Lb-1 grosso, nero e sbagliato

Ha una massa 70 volte maggiore quella del nostro Sole, è situato a circa 15 mila anni luce dalla Terra… e non dovrebbe esistere. E’ un errore, della natura, ovviamente.

Stiamo parlando di un mostro cosmico spettacolare, un buco nero stellare (tecnicamente stelle massicce che collassano sotto la loro stessa gravità) dal peso record. Una sorta di eccezione, o meglio una rivoluzione delle nostre teorie riguardanti questi corpi celesti. Infatti secondo i “nostri calcoli” Lb-1 semplicemente non dovrebbe esistere (eppure è enormemente li!).

La nostra sola Via Lattea dovrebbe (sempre secondo i modelli che stiamo, in parte, mettendo in discussione con la scoperta di Lb-1) contenere 100.000.000 di buchi neri con una massa massima di una ventina di volte quella del nostro sole.

Un gruppo di ricercatori dell’Osservatorio astronomico nazionale cinese ha invece notato Lb-1… ed è nella nostra galassia! Secondo i nostri modelli solitamente una stella a fine vita espelle gran parte della sua massa come parte dei potenti venti stellari. Quello che rimane indietro e che eventualmente collassa in un buco nero non potrebbe essere quindi così massiccio come Lb-1… E non di poco: il mostro nero in questione è circa il doppio del massimo teorico che ci aspettavamo di trovare. Ora si che ci deve (lui, ovviamente) delle spiegazioni!

La scoperta, inoltre, è di per se sconcertante: buchi neri di enormi dimensioni esistono anche nella nostra galassia! (no, non ci stanno per fagocitare) Cosa fin’ora non scontata (e che, divago, assieme alla conferma delle onde gravitazionali -che per essere generate in entità da noi individuabile devono aver richiesto il collasso di buchi neri ben più grandi di quelli che sappiamo teorizzare- contribuirà a farci capire passato, presente e futuro del nostro universo). Finora, inoltre, buchi nero stellari (che non emettono, ovviamente, luce) potevano essere scoperti solo mediante l’emissione a raggi X dei gas che fagocitavano, tipicamente cannibalizzando qualche stella compagna.

Non tutti i buchi neri però sono così impegnati a banchettare (e quindi ad emettere raggi X che li rendono visibili dai nostri “occhi”) anzi, la stragrande maggioranza dei buchi neri stellari rimane nascosta e taciturna. Il team di ricerca, per superare questo “problemino” si è affidato ad una tecnica assolutamente diversa: Lamost è un telescopio spettroscopico a fibre ottiche in grado di osservare stelle in orbita intorno a un oggetto invisibile, semplicemente attirate dalla sua gravità. L’unico aspetto che un buco nero non sa nascondere. La tecnica usata ha una percentuale di successo molto ristretta, solo una stella su un milione può essere tipicamente scovata nella sua orbita intorno a un buco nero. Nella scoperta di Lb-1 c’è stata anche una bella dose di “fortuna” (serendipity, magari).

Dopo Lamost gli altri grandi telescopi mondiali sono stati puntati sulla stalla in questione: una stella otto volte più pesante del Sole in orbita attorno a “qualcosa” … la massa stimata di questo “qualcosa” è appunto 70 volte quella del nostro Sole.

Ecco a voi Lb-1, sufficientemente grossa da mettere in crisi il nostro ego.

WU

Si bemolle, la nota dell’universo

La nota più profonda mai registrata nell’Universo: Si bemolle, costante. Le sirene che la emettono sono … semplicemente dei buchi neri.

Prendiamo ad esempio quello che si trova all’interno della costellazione del Perseo, 250.000.000 di anni luce da noi. La sirena è stata guardata per un po’ da Chandra (telescopio a raggi X della NASA) che si è accorto di una specie di “increspatura” nella nube di gas che circonda il buco.

A tali increspature è associata una vibrazione acustica che ha percorso tutti gli anni luce per arrivare fino alle nostre “orecchie”. Il SI è già di per se una nota bassa, bemolle è mezzo tono ancora più bassa: inascoltabile. 57 ottave più bassa di un tipico DO (un pianoforte ne contiene a mala pena 7…). Praticamente la nota più bassa mai “ascoltata” ed almeno un milione di miliardi di volte più bassa di quello che le nostre orecchie possano ascoltare.

Il profondissimo si bemolle è il vagito che ascoltiamo del gas fagocitato (in un prodigioso ammasso di luce e calore) dal buco nero. E quello di Perseo non l’unico… anzi, un po’ tutti quelli attivi che si fanno ascoltare emettono tale nota.

A parte l’aspetto musicale, queste onde sonore sono un valido strumento a capire l’evoluzione delle grandi strutture del cosmo. Perché, ci chiediamo da anni, c’è così tanto gas caldo nelle galassie e così poco gas freddo?

I gas caldi, che si mischiano con i raggi X, dovrebbero piuttosto raffreddarsi considerando l’energia dispersa dai raggi X. I gas più densi, inoltre, sono quelli più vicini ai nuclei galattici (tipicamente buchi neri) e sono anche dove l’emissione di raggi X è maggiore; ci si aspetterebbe quindi che tali gas si raffreddino più velocemente. Se così fosse il raffreddamento causerebbe anche un calo della pressione in tali gas facendoli sprofondare verso i buchi neri ed accelerando la formazione stellare.

Tutto questo non accade, o almeno non al rateo che vorremmo. Vi è scarsa evidenza di questo raffreddamento dei gas e quindi di formazione stellare in base a questo modello. Nessun modello teorico sviluppato è stato finora pienamente soddisfacente ne supportato da osservazioni (ottiche o audio, è il caso di dire), a meno di non considerare anche la nota dell’universo.

Per capire come un si bemolle possa aiutarci torniamo un attimo a Perseo. Chandra ci ha fatto “vedere” sue super-bolle al centro della costellazione che si estendono dal centro del buco nero verso la periferia della galassia. In tali cavità sembra vi sia qualcosa che in qualche modo “respinge” il gas della galassia rendendole quindi “vuote”.

Vi sono quindi dei flussi “antri intrusione” che contrastano la voglia del buco nero di fagocitare qualunque cosa. Per generare tali cavità serve evidentemente una grande quantità di energia che potrebbe… essere trasportata da un si bemolle. Le onde acustiche potrebbero effettivamente essere le artefici di queste cavità dissipando nei gas galattici energia che li manterrebbe caldi prevenendo un flusso di raffreddamento durante il loro destino verso il buco nero.

Ma se fosse veramente così significherebbe che la nota delle onde acustiche sarebbe costante per tutta l’estensione delle cavità, qualcosa come 2.5 miliardi di anni! Le onde acustiche, propagandosi dal buco nero verso l’esterno, potrebbero essere (la parla fine non è ancora stata messa) alla base del meccanismo che limita la formazione stellare e l’accrescimento sfrenato di materia da parte dei buchi neri in un modello “a gas freddo”.

Perseo è semplicemente la costellazione più brillante osservata da CHANDRA, ma guardando meglio anche in altre galassie alla ricerca di gas caldi, la conformazione “a due cavità” sembra ripetersi ed anche l’ascolto del Si bemolle, profondo e costante, si ripete.

Quando si dice “ascoltare l’universo”.

WU

PS. Curioso e sommario come si conviene.

La costante che cambiava

Ci sono costanti che stanno ferme ed altre “costanti” che abbiamo bisogno di definire tali per tenere in piedi la nostra migliore modellazione dell’universo che ci circonda, ma che di star ferme non ne vogliono proprio sapere. Il che, a complicare le cose, non vuol dire però che siano quantità variabili.

La costante di Hubble è quel numero che ci dice a che velocità l’universo si sta espandendo, la distanza fra le galassie e non ultimo proprio l’età del cosmo. La costante di Hubble è quel valore che lega lo spostamento verso il rosso (redshift) della luce delle galassie e la loro distanza: maggiore la distanza di una data galassia, maggiore il suo spostamento verso il rosso.

In soldoni la costante di Hubble di da una relazione lineare fra velocità e distanza delle galassie (fra l’altro confermando il principio cosmologico che l’universo sia isotropo ed omogeneo su larga scala). Storicamente è stata la scoperta che ha spazzato via, in un sol colpo, tutti i modelli statici di universo (come erroneamente previsto da Einstein) e fatto strada ai modelli dinamici, incluso quello del Big Bang oggi largamente accettato.

La costante di Hubble è si costante nello spazio (ovunque guardiamo nell’universo), ma non nel tempo! Il che spiegherebbe anche perché tale “costante” presenta valori diversi se la si misura con strumenti diversi. Nel cosmo, infatti, il dove è molto parente del quando e puntando strumenti su oggetti molto lontani vuol dire guardare tanto indietro nel tempo…

Secondo le ultime osservazioni/studi/analisi oggi il valore della costante di Hubble è 76,8 chilometri al secondo per megaparsec ((km/s)/Mpc). Puntando ad oggetti diversi, più lontani nello spazio e nel tempo, il valore rilevato era invece 71,9 (km/s)/Mpc ed ancora, il valore della costante calcolato partendo dalla radiazione cosmica di fondo (ancora più indietro nel tempo) era di 67,4 (km/s)/Mpc.

La variazione del valore della costante è da attribuirsi alla forza di gravità che tenderebbe a far rallentare l’espansione dell’universo e la “misteriosa” energia oscura (che è alla base della costante cosmologiche gioia-e-dolore di Einstein) che invece tende a farla aumentare.

Possiamo fare anche un passetto ulteriore. Se la costante di Hubble mi dice in qualche modo la velocità alla quale si sta espandendo l’universo, la distanza di Hubble può essere definita come la distanza massima alla quale posso guardare considerando la velocità di espansione (e sempre assumendo costante la velocità della luce). Tale distanza è la distanza massima dall’osservatore oltre la quale leggi fisiche, spazio e tempo perdono significato. Guardare oltre non significa più nulla (e non è oggi tecnicamente possibile).

La distanza di Hubble “stimata” e “costante” è di 16.000.000.000 di anni luce.

WU

PS. Quando diciamo che l’età dell’universo è 13.82 miliardi di anni (solo?) assumiamo il valore della costante determinato dalla missione WMAP (71,0±2,5 (km/s)/Mpc).

Carbonio ovunque e diamanti vettori

Intanto esiste un Deep Carbon Observatory. Non che mi sia chiarissimo cosa fa, ma è sostanzialmente una sorta di collaborazione fra diversi istituti di ricerca per promuovere una migliore comprensione del carbonio.

Il carbonio è un po’ la base del tutto, della materia organica ed ovviamente della vita. Ma è anche uno di quegli elementi (forse L’elemento…) che più di tutti ha guidato l’evoluzione di diversi processi energetici terresti. Il carbonio è praticamente ovunque… evito la lista e vi dico subito che i diamanti sono sostanzialmente fatti di carbonio (il che non vuol dire che il valore di una mina da matita è uguale a quello di un diamante… dipende dalla forma di aggregazione del carbonio).

A parte il loro valore estetico ed economico i diamanti hanno una dote unica, sono ottimi per “fare da custodia”, ovvero per incapsulare al loro interno i cambiamenti e le reazioni che magari avvengono nelle viscere della Terra e farle arrivare tipo capsule dello spazio e del tempo fino a noi (ve lo ricordate questo?).

Una delle cose che queste capsule-diamanti ci hanno detto è che sotto di noi, dove non riusciamo ad arrivare trivellando (e questo?) vi è abbondanza di idrogeno, ossigeno ed il loro composto più noto, acqua. I diamanti ci hanno infatti nei secoli raccontato che esistono masse d’acqua profonda forse più abbondanti degli oceani che vediamo. E ci stanno dicendo ancora di più. Forse questa enorme quantità di acqua è stata portata nelle profondità terrestri dal movimento delle placche tettoniche.

La subduzione delle lastre porta un po’ tutto, ed ovviamente anche il carbonio, in profondità. Dove le condizioni di temperatura e pressione sono nettamente diverse da quelle che viviamo tutti i giorni. Il processo è fondamentale per bilanciare gli elementi presenti sul nostro pianeta e va avanti da eoni… i diamanti sono l’indicatore che potrebbe dirci da quanto. E quindi indirettamente da quanto la nostra terra ha iniziato “a respirare” ovvero ad avere una attiva vita geologica.

L’analisi dei diamanti ci sta anche raccontando che assieme a queste enorme mole d’acqua vi sarebbero fino a 23 milioni di tonnellate di carbonio. Circa il doppio di tutti gli oceani del mondo, per intenderci! Inoltre, un quantitativo altrettanto importante di carbonio parrebbe essere inglobato proprio nel nucleo del nostro pianeta, sotto forma di carburo di ferro. La quantità di questo carbonio “nascosto” è paragonabile a quella che stimiamo esserci nel nostro Sole e ci aiuta, quindi, ad “immaginarci” il ruolo del carbonio non solo per l’evoluzione terrestre, ma anche per quella degli altri corpi celesti.

Ancora? I diamanti ci raccontano anche il ciclo del carbonio, ovvero di come questo si evolva, muti, nel corso delle ere geologiche e di come i cambiamenti sul nostro pianeta lo modifichino. Fra questi cambiamenti spiccano certamente quelli climatici. I diamanti-emissari ci dicono che il clima del nostro pianeta, una volta raffreddatosi, si è stabilizzato per qualche centinaia di milioni di anni (beh, certo, a parte cose occasionati tipo vulcani o asteroidi, che sono andati a modificare “localmente” il ciclo del carbonio) e che le attività umane dei giorni nostri si vedono.

La combustione di combustibili fossili, della nostra era sta emettendo quantità di CO2 circa cento volte maggiori rispetto a tutte le eruzioni vulcaniche passate e le emissioni derivanti dalla tettonica a zolle. Il ciclo del carbonio se ne accorge in maniera evidente.

La storia profonda della terra orchestrata dal carbonio e raccontata dai diamanti.

WU

E Borisov passa e se ne va

Arriva da chissà dove ed è diretto a chissà dove, esattamente come 1I/Oumuamua (qui, ve lo ricordate?). 2I/Borisov, come il nome tradisce è, infatti, il secondo (2) visitatore interstellare (I) che ci viene a trovare.

Anche in questo caso, infatti, la “cometa interstellare” ha un’orbita aperta rispetto al nostro sole (iperbolica con una eccentricità record pari a tre, per i puristi) e proseguirà la sua traiettoria allontanandosi da noi nello spazio interstellare da cui è arrivato.

Borisov

Durante questo “passaggio ravvicinato” ovviamente avremo la possibilità di osservarlo. Il 7 dicembre 2I/Borisov sarà nel punto più vicino alla nostra stella, circa 2 unità astronomiche da noi e dal Sole (2 volte la distanza terra sole, circa 300 milioni di chilometri…). La massima luminosità sarà raggiunta tra dicembre 2019 e gennaio 2020 (visibile soprattutto dall’emisfero australe).

Inusuale di certo, ma dopo il sigaro-Oumuamua non particolarmente sorprendente se non fosse per il fatto che l’oggetto che si sta avvicinando a noi è molto più grande del precedente visitatore. A giudicare dalla sua luminosità attuale e dalla sua distanza, infatti, pare che Borisov misuri qualcosa come 10 chilometri (!) contro i 250 metri dell’eso-asteroide che ci aveva già visitato. Dimensioni che ci hanno consentito di avvistare l’oggetto molto prima del suo predecessore quanto era ancora molto lontano dal nostro sole.

Ah, non trascurabile il fatto che Borisov esibisce già una certa chioma, allungata in direzione contraria al sole; il che lo rende la prima eso-cometa mai osservata (e forse mai passata dalle nostre parti). Gli osservatori di mezzo mondo si sono già sintonizzati sulla eso-coda e dalle prime analisi pare sia stato rilevato lo stesso gas che compone gran parte delle “nostre comete”: il cianogeno.

Verosimilmente, la cometa è rimasta inattiva e silente per qualche miliardo di anni ed è stata attivata dal (flebile, per ora) calore del nostro sole iniziando ad emettere gas e polveri tanto da renderla sufficientemente luminosa (attualmente magnitudine 18) da essere scoperta.

Tutti, ancora una volta, con il naso all’insù; veloci che se ne va.

WU

Goldschmidtite

Sudafrica, la patria dell’estrazione mineraria. Una terra dell’evidente passato geologico travagliato che è oggi uno dei luoghi in cui si estraggono fra i più preziosi minerali al mondo. Diamanti, in particolare. Minerali che si sono formati nelle viscere della terra in condizioni di temperatura e pressione estreme ancora oggi presenti nelle profondità del nostro pianeta.

E già di per se per fare un diamante bisogna spingere parecchio. Se poi in questo diamante troviamo consistenti tracce di niobio, potassio, lantanio, cerio ed amenità del genere vuol dire che effettivamente vi sono processi geologici (o extra qualcosa?) di cui non siamo completamente a conoscenza.

E’ esattamente quello che ha osservato una studentessa dell’università dell’Alberta che in Sudafrica per analizzare diamanti, all’interno di uno di essi ha identificato un nuovo, sconosciuto minerale. Nel mantello terrestre abbiamo abbondanza di minerali tipo fetto e magnesio per cui un minerale formatosi (e quindi risalito “di poco”) a profondità di qualche decina di chilometri dovrebbe presentare abbondanza di questi elementi.

Goldschmidtite

Nel caso della Goldschmidtite (dalla poetica composizione (K,REE,Sr)(Nb,Cr)O3 e dal nome quasi impronunciabile), invece, dobbiamo pensare a profondità di almeno 170 km (e temperature di 1200°C, ma a questo punto cosa volete che sia…) per trovare concentrazioni sufficienti degli elementi rinvenuti all’interno del nuovo minerale.

Con le attuali tecnologie è certamente più facile andare nello spazio che esplorare le profondità marine e men che meno scendere a 1700 km nella crosta terrestre. Pertanto la “fortuna” di trovare minerali del genere all’interno di diamanti che li hanno in qualche modo “isolati” da contaminazioni esterne ed hanno fatto da “vettori” per farli risalire fino a profondità alla nostra portata è l’unico modo per scoprire minerali così esotici e capire su cosa, in fondo in fondo, stiamo appoggiando i nostri piedi.

Una scoperta più unica che rara; mi resta solo il dubbio di cosa abbia fatto vincere “l’amore per la ricerca” sul “Dio denaro” sacrificando un diamante per vedere cosa c’era dentro…

WU

Ecco a voi… i Raggi N

René Blondlot era un professore all’Università di Nancy (oltre che membro di una serie di Academie, tipo l’Académie des Sciences). Era il 1903 quando a suo nome uscì su una rinomata rivista scientifica un articolo in cui illustrava la sua ultima scoperta. Un nuovo tipo di radiazioni, i raggi N.

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Parliamo di un periodo, l’inizio dello scorso secolo, in cui la radioattività la faceva da padrona: i raggi X erano stati scoperti meno di un decennio prima ed evidenza di radiazioni alfa, beta, gamma saltavano fuori da ogni dove. Si viveva, quindi, in un periodo in cui il nervo su nuovi possibili tipi di radiazioni era più che scoperto.

Blondlot, studiando i raggi X (più precisamente utilizzando la macchina di Röntgen al fine di scoprirne il funzionamento) notò delle anomalie luminose, per lui spiegabili solo attribuendole ad un nuovo tipo di radiazioni, i Raggi N (molto più potenti dei Raggi X!). In men che non si dica, l’osservazione divenne scoperta, la scoperta articolo e l’articolo pubblicazione.

Blondlot, di certo non l’ultimo pellegrino in tema di radiazioni, perfezionò i sistemi per rilevare ed addirittura produrre i “suoi” Raggi N. Eliminò accuratamente possibili fonti di interazioni e disturbi esterni per essere sicuro di vedere solo i raggi cercati. Blondlot scoprì che i Raggi N sono emessi da metalli riscaldati e da parecchie fonti naturali, fra cui il nostro sole.

I Raggi N potevano attraversare spesse lastre di metallo e corpi in generale opachi alla luce visibile (che a sua volta pareva interagire con i Raggi N). Acqua e cristalli di salgemma, al contrario, li assorbivano.

A partire dalle pubblicazioni e dagli esperimenti di Blondlot, la scoperta (ed il giusto entusiasmo per essa) di diffuse velocemente a tutto il mondo scientifico fino a raggiungere Charpentier, fisico-medico anch’esso di rinomata credibilità, che scoprì l’emissione di Raggi N anche da parte di nervi e muscoli, umani. Ah, l’emissione permaneva anche post-mortem. La scoperta poteva dunque essere usata per scopi medico-legali e diagnostici.

Perché fermarsi: i Raggi N potevano essere immagazzinati. Ed in maniera piuttosto semplice, bastava un semplice mattone avvolto in un foglio di carta nera ed esposto al sole. I Raggi N emessi dal sole, riemessi da mattone rimaneva intrappolati dalla superficie nera della carta.

Nel 1905 arrivò quel guastafeste di Robert W. Wood, professore di fisica alla John Hopkins University. Indovinate cosa voleva fare il signor Wood? Beh, riprodurre gli esperimenti di Blondlot & Co. Indovinate l’esito? Non ci riuscì. Consolato, si fa per dire, dall’insuccesso dei suoi colleghi d’oltreoceano, decise quindi di recarsi a Nancy per vedere i laboratori che avevano dato la luce ai Raggi N… ed imparare qualcosa (si, nella Academia vera, non ci si approccia con scetticismo/arroganza ma con Umiltà).

Blondlot ripropose al collega l’esperimento originario in cui Wood, tuttavia, non notò alcuna variazione di luminosità (le famose anomalie luminose) che avevano fatto gridare Blondlot alla scoperta. La campagna sperimentale proseguì; Blondlot intendeva misurare e far vedere al collega la deviazione subita da un fascio di Raggi N incidenti su un prisma di alluminio. L’apparato sperimentale prevedeva un prisma di alluminio (ovviamente), un sistema di focalizzazione ed uno schermo fluorescente che fungeva da rivelatore dei raggi N (quelli deflessi). Il team di Blondlot voleva dimostrare quattro differenti posizioni nella deflessione, ovvero quattro differenti lunghezze d’onda dei Raggi N. Anche in questo caso, tuttavia, Wood, non notò i risultati che Blondlot ed il suo team volevano fargli vedere.

A questo punto Wood chiese semplicemente di ripetere l’esperimento. Non visto rimosse il prisma di alluminio dall’apparato sperimentale. Inutile dire che i suoi colleghi non fecero altro che notare le stesse cose e confermare i risultati del precedente esperimento.

Wood lasciò Nancy.

Rientrato in patria pubblicò un resoconto circa ciò che aveva visto durante il suo soggiorno a Nancy, e soprattutto ciò che NON aveva visto. I Raggi N, sostenne, esistevano solo nella mente dei suoi scopritori i quali, certamente in buona fede, si erano fatti forse trascinare troppo dall’entusiasmo del periodo per le emissioni radioattive fino a voler vedere ad occhio nudo tenui (se esistenti) variazioni di luminosità che avevano evidentemente una natura assolutamente casuale. Si erano autoconviti di una grande scoperta in preda all’entusiasmo ed avevano voluto vedere (e trasmesso!) una ripetibilità delle osservazioni che non aveva attecchito in una mente “esterna”.

I sostenitori dei Raggi N, anche dopo lo smacco, giocarono le loro ultime carte. Per osservarli serviva parecchia sensibilità (tipica, sostennero, soprattutto delle razze latine). E questo è evidentemente indice che il castello era crollato.

Blondlot rifiutò di sottoporsi ad un esperimento pubblico e decisivo per provare l’esistenza o meno dei Raggi N (ulteriore indicatore che qualcosa che anche a lui non tornasse… ma evidentemente preferiva non subire “pubblica gogna”). Blondlot morì nella sua Nancy nel 1930.

Non è una storia di frodi o menzogne, è una storia di forti convinzioni che portano a distorcere le evidenze del metodo scientifico. Non erano gli anni in cui con scoperte del genere di odorava un business milionario; oggi si. All’autoconvinzione tende ad aggiungersi la truffa (io dell’E-Cat, pro cause, non ho mai parlato).

WU

PS. Ah, Raggi N, da Nancy, ovviamente.

La propulsione più veloce del suono

Nella classe degli esoreattori vi sono due eminenti soggetti. Stiamo parlando di motori, motori per aerei (diciamo) o che comunque sono in grado di lavorare in aria sfruttando l’ossigeno normalmente presente nell’atmosfera come ossidante per una reazione di combustione.

Prima di presentarvi questi due eminenze ingegneristiche consentitemi una brevissimissima digressione. Il numero di Mach (oltre ad essere un rasoio per uomini) è il rapporto fra la velocità (di volo) e la velocità del suono nelle stesse condizioni atmosferiche (attenzione attenzione: la velocità del suono NON è costante, dipende dalla temperatura e dalle caratteristiche chimiche dell’aria).

E’ quindi chiaro che uno stesso corpo che viaggia alla stessa velocità a due quote diverse (caratteristiche dell’aria e temperatura diverse) ha due numeri di Mach (M) diversi. In particolare in un caso il rapporto potrebbe essere maggiore di uno ed in un caso minore. Ovvero in un caso il corpo viaggerebbe in condizioni supersoniche (M>1) e nell’altro caso subsoniche (M<1). Anzi, a quote molto alte (o a velocità estremamente elevate) M potrebbe essere molto molto alto, condizioni ipersoniche (M>5).

D’accordo. Facciamo ora un ultimo sforzo:

  • un flusso subsonico, in un condotto convergente, aumenta la propria velocità e diminuisce la propria pressione. Il viceversa accade in un condotto divergente;
  • un flusso supersonico, in un condotto convergente, diminuisce la propria velocità e aumenta la propria pressione; Il viceversa in un condotto divergente.

Ciò detto è chiaro che in regime supersonico un condotto divergente seguito da una camera di combustione che riscalda la miscela di ossigeno e carburante seguita da un ugello finale (condotto divergente) è sostanzialmente un modo per accelerare l’aria. E’ praticamente un motore. Ma senza parti rotanti o comunque in movimento (compressori e/o turbine).

Ramjet e Scramjet (le due eminenze di cui sopra) sono proprio questi due oggetti in grado di produrre spinta sfruttando questo principio. La sostanziale differenza tra i due sistemi consiste nel processo di combustione: mente lo Scramjet prevede che non solo il flusso in ingresso ma anche la combustione avvenga in regime supersonico, il Ramjet ha un ingrasso d’aria supersonico rallentato fino ad una combustione subsonica e poi accelerato nuovamente.

RamjetScramjet.png

Il Ramjet prevede una prima zona di compressione (sostanzialmente una presa d’aria) che riduce la velocità del flusso, e quindi aumenta la pressione, fino a raggiungere un Mach di 0.3 – 0.4, valore ottimale per la combustione. Per raggiungere tali valori la presa d’aria sfrutta opportune onde d’urto “normali” che rallentino il flusso. Il tratto successivo è la camera di combustione in cui viene direttamente iniettato combustibile nebulizzato. In questo modo è come se il flusso venisse “energizzato”, fino a raggiungere un regime sonico (M=1) nella sezione di gola posta a valle della camera. Il tratto finale è un canale divergente (l’ugello) in cui si raggiunge di fatto un notevole aumento di velocità (e quindi spinta).

Lo Scramjet, invece, prevede un ciclo molto simile a quello del Ramjet, ma con la fondamentale differenza che la combustione avviene in regime supersonico (cosa assolutamente non semplice soprattutto per problematiche legate al tempo fluidodinamico di reazione). La presa d’aria deve quindi essere in grado di di rallentare solo un po’ il flusso in ingresso alla camera di combustione. Ciò è possibile con delle onde d’urto “oblique”, decisamente meno dissipative di quelli “normali”. Inoltre l’architettura dello Scramjet non prevede particolari “strettoie” e gole tipiche del Ramjet: in questo caso, infatti, la camera di combustione deve essere un condotto già divergente per favorire l’aumento di velocità prima ancora di entrare nell’ugello di espansione.

Ovviamente il diavolo si nasconde nei dettagli: le temperature raggiunte in questi sistemi raggiungo facilmente i 2500 gradi (a causa della così detta temperatura di ristagno), una sfida ingegneristica molto ambiziosa per i materiali oggi disponibili. Le fore aerodinamiche (che variano con il quadrato della velocità) inducono importanti sollecitazioni sul veicolo. Necessità di compensare importanti fenomeni di instabilità legati al non perfetto parallelismo del flusso in ingresso. Tanto per citane alcuni…

Ah, qualora non fosse chiaro, è ovvio che ne Ramjet ne Scramjet sono in grado di garantire il decollo del veicolo per cui vanno affiancati a sistemi più tradizionali.

Insomma, facile non di certo, ma se vogliamo fare il prossimo passo (prima di parlare di sistemi ancora più esotici di propulsione… per questo più affascinanti) dobbiamo darci una mossa (più veloci del suono!) in questa direzione.

WU

PS. Per quanto riguarda il livello di sviluppo: per lo Scramjet per il momento stiamo parlando di (tanti) studi e qualche prototipo in giro per il mondo, ad esempio il programma Hyper-X della NASA (X-43). Mentre il Ramjet è una realtà, almeno per applicazioni balistiche che vengono sganciate direttamente da aerei in volo già in regime supersonico.

PPSS. Divulgativo e qualitativo, come di consueto. Tanto per un’infarinatura, per rinfrescarci la memoria o per motivare ulteriori approfondimenti a riguardo.

Anomalia metallica lunare

Una astronave aliena sepolta sul nato nascosto della luna. Un enorme giacimento di adamantio celato da secoli di polveri. Un indizio della civiltà che ci sta osservando come fossimo pesci rossi in un acquario. O quello che vi viene in mente… in fondo una delle più belle ed intriganti ripercussioni dell’esplorazione spaziale è proprio quella di alimentare la fantasia. Che poi sia poco (o nulla) attinente con la realtà poco importa, basta che non diventa pseudo-scienza o alimenti qualche bufala on line… d’altra parte la fantascienza è sempre esistita, no?

Tornando a noi, la notizia di questi giorni è che è stato rilevato da ben due missioni Nasa in orbita attorno alla Luna una strana massa. Li, sul nato nascosto del nostro satellite c’è un immenso cratere, ad occhio simile a tanti altri, ma che “visto bene” (in realtà osservato diversamente) cela uno strano segreto.

Il Bacino Polo Sud-Aitken è un enorme cratere da impatto del diametro di circa 2.500 chilometri che copre circa un quarto della superficie lunare. Li, sia le due sonde Grail (Gravity Recovery and Interior Laboratory) che la sonda Lro (Lunar Reconnaissance Orbiter), hanno misurato (quella che tecnicamente si chiama anomalia gravitazionale, tipo questa…) qualcosa di decisamente anomalo. Le informazioni ricavate hanno infatti indicato che il bacino ha una densità nettamente superiore alla media della superficie lunare non giustificabile anche assumendo che in quel punto la superficie sia ricca di materiali ferrosi.

MoonMetallicBulge.png

Si è dunque, forzosamente, dovuti giungere alla conclusione che una grande (qui l’articolo Deep Structure of the Lunar South Pole-Aitken Basin), grandissima, enorme massa metallica si estende per circa 300 chilometri sotto la superficie di quel cratere. Se la volessimo paragonare a qualcosa stiamo parlando di una massa che è cinque volte più grande ella Big Island delle Hawaii (ovvero circa cinque volte più grande del piemonte…).

Fantascienza a parte potrebbe trattarsi di un oceano di magma solidificato, verosimilmente ricco di ossidi di titanio; oppure proprio del nucleo dell’asteroide impattato che è ancora incorporato nel mantello della luna. Secondo alcune simulazioni, infatti, se il nucleo della Luna non è abbastanza fuso, la massa di ferro-nichel di un asteroide caduto addirittura 4 miliardi di anni fa può rimanere sospesa fino ai giorni nostri nel mantello superiore (tra crosta e nucleo) invece che piombare diretta versa il nucleo del satellite.

Il mistero permane, ma i dati che stiamo acquisendo aumentano (e non mi aspetto che ci saranno buone sorprese per i complottisti/ufologi). Il rover Yutu2 della missione cinese Chang’e 4, infatti, sta attualmente attraversando il cratere, raccogliendo dati mirati per trarre una conclusione definitiva sull’anomalia.

Credere è bello, scoprire, almeno in teoria, di più.

WU

Skypunch

In questi giorni nuvolosi guardo spesso il cielo vestendomi da bambino per vedere se riesco ancora ad immaginare qualche figura delineata dalle nuvole in cielo oppure se ogni mio connotato infantile si è estinto. Rimango spesso sorpreso, un po’ di sforzo ma in fondo soddisfatto.

Ad ogni modo, guardando una di queste nubi negli scorsi giorni ho notato una sorta di bucone nel centro di una di queste dalla forma vagamente circolare. Partendo da questo ricordo (ah, per la cronaca, la nube bucata mi ricordava vagamente una mezza forbice) mi sono imbattuto nel Fallstreak hole.

Si tratta effettivamente di questo fenomeno da “nube bucata” che si verifica quando la temperatura dell’acqua nella nube è al disotto di quella di congelamento, ma l’acqua in uno stato sopraffuso (raffreddata al di sotto della sua temperatura di solidificazione, ma senza che sia effettivamente solida) non si è effettivamente congelata (in genere per la mancanza di punti di nucleazione del ghiaccio). Quando i cristalli di ghiaccio iniziano a formarsi una sorta di effetto domino fa evaporare velocemente l’acqua ancora liquida e fa velocemente formare cristalli di ghiaccio. Il risultato è che la parte di nuvole circostante “evapora” lasciando il buco ed i cristalli di ghiaccio (se presenti in concentrazione non troppo elevata) crescono fino al punto di cadere (e diventare dolci e rade goccioline di pioggia).

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Di solito questi buchi si formano quando vengono introdotti dei cristalli di ghiaccio in questi ambienti sottosaturi per l’acqua liquida, ma supersaturi per il ghiaccio; ad esempio in seguito a forti raffiche di vento in quota o dopo il passaggio di un aereo. I ghiacciolini così introdotti si trovano circondati da goccioline supraffuse e causano l’effetto domino di cui sopra che ci lascia visibili buconi (the Bergeron process); praticamente fungono da punti di nucleazione per ghiaccioli che crescono sempre di più facendo velocemente congelare le gocce d’acqua vicine, finché una parte di nube “si consuma” ed il ghiacciolo precipita lasciando una hole punch cloud.

Formazioni del genere sono spettacolari se viste da satellite (beh, avete ragione, vista da lissù un po’ tutta questa Terra sembra spettacolare…). Ovviamente non voglio dire che fenomeno atmosferici del genere vengono facilmente (e volentieri) scambiati per segni di qualche intelligenza extra qualcosa (ma l’ho appena detto).

Mi da un po’ l’idea di una ferita nelle nuvole o di una forma d’arte di Madre Natura.

WU