Categoria: physisc

C/2017 U1 (Oumuamua), il monolite viandante

Di questo strano, unico, tanto atteso, a tratti immaginato, caricato di aspettative, lontano, misterioso, leggendario prima ancora di averlo mai visto, oggetto avevamo già parlato qui.

Viene da oltre i confini del nostro sistema solare e già questo è sufficiente. Ma c’è di più. Dato l’interessante traiettoria più accurate osservazioni sono state condotte e dall’analisi dei dati è venuto fuori che:

Spectroscopic measurements show that the object’s surface is consistent with comets or organic-rich asteroid surfaces found in our own Solar System. Light-curve observations indicate that the object has an extreme oblong shape, with a 10:1 axis ratio and a mean radius of 102±4 m, assuming an albedo of 0.04. Very few objects in our Solar System have such an extreme light curve.

Ovvero siamo davanti ad una sorta di lastra di roccia e ferro, lunga quasi 400 metri, larga una quarantina es abbastanza piatta. Il mitico monolite di Kubrikiana memoria (anche se l’accostamento è fin troppo semplice da essere quasi banale).

The highly elongated shape of Oumuamua implied by its large light-curve range is very unusual. If the object is cigar-shaped and rotating around its shortest axis, it must have at least some tensil strenght.

Si tratta, quasi sicuramente di un asteroide dato che non ci sono tracce di attività cometaria (ghiaccio che sublima e crea una qualche forma di coda) all’avvicinarsi al nostro sole. Un solido masso temprato dalle profondità interstellari. E per di più di colore rossiccio a causa della più che prolungata esposizione dei suoi metalli alle radiazioni cosmiche.

Oumuamua’s red surface color is consistent with the organic-rich surfaces of comets, D-type asteroids, and outer solar system small bodies […], are consistent with uniform colors over the whole surface of the object. This suggests that ‘Oumuamua’s reflectivity is indistinguishable from small bodies in our own solar system but the inferred shape is unique.

Come se non bastasse Oumuamua gira molto rapidamente attorno al proprio asse di rotazione: ogni giro dura solo 7,3 ore, come nessun altro oggetto spaziale finora scoperto. Di nuovo.

An analysis of ‘Oumuamua’s lightcurve (Figure 3, see Methods) indicates its rotation period is ~ 7.34± 0.06 hours under the custom-ary assumption that the double-peaked lightcurve is dominated by the shape of the object. No other period gives a satisfactory re-phased lightcurve and the value is not unusual for objects of this size. […] Oumuamua are more likely to have greater mechanical strength capable of sustaining a highly elongated shape.

L’unica cosa certa è che il sigaro interstellare non ci colpirà, l’unica speranza (ovviamente tanto più vana quanto maggiore è la distanza del passaggio dalla Terra, tanto per legarla a qualcosa di misurabile) è che la lastra, come il cinematografico monolite ci porti la saggezza necessaria. Non ardisco a conquistare spazio e tempo, solo a sopravvivere senza fare troppi danni.

WU

PS. Siamo passati da un poco poetico 1I/2017 U1 ad Oumuamua:

1I/2017 U1 has been named Oumuamua, which in Hawaiian reflects the way this object is like a scout or messenger sent from the distant past to reach out to us.

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LAGEOS, the time capsule

Laser Geodynamics Satellites (LAGEOS) is a couple of (artificial… of course) satellites orbiting around our Earth. Their original aim was to provide an orbiting laser ranging benchmark for Earth geodynamical studies. It was back in the 1976 when LAGEOS-1 was launched by NASA followed in 1992 by LAGEOS-2 (NASA and ASI…). Two launches without too much claim and advertising for one of the most long-lasting missions ever conceived.

Both satellites are actually two balls (looking like golf balls) made of high-density passive laser reflectors. More in detail, they are brass spheres covered with aluminium of 60 cm diameter and 400-410 kg mass. Spread over they surfaces there are 426 reflectors made of glass and germanium. Measurements can be made by transmitting from Earth ground stations pulsed lasers toward the satellites that reflect the pulses and measuring the travel times. In addition the shape, attitude-independent measurements and the orbit allows for using the satellites also for determine the geoid shape, the tectonic plate movements, and the distortion predicted by the general relativity caused by a rotating mass.

In the end the two satellites are completely passive, without any attitude control means and without any electronic on board. In order to provide a stable reference for geodynamical studies (which means an extremely high accuracy in determining the positions of points on the Earth), the golf balls have been placed in very stable medium altitude orbits at about 5900 km altitude.

As a consequence of the orbital altitude, shape and mass of the satellites, LAGEOS-1 (LAGEOS-2 has very similar features…) is doomed to reentry on Earth in … 8.400.000 years! At some point in more than 8 millions years some of our descendant (…or any other species enough intelligent to survive to us) will see a ball coming from the past.

A real time capsule.

This was luckily clear already at the time of launch. LAGEOS-1 indeed carries a plaque, made by C. Sagan (of course…) indicating the future of the humanity expected at the time of satellite launch.

LAGEOS1.png

The plaque includes the numbers 1 to 10 in binary. In the upper right is the earth with an arrow pointing to the right, indicating the future. It shows a #1 indicating 1 revolution, equaling 1 year. It then shows 268435456 (in binary; 228) years in the past, indicated by a left arrow and the arrangement of the Earth’s continents at that time. The present is indicated with a 0 and both forward and backward arrows. Then the estimated arrangement of the continents in 8.4 million years with a right facing arrow and 8388608 in binary (223). LAGEOS itself is shown at launch on the 0 year, and falling to the Earth in the 8.4 million year diagram.

I’ll never see the satellites with my own eyes (well… I guess), and I can imagine the astonishment of anyone seeing that plate in millions of years (it si much more than a fossil we can discover nowadays!) .

My hope, as per today, is that the satellites will be still checked (even form time to time) for the millenniums to come, to avoid that far from eyes the satellites will be forget while they can still be considered as alive.

WU

Il kilogrammo di Plank

Nulla è più come prima (… e come mi sento vecchio in questi asserti) dalla nonnina che cuce sull’uscio di casa al chilogrammo. Eh ???

Si, neanche il nostro punto di riferimento per vacui discorsi da palestra o da macellaio è destinato a rimanere quello di un tempo, a partire dal 2019 un kilo non sarà più un kilo (cioè si, sarà sempre lui, ma non più fisicamente lui). E, forse, meglio così … no, non per la gioia dei fautori del sistema imperiale britannico.

In origine era un cilindretto di platino-iridio (conservato a Parigi come ci insegnano a scuola) che portava sulle sue spalle la responsabilità di tarare tutte le bilance del mondo. Un ruolo decisamente poco invidiabile per il piccolo oggetto che porta comunque egregiamente avanti da circa 130 anni. Per alleviarne le sofferenze, nel 1889 furono prodotti 18 campioni destinati ad essere identici (e già l’uso di questa parola non può che far storcere il naso) al cilindretto originale per essere distribuiti nei vari paesi affinché vi fossero più riferimenti quando si parla di Kg, gr, hg e simili. Ovviamente la precisione e la misura della massa si riflette direttamente su tutte le grandezze che da essa dipendono (e non sono poche), e.g. densità, candela, ampere, mole, etc.

Periodicamente tali “copie” fanno un viaggio a Parigi per essere confrontate con l’originale (o meglio, anche qui, con copie di lavoro dell’originale). Ovviamente il paragone non è come quando andiamo dal fruttivendolo. I campioni sono conservati sotto teche stagne, vanno lavati con acqua bi-distillata e speciali solventi, non vanno sfregati per non rimuovere materiale ed astuzie del genere. Inoltre una volta ogni 40 anni, il cilindro dei cilindri, il chilogrammo originale, viene rimosso dalla sua teca per fare un’ulteriore paragone con i 18 esemplari e con le sue copie di lavoro.

KgCampione.png

Beh, il punto è che nonostante tutte queste copie ed accortezze, il chilogrammo padre ha perso circa 50 microgrammi rispetto a tutti gli altri. O meglio, la differenza è di 50 microgrammi, ma che sia lui ad aver perso peso o gli altri ad averlo preso non ci è dato saperlo. Il meccanismo che ha causato tale variazione di peso non è affatto chiaro, mentre è chiaro che questo macchinoso sistema è intrinsecamente impreciso. Ah, la precisione richiesta per queste misure? Venti parti su un miliardo…

Il problema è superabile modificando il riferimento del chilogrammo da un campione fisico ad una grandezza fisica universalmente misurabile, come ad esempio la forza elettromagnetica, esprimibile a sua volta in funzione della costante di Plank (finalmente una grandezza universale!). La bilancia di Kimble è praticamente una bilancia a due bracci; su uno dei due viene posizionato un peso , mentre l’altro è lasciato vuoto ed il peso è controbilanciato da una corrente elettrica che scorre in un un filo immerso in un campo magnetico. La misura della corrente (che è poi la precisione nella misurazione della costante di Plank, ovvero di decine di parti su miliardo) è precisa quanto basta per vedere che forza serve per bilanciare il chilogrammo campione. Anche qui, ovviamente, più facile a dirsi che a farsi, dato che la bilancia deve essere isolata da qualunque perturbazione esterna, la precisione nella misurazione della corrente deve essere molto elevata, così come la ripetibilità della stessa.

Praticamente spostiamo il problema da accortezze manuali per il trattamento di un campione fisico ad accortezze tecnologiche nella misurazione di grandezze fisiche.

Un primo passo avanti.

WU

PS. Il peso è comunque l’ultimo superstite di un sistema di misurazione basato su oggetti fisici. Le altre due grandezze fisiche di riferimento, il metro ed il secondo, sono state già sostituite da costanti della natura: il metro è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299.792.458 di secondo; il secondo è la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini dell’atomo di cesio-133.

Il che è l’ennesima prova che della massa (e della gravità ad essa associata), benché ce l’abbiamo davanti da millenni, non abbiamo ancora capito tutto.

C/2017 U1, il viandante

Non sono certo che rientriamo nella categoria (si, tendo inutilmente a categorizzare) “I want to believe”.

Il nostro sistema solare è (stra)pieno di comete, è questo è un dato di fatto. Abbiamo una specie di nuvoletta (il cui diminutivo è assolutamente fuori luogo trattandosi di una regione fra 20.000 e 100.000 UA) che avvolge tutto il sistema solare, la Nube di Oort, che genera gran parte delle comete “di lungo periodo”, ovvero quelle che si ripetono ogni centinaia di migliaia (almeno) anni. Abbiamo anche un’ulteriore regione bella densa di oggetti pronti a diventare comete, la fascia di Kuiper, più interna, che genera invece comete di “corto periodo”, dove per corto intendiamo un periodo inferiore a 200 anni (non è certo colpa delle comete se noi umani abbiamo un’orizzonte di vita così limitato!).

Ad ogni modo, esistono poche (pochissime, anzi praticamente nessuna se si escludono le “vittime” delle perturbazioni gravitazionali degli altri pianeti, Giove in primis) comete che hanno invece un’orbita assolutamente strana. Sono così eccentriche che invece di descrivere un’ellisse attorno al nostro Sole (orbite chiuse, come Keplero insegna) sembrano descrivere una parabola o addirittura un’iperbole. Queste sono orbite che non si chiudono attorno al nostro Sole e pertanto lasciano aperta l’immaginazione sull’origine e sul destino di queste comete.

La cometa che ha suscitato questo genere ci considerazioni, la prima con un’orbita potenzialmente aperta non a causa di qualche calcetto gravitazionale, è la (…nome assolutamente friendly) C/2017 U1; osservata nell’Ottobre di quest’anno dal Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-Starrs). La sua orbita, ad oggi, non ha speranza di rientrare nel nostro sistema solare, ma costruendo la sua orbita a ritroso ci pone la domanda “ma quindi, da dove è partita?”.

Parliamo comunque di un puntino poco luminoso (un “sasso” di 150 metri di diametro) che si muove a circa 26 km/h e più di 30.000.000 di km da noi… Il condizionale è d’obbligo, almeno finché ulteriori osservazioni non saranno completate, dato che l’orbita potrebbe essere comunque chiusa (ellittica), ma estremamente allungata tanto da darci l’impressione di essere aperta (scenario che fra l’altro non garantisce un prospero futuro alla cometa, dato che la porterebbe a passare estremamente vicina al nostro Sole che, da buona stella, ne farebbe un sol boccone).

Further observations of this object are very much desired. Unless there are serious problems with much of the astrometry listed below, strongly hyperbolic orbits are the only viable solutions. Although it is probably not too sensible to compute meaningful original and future barycentric orbits, given the very short arc of observations, the orbit below has e ~ 1.2 for both values. If further observations confirm the unusual nature of this orbit, this object may be the first clear case of an interstellar comet.

In questo momento il candidato più probabile (e per noi forse lo scenario più interessante) è quello in cui la suddetta cometa sia un messaggero proveniente da un’altro sistema solare dalle parti della costellazione della Lira, dove a circa 25 anni luce vediamo brillare ogni notte la stella Vega.

Direzione stimata ad oggi: costellazione di Pegaso. Qualcuno liggiù potrebbe scambiarla per il nostro emissario…

WU

Fidget Spinner: spaziale

Ovviamente ci siamo già soffermati a sproloquiare sulle trottoline 4.0 (… sono figlie dell’industria 4.0, no?). E non ditemi che non vi siete ancora chiesti: “si, ma in assenza di gravità come funzionerebbero?”. Come se la prima cosa che venisse in mente quando facciamo un giochino è come questo possa reagire ad una situazione in cui difficilmente (mai?) ci troveremo.

Ad ogni modo, se me lo chiedo io, sono un cretino come tanti (anche se non a questi livelli…), se a chiederselo è la NASA, allora le cose stanno diversamente. E soprattutto i fondi per scoprirlo: vai dai cinesi, ne compri una decina, ci metti il logo NASA e le dai ad u po’ di astronauti giocherelloni sulla ISS. Il risultato (quale?) è assicurato.

 

Sostanzialmente girano molto più a lungo, per via dell’attrito ridotto (e lo sarebbe ancor di più se la trottolina fosse usata fuori dalla ISS ove anche “l’atmosfera” è assente. Il moto viene trasmesso anche al “povero” astronauta che si mettere a far parte esso stesso del fidget spinner (sulla tessa l’attrito, figlio della gravità, vi salva dal vorticoso moto) ed al centro della trottolina che dopo un po’ pare ruotare assieme a tutto il resto.

WU

PS. Video perfetto, specialmente se decontestualizzato, per gli avversatori della ricerca spaziale: “tanto li paghiamo per andare a giocare nello spazio!”. … parzialmente, ma solo parzialmente, vero.

Fluidodinamica del caffè

Sul rapporto fra caffè ed essere umano, a parte nervosismo per abuso e fissazioni per sciccheria, abbiamo già discusso qui. Ovviamente la discussione può essere portato anche ad un livello fanta-scientifico e qui la menzione per IgNobel è garantita.

La domanda, quindi (come se fosse una conseguenza) è: come evitare di rovesciare il caffè?

Se sei italiano, o se sei banalmente un italiano come me la risposta è abbastanza facile, ovvero stai seduto e non ti agitare. Un sorso di caffè, il vento nei capelli, la sigaretta e la filosofia che ci ha reso famosi nel mondo (ed oggi stiamo perdendo anche questo). Se sei invece un maniaco dello stress (si, sono convinto che questo sia nella maggior parte dei casi un male autoindotto), un fissato delle mode d’oltre oceano, un fan del caffè nei bicchieri di carta (e secondo me è una specie di bestemmia) allora la domande è d’obbligo.

E’ tutta una questione di fluidodinamica (cioè le stesse equazioni che evitano che un bolide di F1 decolli o che un aereo precipiti). Ed è tutta una questione di avere una mente orientata ad un singolo obiettivo. Esattamente come il ricercatore SUDcoreano Jiwon Han.

L’orientale in questione si è guadagnato l’IgNobel per la fisica studiando il modo migliore di camminare per evitare di rovesciarsi il caffè addosso: “A Study on the Coffee Spilling Phenomena in the Low Impulse Regime“.

Modelli e modelli matematici che si trasformano in altrettanti modelli numerici che simulano diversi modi di impugnare la tazza e camminare per evitare di buttarsi addosso la preziosa (e spesso caldissima) bevanda.

Il paper è un inno all’ufficio complicazione affari semplici che con paginate di grafici “dimostra” che il modo migliore per non incorrere in incidenti è camminare all’indietro. Secondo classificato, la presa ad artiglio (ovvero con le cinque dita dall’alto).

Entrambe soluzioni comodissime che aumentano il piacere di sorseggiare la bevanda. IgNobel per la fluidodinamica meritatissimo.

WU

PS. Per i più curiosi, e sono certo pululano, ecco sotto l’abstract completo del paper:

When a half-full Bordeaux glass is oscillated sideways at 4 Hz, calm waves of wine gently ripple upon the surface. However, when a cylindrical mug is subject to the same motion, it does not take long for the liquid to splash aggressively against the cup and ultimately spill. This is a manifestation of the same principles that also make us spill coffee when we walk. In this study, we first investigate the physical properties of the fluid-structure interaction of the coffee cup; in particular, the frequency spectrum of each oscillating component is examined methodically. It is revealed that the cup’s oscillation is not monochromatic: harmonic modes exist, and their proportions are significant. As a result, although the base frequency of the cup is considerably displaced from the resonance region, maximum spillage is initiated by the second harmonic mode of driving force that the cup exerts on its contents. Thus, we spill coffee. As an application of these experimental findings, a number of methods to reduce liquid spillage are investigated. Most notably, an alternative method to hold the cup is suggested; in essence, by altering the mechanical structure of the cup-holding posture, we can effectively suppress the higher frequency components of the driving force and thus stabilize the liquid oscillation. In an attempt to rationalize all we have investigated above, a mechanical model is proposed. Due to practicalities, rather than to construct a dynamical system using Newton’s equation of motion, we choose to utilize the Euler-Lagrangian equations. Extensive simulation studies reveal that our model, crude in its form, successfully embodies the essential facets of reality. This liberates us to make two predictions that were beyond our experimental limits: the change in magnitude of the driving force and the temporal stabilization process.

AR2665

Allora, funziona più o meno così: il Sole è una palla di gas caldissimo e ionizzato che funziona come una centrale a fusione nucleare. Ovviamente, anche se ci piace immaginarcela perfetta e splendente, ha anche lei i suoi nei. Questi sono, nel caso specifico, delle regioni con temperature leggermente più basse (in realtà parliamo comunque di qualcosa come 4000 K) del resto della superficie e con campi magnetici molto intensi (che, pare, creino dei vortici di materia direttamente verso il centro della stella).

La dimensione ed il numero di tali “macchie solari“dipende, ovviamente, da un numero esorbitante di fattori, molti dei quali ancora non completamente chiari.

Ora, nel 2017, e più precisamente proprio nei primi giorni di Luglio è apparsa una giga-macchia che possiamo addirittura vedere con qualche piccolo telescopio amatoriale (attenzione, quelli dotati di filtri solari…).

La macchia è apparsa nella zona equatoriale del sole e si è (e molto probabilmente non ha ancora finito) espansa inglobando altre macchioline più piccole fino a raggiungere la ragguardevole dimensione di 125000 km di diametro. Se il numero non vi dice nulla, stiamo parlando di un “buco” (no, non è un vero pozzo nel sole) grande circa come Giove nella quale la nostra Terra entrerebbe diciamo… una ventina di volte!

ar2665.png

Il Sola ha a sua volta un ciclo di attività della durata di circa 11 anni e proprio in questo 2017 siamo vicini al minimo di tale ciclo, per cui questa macchia sembra una specie di colpo di coda della nostra stella.

In questi giorni la macchia ha anche dato, come nella sua natura, anche qualche segno di instabilità producendo un brillamento solare di intensità media (M, classe 1.3). La nube di plasma emessa ha colpito il campo magnetico della Terra (il nostro scudo spaziale), alterando soprattutto le trasmissioni radio nella zona Asia-Australia.

Effettivamente da macchie così estese ci si può aspettare qualcosa di più… Dato che anche il Sole ruota su se stesso, nei prossimi giorni la macchia raggiungerà il centro del disco solare, pronta per puntare direttamente verso la Terra.

Aspettiamoci quindi nei prossimi giorni un bel brillamento fatto a mestiere con tanto di potenziali ricadute sui nostri satelliti, sistemi di comunicazione, impianti elettrici e pilastri simili nel nostro secolo.

WU