perché l’astronave è anche dotata di un moto parallelo alla superficie terrestre. E’ la combinazione del moto uniformemente accelerato di caduta libera e del moto rettilineo uniforme (MRU) che conferisce alla ISS il moto circolare attorno alla Terra. Con queste condizioni non si può camminare, ma si galleggia. Gli oggetti vanno alla deriva dappertutto,  e quelli pesanti diventano facili da sollevare. Gli astronauti possono a volte provare una nausea temporanea detta mal di spazio, ma i problemi più seri sono la perdita del tono muscolare  e la decalcificazione delle ossa.

Molte cose che per noi sembrano banali da fare sulla terra non lo sono a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), per esempio fare il bucato, lavarsi i capelli, usare il bagno, cucinare e soprattutto dormire!

  • GLI INDUMENTI:

Sulla Stazione non c’è modo di lavare gli indumenti. Una volta usati, diventano immondizia. Tutti gli astronauti hanno sei paia di pantaloni. Altri tipi di indumenti sono contenuti nei cosiddetti bricks (mattoni), che rappresentano la dotazione per due settimane. Ciascun brick contiene 7 slip, 2 magliette, 2 pantaloncini e una maglietta da sport, 3 paia di calzini e, per le donne, un reggiseno (o canottiera, se preferita) e 2 reggiseni sportivi. La Nasa offre quattro opzioni agli astronauti per l’uso dei propri indumenti sporchi: indossarli di nuovo, buttarli via, farci crescere delle piante o darli in pasto ai  batteri.

  • IL SONNO:

La Stazione orbita attorno alla Terra ogni 90 minuti, tra il 57° parallelo Nord e il 57° parallelo Sud, e gli astronauti vivono, ogni giorno, 16 albe e 16 tramonti. Non ha molto senso, dunque, parlare di notte e di giorno: per ogni astronauta sono pianificate circa 5-6 ore di sonno. Ciascun membro dell’equipaggio ha a disposizione un piccolo alloggio personale, nella zona della Stazione chiamata Tranquillity  (l’unico ambiente in cui si possa godere di una certa privacy), con un sacco a pelo ancorato al muro.

dormire_ISS

 

  • L’IGIENE:

per lavarsi i capelli ci si cosparge dell’acqua sui capelli tramite un beccuccio (stando attenti a non far disperdere le gocce nella Stazione), bagnandoli fino alla punta e poi si friziona lo scalpo con shampoo che non necessita di risciacquo. Alla fine si attende semplicemente che l’acqua evapori da sola.

Come si fanno i propri bisogni a 400 chilometri di quota? Anche in questo caso, il comfort è ridotto al minimo. , l’equipaggio ha a disposizione un tubo con un imbuto giallo per l’urina e una sorta di scatola con buco per le feci. Se il bagno è particolarmente spartano, comunque, lo stesso non si può dire per la carta igienica. Gli astronauti ne hanno a disposizione ben quattro tipi diversi

  • IL CIBO:

La ISS è dotata di due scaldavivande, un frigorifero e un distributore d’acqua. I cibi solidi sono serviti su un vassoio magnetico dove sono attaccate le posate, mentre bevande e zuppe si sorseggiano tramite cannucce (per evitare la dispersione nella Stazione). Gli astronauti hanno a disposizione il cosiddetto bonus food, una scorta di cibo aggiuntivo e personalizzato che possono portare con sé dalla Terra.
L’acqua che bevono gli astronauti a bordo della Iss è sempre la stessa – quella che si ottiene attraverso il sistema di riciclo della Stazione (sì, anche dall’urina e da quella evaporata dai capelli, per esempio). Di tanto in tanto, però, i veicoli cargo che arrivano dalla Terra portano taniche da 400 litri di acqua fresca.

  • COMUNICAZIONI:

Si può comunicare con la terra grazie al sistema satellitare Tdrs (Tracking and Relay Data Satellites) della Nasa: questi satelliti sono in orbita geostazionaria (ovvero se si guarda il satellite dalla Terra sembra occupare in cielo sempre la stessa posizione) a 36mila chilometri e vengono usati come ripetitori per le comunicazioni e l’invio di dati per i veicoli spaziali – tra cui appunto la ISS. In questo modo la comunicazione con la Stazione Spaziale Internazionale risulta più veloce e soprattutto costante. Allo stesso modo sul percorso inverso, i dati dalla ISS scendono alle stazioni di Terra. Con il termine “Dati” si intende tutto ciò che proviene dalla Stazione Stazione attraverso i sei canali video, i quattro canali audio “Spazio-Terra”, i  flussi di dati dagli esperimenti a bordo, i comandi per la ISS e tutti i dati relativi allo condizione degli equipaggiamenti di bordo con cui si monitorano l’ISS e tutti i suoi moduli. Il tutto avviene via radio. Gli astronauti da lassù possono navigare in Internet o chiamare Terra attraverso un telefono “voice over IP”.

  • PERMANENZA NELLO SPAZIO:

Non esiste un tempo “standard” di permanenza degli astronauti nello spazio: missioni diverse con tempi di permanenza diversi, ma tipicamente gli astronauti incaricati di eseguire esperimenti rimangono a bordo della stazione spaziale per metà anno.

Si va dalle missioni di coloro che sono incaricati di portare rifornimenti ed eseguire riparazioni alla stazione, i quali rimangono nello spazio tipicamente un paio di settimane, a coloro che vi rimangono per tempi più lunghi, per eseguire esperimenti. Siccome c’è una missione di rifornimento ogni 2/3 mesi, questi ultimi restano nello spazio per qualche mese, tipicamente metà anno. Il record di permanenza nello spazio è detenuto dal sovietico Valeriy Polyakov, con 438 giorni (più di 14 mesi) di permanenza sulla MIR, tra il 1994 e il 1995. Oggi si tende a far durare le missioni di meno, perché si è scoperto che le lunghe permanenze hanno effetti deleteri sulla salute delle persone, di conseguenza si cerca di minimizzare i rischi inutili.

  • MANTENERSI IN FORMA:

Gli effetti fisici principali sugli astronauti sono la decalcificazione delle ossa (una specie di osteoporosi accelerata), riduzione della massa muscolare, principalmente dovuta al fatto che muoversi è molto più agevole, per cui il corpo tende a liberarsi della massa muscolare inutile, ed effetti di accumulo di radiazioni. I primi due sono reversibili: una volta rientrato sulla terra, un individuo in buona salute recupera la consistenza delle ossa e tono muscolare nel giro di qualche mese. Le radiazioni invece sono un fenomeno di accumulo, ché può portare a lungo andare all’aumento del rischio di patologie tipo leucemie, tumori, ecc…
Quanto a quest’ultimo aspetto, fortunatamente la MIR e la ISS hanno orbite basse, ancora in gran parte schermate dal campo magnerico terrestre, per cui le dosi a cui sono soggetti gli astronauti sono minori di quelle dello spazio interplanetario.

Ogni membro della ISS trascorre fino a due ore al giorno su diverse macchine ginniche. I medici a terra tengono sotto controllo la forma fisica dell’equipaggio e registrano i cambiamenti. Se necessario, possono raccomandare agli astronauti di modificare i loro programmi di esercizi. A bordo della ISS, gli astronauti dispongono di diverse attrezzature ginniche. Vi sono due tapis-roulant, una macchina per gli esercizi di resistenza e una bicicletta ergometrica. Un computer portatile tiene sotto controllo la frequenza cardiaca e gli altri segni vitali mentre l’astronauta usa le macchine. In ogni caso, essi devono essere fissati alla macchina per non volare via! Tutto questo esercizio è necessario per contrastare il declino fisico già citato. Inoltre, facilita il riadattamento degli astronauti alla normale gravità una volta rientrati sulla Terra.

 

Giovanni Facchinetti e Roberto Fradegrada.

studenti del liceo scientifico Giulio Natta (Bergamo),
in alternanza scuola-lavoro presso il Parco Astronomico “La Torre del Sole”.

 

Le onde gravitazionali

2 marzo 2016

L’onda gravitazionale è una deformazione della curvatura dello spaziotempo che si propaga con moto ondulatorio.

L’ esistenza delle onde gravitazionali fu prevista nel 1916 da Albert Einstein come conseguenza della sua teoria della relatività generale, ed è stata confermata sperimentalmente nel 2016.

Secondo questa teoria l’ universo sarebbe composto da una “trama” che forma lo spazio-tempo .

In presenza di un corpo, con una determinata massa, lo spazio-tempo viene deformato .

Se un secondo corpo si avvicina a questa distorsione, comincerà a “cadere” a spirale verso il centro di essa, diminuendo la propria orbita fino alla collisione con il primo corpo.

Ogni corpo che si muove genera delle increspature nello spazio-tempo che noi interpretiamo come onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali possono essere quindi considerate a tutti gli effetti una forma di radiazione gravitazionale che si propaga alla velocità della luce.

Al passaggio di un’onda gravitazionale, le distanze fra punti nello spazio tridimensionale si contraggono ed espandono ritmicamente: effetto difficile da rilevare, perché anche gli strumenti di misura della distanza subiscono la medesima deformazione e perché la precisione degli strumenti odierni ci permette di rilevare solamente onde gravitazionali di elevatissima intensità, come quelle generate dalla fusione di due buchi neri.

Introduciamo le onde gravitazionali con un’ analogia con fenomeni ondosi:

  • Un onda in un fluido crea una vibrazione, per esempio, nell’aria, il suono si propaga creando delle oscillazioni delle particelle fino a che il nostro timpano percepisce le vibrazioni e le traduce nelle varie frequenze e ci dona “il suono”.
  • Analogamente possiamo spiegare il movimento delle onde gravitazionali con un fenomeno simile, quando un corpo cade in acqua, dal punto di contatto, tra il corpo e la superficie dell’acqua, si iniziano a creare delle onde concentriche che si propagano, allontanandosi dal loro punto di origine, le onde gravitazionali si comportano allo stesso modo, allungano e accorciano i corpi (inclusi quelli che noi usiamo per le misurazioni) rendendoci ancora più impercettibile il loro passaggio.

In base alla teoria della Relatività Generale di Einstein, che le aveva già ipotizzate cento anni fa, la loro velocità coincide con la velocità della luce.

Fin dagli anni cinquanta sono stati effettuati esperimenti per rilevare le onde gravitazionali, ma gli strumenti utilizzati non avevano mai permesso di rilevare il loro debole segnale.

Ad oggi si conoscono molte possibili sorgenti osservabili di questo tipo di radiazione: sistemi binari di stelle (soprattutto quelle a neutroni), pulsar, esplosioni di supernove, buchi neri e galassie in formazione.

Per confermare l’ esistenza delle onde gravitazionali, gli scienziati si sono avvalsi principalmente di due interferometri: LIGO, composto da due rilevatori situati alle estremità orientali e occidentali dell’ America, e VIRGO nel pisano italiano.

Questi strumenti sono costituiti da due bracci gemelli, l’ uno perpendicolare all’altro, dalla lunghezza di 3-4 km nei quali, a vuoto, passano due fasci laser originati da un unico fascio diviso con uno specchio. Tramite speciali specchi è possibile far viaggiare i laser avanti e indietro all’interno del tubo in modo da allungare il tragitto fino a 300 km. Quando i due fasci si riuniscono si produce una figura d’ interferenza: come conseguenza del passaggio di un onda, il laser e tutto lo spazio-tempo nella stessa direzione vengono modificati, al contrario, il laser (e relativo spazio) perpendicolare non subisce lo stesso allungamento, questa differenza viene percepita dagli interferometri che segnalano di aver trovato “qualcosa”. Questi segnali sono tuttavia sommersi di “rumori” dovuti a fenomeni casuali non desiderati, che possono essere scambiati a prima vista per qualcosa che non sono. Per evitare ciò sono stati piazzati più rilevatori in luoghi diversi della terra in modo tale da poter confermare la validità dei dati rilevati.

È stato proprio uno di questi strumenti , in particolare il LIGO , a captare le prime onde gravitazionali inviate dalla fusione di due buchi neri rispettivamente da 36 e 29 masse solari per un totale di 62 masse solari: la massa mancante , equivalente a 3 masse solari, è stata convertita in energia sotto forma di onde gravitazionali. Novecento scienziati insieme a squadre di fisici teorici hanno da subito iniziato a calcolare forma, intensità e frequenza delle onde. Dopo una lunga e intensa fuga di notizie , l’ 11 febbraio 2016 è stata confermata l’osservazione delle onde gravitazionali. Questa scoperta permetterà agli scienziati di studiare l’ universo da una nuova prospettiva. Si potranno, infatti, rilevare i motivi della rotazione delle stelle di neutroni, le pulsazioni delle pulsar e si potrà mappare la struttura interna di esse.

Abbiamo scoperto un nuovo modo di vedere il nostro universo e con esso, abbiamo la possibilità di compiere incredibili scoperte nel futuro prossimo. Il cielo non sarà più lo stesso. Immaginate di poter percepire il mondo che ci circonda con tatto, olfatto, gusto e vista e un giorno, tutto a un tratto di iniziare a sentire: sarebbe un giorno meraviglioso. Questo è esattamente ciò che è successo agli astronomi di tutto il mondo. Da oggi potranno “sentire” l’ universo, in modo da aggiungere nuovi tasselli di conoscenza di tutto ciò che fin’ora è rimasto invisibile.

Flavio Orlando e Daniel Esposto,

studenti dell’ Istituto Giulio Natta (Bergamo),

in alternanza scuola-lavoro presso  il Parco Astronomico “La Torre Del Sole “

Vi invitiamo ad approfondire il tema sul sito LeScienze.it

Altrimenti non perdetevi la conferenza sulle Onde Gravitazionali del 4 Maggio 2016 ore 21, tenuta dal Dr. Andrea Castelli (Ph.D. – Università di Bologna), presso il Parco Astronomico La Torre del Sole di Brembate di Sopra. Per maggiori dettagli consultate il sito http://www.latorredelsole.it


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