Categoria: research

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

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Il cavallo che non era un cavallo

E non era un asino, un puledro e neanche un mulo. Era una nave. Eh?! Procediamo (tentiamo) con ordine.

Sui banchi di scuola ci hanno insegnato per generazioni che Ulisse era un pozzo di astuzia, almeno secondo Omero prima e Virgilio poi. Questi, addirittura su ispirazione della dea Atena, dopo una decina di anni di assedio della città di Troia ebbe un’idea per un brillante escamotage.

Fingendo la resa e simulando il rientro in patria, i Greci lasciarono sulla spiaggia, proprio dinanzi alle mura di troia, un cavallo di legno. L’oggetto era mastodontico e cavo ed al loro interno nascondeva i guerrieri più valorosi fra gli achei (… e mi sono sempre chiesto come facessero a stare tutti ammassati nella pancia del ligneo equino con i loro scudi, lance e corazze).

Il cavallone fu fatto passare per un dono dei Greci ad Atena per placarne l’ira causata dalla profanazione del suo tempio ad opera di Ulisse. Ovviamente davanti al dono per una divinità non puoi tirarti indietro, ed i Troiani sfondarono addirittura parte delle loro solide mura (bella ricompensa per aver resistito ad una decade di assalti) per far entrare il cavallo nella loro città. Il resto è “storia”, ed anche delle più cruente dato che nottetempo i Greci fuoriuscirono dal “dono” e con fuoco e sangue conquistarono la città.

Il tutto con un cavallo? Se lo dice la leggenda…

Non ho detto nulla di nuovo (e ciò già di per se non è una cosa nuova), ma bisogna aggiungere che Omero era un vecchio “lupo di mare”. Sia nell’Iliade che nell’Odissea da estrema perizia di conoscenze navali e marinaresche. E beh?!

La stessa conoscenza di cose nautiche forse non era applicabile a tutti i suoi “discepoli” che vedendosi dinanzi testi tecnici li tradussero più che altro letteralmente. Da questi tecnicismi si apre lo scenario per un colossale e millenario errore di traduzione (che è a sua volta un cavallo di Troia per far entrare un po’ di magia nella fortezza inespugnabile della nostra razionalità). E lo stesso vale/varrebbe per il nostro cavallo (almeno secondo questa interessante teoria dell’archeologo F. Tiboni).

Hippos, era in origine. Ed in greco, ovviamente, Hippos, sta per cavallo. Ma (e finalmente c’è un ma) Hippus era anche un maestro d’ascia fenicio che inventò un tipo di imbarcazioni fenice dotate di una polena caratteristica ed evocativa: una testa equina. Imbarcazioni chiamate in gergo navale (almeno ai tempi di Omero) Hippos, appunto.

CavalloTroia.png

Che poi se ci azzardiamo a mettere un attimo da parte la legenda e far appello di un po’ di logica, avrebbe anche più senso. Che i Greci, davanti alle mura di Troia, si mettono a costruire, magari senza essere visti o dare nell’occhio, un giga-cavallo? Sulla spiaggia dinanzi troia forse sta meglio una nave che un cavallo. Nelle viscere della nave è forse più facile nascondere orde di soldati invece che nel pancione del bestio? Navi colme di doni per placare le ire degli dei sono forse più sensate, ed all’epoca più comuni, di “cavalli di Pasqua”.

Col senno di poi tutto è più ragionevole (e non dico facile). Non ho basi decenti per giudicare la teoria, ma a naso la trovo assolutamente calzante. Non smetterò però di raccontare la magia del cavallo di Troia.

WU

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

Modalità di default

Devo (e sono certo di non essere l’unico) ringraziare la mia rete celebrale di default. Che cosa è? Diciamo che è quella cosa che noi tutti usiamo ed abusiamo nella nostra realtà di tutti i giorni per sopravvivere, solo non sapevamo che si chiamasse così, anzi non sapevamo neanche che esistesse…

Default mode contributions to automated information processing è l’articolo che riassume la ricerca (che va avanti dal 2001) condotta dall’università di Cambridge che ha identificato questo sistema che noi sfruttiamo da millenni inconsapevolmente (?).

Using a cognitive flexibility task, we show that a set of brain regions collectively known as the default mode network plays a crucial role in such “autopilot” behavior, i.e., when rapidly selecting appropriate responses under predictable behavioral contexts. While applying learned rules, the default mode network shows both greater activity and connectivity.

Praticamente è il nostro autopilota mentale… e di ottimo livello! Ci consente tutte quelle operazioni routinarie anche complesse senza necessità di concentrarsi più di tanto (beh, non possiamo addormentarci quando siamo alla guida su un percorso che conosciamo benissimo, ma questo è un’altro discorso…).

Il cervello, normalmente, si accende in maniera settoriale in base agli stimoli specifici che riceve (area della vista, udito, e via dicendo), ma quando entriamo in modalità autopilota, il nostro cervello è come se già conoscesse le regole dell’ambiente circostante e non richiede l’attivazione di area specifiche. Passa a fare più che altro affidamento sulla memoria invece che “mobilitare” i centri decisionali.

In addition to dealing with variable demands of the environment in everyday life, we are continuously faced with routine, predictable challenges that require fast and effective responses. In an fMRI-based cognitive flexibility task, we show greater activity/connectivity centered on the default mode network during such automated decision-making under predictable environmental demands.

Lo evochiamo per tutte quelle situazioni che non consideriamo più particolarmente problematiche o degne di nota e lasciamo i nostri “gangli decisionali” liberi per l’imprevisto, per l’elucubrazione, o per la distrazione.

Ed ovviamente la scoperta, oltre ad accendere una luce su come facciamo a sopravvivere alla nostra routine getta anche le basi per identificare le basi di varie problematiche neurologiche. Ad esempio un difetto passaggio del pensiero razionale al controllo automatico (o il viceversa) potrebbe essere alla base di problemi di memoria, deficit di attenzione, impulsività, deficit di controllo razionale, o comportamenti compulsivi.

Furthermore, functional interactions between this network and hippocampal and parahippocampal areas as well as primary visual cortex correlate with the speed of accurate responses. These findings indicate a memory-based “autopilot role” for the default mode network, which may have important implications for our current understanding of healthy and adaptive brain processing

Ciao, oh mio autopilota, non ti conoscevo prima d’ora, ma ti sono già profondamente grato, a te ed a chiunque ti abbia installato nel mio pacchetto base.

WU

Multitasking da piccioni

Considerando che sono fra le razze animali che apprezzo meno questo genere di notizie non mi desta particolare piacere.

Cioè mi volete dire che per alcuni aspetti sono addirittura migliori di noi? Lo so che mi sto avventurando in un campo minato (per me il concetto di migliore è molto aleatorio, soggettivo e temporalmente definito), se non altro per il fatto che loro, almeno, sanno volare.

Ad ogni modo, il perno su cui stiamo costruendo la nostra società sempre di corsa, sempre connessa, sempre stressata, ovvero il multitasking sembra essere una loro prerogativa…

Abbiamo per decenni sostenuto che la “nostra” (ovvero prerogativa di tutti i mammiferi) corteccia celebrale fosse la nostra marcia in più. Il nostro vantaggio evolutivo era in quei sei (lo scopro ora) strati di corteccia che facevano viaggiare i nostri neuroni alla velocità della luce.

Ora ci accorgiamo che i piccioni hanno funzioni celebrali superiori, come il multitasking anche senza tale corteccia, ma solo grazie ad un elevata densità (non numero) di neuroni. Il che spiegherebbe anche perché i volatili riescono a “sembrare svegli” come una scimmia anche avendo meno neuroni, un cervello più piccolo e non avendo corteccia celebrale.

Ovviamente lo studio, una ricerca dell’università di Bochum, passa da un campione sperimentale sia di bipedi che di volatili. 15 uomini vs 12 piccioni nella sfida di passare da un compito all’altro il più velocemente possibile (come abbiano convinto i piccioni a farlo è per me un mistero). Il passaggio fra i due compiti doveva essere o contemporaneo (meglio) al limite con un ritardo entro i 300 milli-secondi. Beh, i piccioni sono riusciti, nel caso di “multitasking con ritardo” di essere in media 250 milli-secondi più veloci degli uomini.

In the first case, real multitasking takes place, which means that two processes are running simultaneously in the brain, those being the stopping of the first task and switching over to the alternative task. Pigeons and humans both slow down by the same amount under double stress.

In the second case – switching over to the alternative task after a short delay – the processes in the brain undergo a change: the two processes, namely stopping the first task and switching over to the second task, alternate like in a ping-pong game. For this purpose, the groups of nerve cells that control both processes have to continuously send signals back and forth. The researchers had assumed that pigeons must have an advantage over humans because of their greater nerve cell density. They were, in fact, 250 milliseconds faster than humans.

Non lo sopporto.

WU

PS. Non posso non notare:

The study was financially supported by the German Research Foundation under the umbrella of the project “Entwicklung eines neuronalen Kausalmodells zu Mechanismen von Zielaktivierungsprozessen im ‘Multitasking’” (“Development of a neuronal causal model for target activation mechanisms in ‘multitasking’”).

PPSS. Quindi… magari il fantomatico uomo-piccione esistesse realmente 😀

uomopiccione.png

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.

Didgeridoo

Se lo vedete è più facile che capiate di cosa sto parlando. Ed è anche più facile che pronunciarne il nome (onomatopeico, l’avreste mai detto?). Si tratta praticamente di quella specie di lungo tubo che è uno strumento musicale australiano. Gli aborigeni dell’isola, infatti, da qualche migliaio di anni sono capaci di prendere un tubo di forma più o meno regolare, da perfettamente cilindrico a svasato, cavarlo e renderlo uno strumento a fiato (più precisamente della categoria degli aerofoni ad ancia labiale).

Si va da un metro e mezzo a più di due metri e mezzo, tipicamente di eucalipto e tradizionalmente partendo da quei rami già internamente scavati dalle termiti. Decorazioni ed incisioni a piacere, ovviamente.

Ma il vero motivo per cui mi ci sono imbattuto è che è stato di recente oggetto di studio. Studio musicale? Archeologico? Etnologo? Beh, non proprio.

Pare che il Didgeridoo abbia un particolare effetto benefico sul sonno. Si, avete capito bene. Soffrite di una di quelle sindromi da apnee notturne ostruttive o in generale disturbi respiratori del sonno (e lo dico dopo una notte completamente in bianco, e non per via della respirazione)?

Basta, “semplicemente” suonare per una mezz’ora il lungo tubone per una media di 5,9 giorni a settimana (praticamente ogni sera!) per risolvere la questione. Respirerete meglio e russerete meno (voi…) oltre che ridurrete anche la sonnolenza diurna (e certo, dormirete meglio!)

AS, a didgeridoo instructor, reported that he and some of his students experienced reduced daytime sleepiness and snoring after practising with this instrument for several months. In one person, the apnoea-hypopnoea index decreased from 17 to 2. This might be due to training of the muscles of the upper airways, which control airway dilation and wall stiffening

E lo studio, neanche a dirlo degno vincitore dell’IgNobel per la Pace del 2017, sottolinea il fatto che russare meno ed essere più svegli durante il giorno diminuisce sostanzialmente il disturbo e lo stress di chi vive, ed in particolare dorme con voi.

Regular playing of a didgeridoo reduces daytime sleepiness and snoring in people with moderate obstructive sleep apnoea syndrome and also improves the sleep quality of partners. Severity of disease, expressed by the apnoea-hypopnoea index, is also substantially reduced after four months of didgeridoo playing.

IgNobel per la Pace (almeno quella domestica) assicurato!

WU

PS. Studio a molte mani (e continenti) condotto su 25 volontari australiani (e di dove senno?) che data ben 2005!