Le grandi domande della vita: Con l'ombrello nel sistema solare

Tutto inizia quando, per il mini-laboratorio EcoParole in scena, è stato chiesto ai partecipanti di portare un oggetto legato alla tematica del laboratorio. Il mio primo pensiero, che ha ben poco a che fare con la domanda cui andremo a rispondere in questo post, è stato l'ombrello. L'immagine che mi è arrivata subito, infatti, è stata quella di due pagine di una delle classiche riviste patinate, tipo Oggi (se non ricordo male era proprio quella), su cui erano state pubblicate, all'alba del disastro di Cernobyl, due pagine con un intero set per difendersi dalle piogge acide dovute alle nubi cariche di radiazioni. E in quel set c'erano impermeabili, cappelli, stivali e anche un ombrello.
Da questo punto di vista, quindi, l'ombrello diventa il simbolo di un disastro non solo economico, ma soprattutto ambientale dovuto all'incuria del genere umano anche relativamente alle proprie cose (e non solo quelle ambientali). Però ragionandoci un po' mi è sorta spontanea un'altra domanda: ma l'ombrello che utilità potrebbe avere nel sistema solare?

Topolino #3621: Cambio della guardia

Con il #3621 inizia un nuovo ciclo di storie per Paperinik, che viene preso in custodia da un nuovo sceneggiatore: Bruno Enna. La lunga gestione di Marco Gervasio era iniziata quasi 6 anni fa con Tutto cominciò così su Topolino #3316. Tra qualche alto, soprattutto nelle ultimissime storie, e molte perplessità, Gervasio ha riportato su Topolino una visione del personaggio, vagamente nostralgica forse, come scrive il direttore Alex Bertani nell'editoriale di apertura. In qualche modo persino anacronistica anche nei confronti delle caratterizzazioni degli altri personaggi disneyani che grazie a un certosino lavoro di autori proprio come Enna (ma non solo lui) erano riusciti a superare la visione martiniana.

La regola dei pianeti

In fisica i modelli teorici sono di diversa natura. Il modello cui tende qualunque teorico che si rispetto è un modello in grado di prevedere tutto possibilmente senza aver bisono di alcuna costante. Queste, al massimo, emergono man mano che le condizioni al contorno evolvono. I modelli generalmente più sottovalutati sono, invece, quelli fenomenologici, ovvero basati sui dati sperimentali, che forniscono poche previsioni e che, soprattutto, non permettono di formulare alcuna congettura sulle cause del fenomeno stesso: lo descrivono e basta.
Uno dei modelli fenomenologici più famosi in particolare in astronomia è la legge, o più precisamente la regola di Titius-Bode. A farla chiamare così è, essenzialmente, la sua natura fenomenologica. Per farla breve, indipendentemente uno dall'altro, forse partendo da fonti simili, gli astronomi tedeschi Johann Daniel Titius e Johann Elert Bode formularono una legge matematica che descriveva le posizioni dei corpi celesti nel Sistema Solare, fornendo anche alcune predizioni sulle posizioni di possibili nuovi oggetti.
Dal punto di vista matematico la regola era descritta dalla formula

Le grandi domande della vita: Allineamenti

Si è da poco chiusa la diretta di EduINAF dedicata all'allineamento planetario tra Giove, Saturno e Venere. In effetti Venere non si è palesato, a causa della sua bassa altezza sull'orizzonte, per cui la live è ruotata intorno ai due pianeti giganti gassosi. Oltre ai telescopisti presenti (da Trieste, Palermo e soprattutto Roma, dove per fortuna c'era un cielo bellissimo) era presente anche Federico Tosi che ha raccontato diverse curiosità sui pianeti giganti e risposto ad alcune delle domande dal pubblico. Ad altre abbiamo pensato a rispondere io e Sandro Bardelli.
In particolare ho risposto a un paio di domande che vi ripropongo, fresche fresche, qui sotto:

Le grandi domande della vita: Un Mercurio sorprendente

Dopo l'edizione speciale dedicata a EduINAF de Le grandi domande della vita, non ho più riproposto la serie di articoli sporadici usciti di là anche qui. Visto che generalmente quei contributi non li rilancio su twitter, mi sembra cosa buona e giusta riprendere l'usanza, partendo però da una domanda cui non ho risposto io, ma Stefano Sandrelli:

Il pianeta più vicino alla Terra

Il quesito, posto da uno dei giovani partecipanti al concorso di scrittura creativa per bambini Via Lattea Quaraquarinci, può essere riassunto con la domanda su quale sia il pianeta più vicino alla Terra.
La risposta breve è: Venere. Per arrivare a questa risposta, però, possiamo fare due ragionamenti differenti. Partiamo dalla distanza media tra il Sole e la Terra: 149597887 km. Questa distanza, per sempicità di calcoli, è stata definita dagli astronomi 1 Unità astronomica (UA). Usando questa unità di misura, le distanze degli altri pianeti dal Sole saranno dei numeri abbastanza semplici da trattare, come nel caso di Venere, che si trova a 0.723 UA, o Marte, che si trova a 1.52 UA. Facendo un paio di sottrazioni, scopriamo che la distanza tra Venere e la Terra sarebbe, all'incirca, 0.28 UA, mentre quella tra Marte e la Terra 0.52 UA.

Autostop nel Sistema Solare

Su EduINAF è uscito un articoletto dedicato alla Guida Galattica per Autostoppisti di Douglas Adams. Una roba divertente, ma che contiene anche un interessante contenuto informativo, legato al moto del Sistema Solare. Infatti quest'ultimo ruota intorno al centro della Via Lattea e questo implica che la nostra posizione nello spaziotempo si modifica continuamente, non solo perché il tempo scorre, ma anche nelle altre tre dimensioni spaziali. E in tutto questo tacendo il fatto che anche la Via Lattea si sposta!
Ad ogni buon conto mi sono divertito così tanto che ho realizzato un video a partire dalla gif animata che si trova nell'articolo recitando in sottofondo un passo dalla versione originale di The Restaurant at the end of the Universe:

Le grandi domande della vita: Tutto sotto sopra

Avevo voglia di scrivere una nuova puntata ufficiale di questa serie che oramai è così aperiodica e casuale che se ne sono perse le tracce. L'ultima volta che qualcosa è uscito con la parvenza di appartenere a questa rubrica è stato a novembre dello scorso anno, mentre è a luglio sempre del 2020 che risale l'ultima uscita ufficiale. In questo caso, spulciando tra il post in bozza che contiene alcune domande interessanti prese da Quora, mi imbatto in una particolarmente intrigante che mi stimola a riprendere la rubrica, foss'anche solo per questo mese in tutto il 2021: cosa c'è sotto il nostro Sistema Solare?

Progetta il tuo alieno

Iniziano i lavori sulla versione in italiano di astroEDU. Questo è uno dei miei primi contributi: la traduzione dell'attività sulla progettazione di una vita aliena in grado di sopravvivere su un mondo extra-terrestre. Le indicazioni per recuperare l'attività completa, sia in inglese sia in italiano, sono in fondo al post. Qui le informazioni fondamentali. Buona lettura!

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La vita può essere trovata quasi ovunque sulla Terra, dai poli all’equatore, dal fondo del mare a chilometri sotto la superficie, dalle valli asciutte alle acque sotterranee. Nel corso degli ultimi 3,7 miliardi di anni, la vita sulla Terra si è adattata a quasi ogni ambiente immaginabile. Ma cosa rende la Terra così perfettamente adatta a sostenere la vita?

Distanza dal Sole

La Terra si trova nella “zona abitabile” del nostro Sistema Solare, che è la stretta banda all’interno della quale può esistere l’acqua liquida. Se la Terra fosse più vicina al Sole, i suoi oceani evaporerebbero, impedendo l’esistenza della vita così come la conosciamo. Se il nostro pianeta orbitasse più lontano dal Sole, gli oceani congelerebbero e il ciclo dell’acqua che permette la vita sarebbe inesistente.
La “zona abitabile” non è limitata al nostro Sistema Solare: è l’area intorno a ogni stella dove la temperatura è “quella giusta” per l’esistenza di acqua allo stato liquido. Queste zone non sono così fredde da farla ghiacciare o così calde da farla bollire. Per le stelle più calde, la zona abitabile è più lontana dalla stella, mentre per quelle più fredde è più vicina.

Autisti marziani

Narrazione leggera, brillante e ironica dei nostri primi passi su Marte

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Foto dell'area di impatto di Schiaparelli sul suolo marziano

La missione ExoMars 2016 ha avuto un doppio esito, positivo per il satellite di comunicazioni messo in orbita intorno a Marte, e che servirà per la missione successiva, negativo per il lander, che invece si è schiantato su Marte. L'ammartaggio di Schiaparelli ha, infatti, avuto esito negativo a causa di un non meglio identificato problema tecnico: a quanto pare il computer ha frenato il lander per appena 3 dei 30 secondi previsti. La causa di questo malfunzionamento potrebe essere una malprogrammazione del software o una difficoltà nell'incrocio dei dati provenienti dai sensori.
Ovviamente ci sarà nei prossimi quattro anni la necessità di capire l'origine del problema, per poter ridefinire la missione che dovrebbe portare nel 2020 un vero e proprio rover, come il famoso Spirit della Nasa.
Questi dispositivi mobili che vengono periodicamente inviati su Marte non si muovono di loro iniziativa, ma vengono guidati da Terra, con grande precisione, attenzione e lentezza, essenzialmente a causa dei 14 minuti per inviare e ricevere informazioni dal pianeta rosso. Tra gli attuali Autisti marziani che lavorano presso il JPL della Nasa c'è anche l'italiano Paolo Bellutta che, coadiuvato da Stefano Dalla Casa, ha scritto un'interessante guida per i suoi aspiranti colleghi!

Rotta verso Barsoom

L'uomo di Marte ha esplorato le possibilità di sopravivenza di uno scienziato rimasto solo sulla superficie marziana. Questo vero e proprio Robinson Crusoe del terzo millennio (e si spera che su Marte ci andremo entro questo millennio!) può essere considerato come un passo intermedio (ancora da compiere) nel processo di colonizzazione del pianeta rosso, iniziato, seppure in maniera indiretta, nel 1964 grazie alle prime foto scattate dal Mariner 4, la prima delle sonde terrestri a riuscire nell’impresa di avvicinarsi a sufficienza al pianeta.
Fino ad allora l'osservazione di Marte era stata fatta da lontano utilizzando il classico strumento dell'astronomo: i telescopi. Sebbene le osservazioni rislagono fino agli albori della civiltà, i più noti osservatori del pianeta sono stati considerati Giovanni Schiaparelli e Percival Lowell. In particolare quest'ultimo, a causa di una cattiva traduzione degli scritti dell'italiano, suggerì che sulla superficie marziana abitasse un popolo tecnologicamente avanzato. L'equivoco era nato a causa della traduzione del termine "canali", reso in inglese con "canals", utilizzato per i "canali artificiali", mentre Schiaparelli intendeva "canali naturali", suggerendo così un'idea forse meno forte di vita intelligente sul nostro vicino cosmico, ovvero quella di presenza di acqua corrente su un altro pianeta del sistema solare.
Ad ogni buon conto le idee di Lowell scatenarono gli scrittori di fantascienza, in particolare Edgar Rice Burroughs, che così trovò materiale per ideare la saga di John Carter eroe di Barsoom (il nome natio di Marte secondo Burroughs), e H.G. Wells con la sua Guerra dei mondi.
Tornando all'esplorazione di Marte, il passo successivo furono le missioni Viking, 1 e 2. Esse erano costituite da un orbiter e da un lander, con quest'ultimo che avrebbe effettuato l'esplorazione vera e propria del suolo marziano. Possiamo considerarli come i veri primi pionieri della possibile futura colonizzazione del pianeta.
Tra alterne fortune l'importante passo successivo avviene nel 1997 con l'entrata in orbita del Mars Global Surveyor e il successivo atterraggio del Pathfinder il 4 luglio del 1997, che però non arriva solo: deposita, infatti, il primo rover della storia del pianeta, il Sojourner. E ovviamente a guidarlo, da Terra e con un ritardo di 14 minuti circa, c'è il primo team di autisti marziani!

Un grazioso modello del sistema solare

Dopo aver visto il video con cui apro questo post (via Keplero) ho pensato immediatamente al modello di Nizza (o Nice model, in originale), un modello simulativo sulle dinamiche, nel tempo, del nostro sistema solare sviluppato da Rodney Gomes, Harold F. Levison, Alessandro Morbidelli, Kleomenis Tsiganis in un terzetto di articoli pubblicati su Nature vol.235.
Innanzitutto vediamo come si ritiene si sia formato il sistema solare: secondo il modello di Kant-Laplace, il nostro sistema planetario si è formato a partire da una nube densa e massiccia di gas molecolare costituito soprattutto da idrogeno. E' all'interno di questa nube che avviene la formazione dei pianeti con il più o meno lento addensarsi della materia. In particolare la teoria suppone che i pianeti giganti si siano formati su orbite circolari e coplanari^{(3, 5)}. All'interno di questa descrizione, tutti i pianeti si sono sostanzialmente formati nella posizione attuale. Il modello di Nizza, invece, suggerisce che tutti gli oggetti del sistema solare si sono formati in una posizione differente e che una perturbazione nelle orbite a forzato i pianeti verso le attuali e più stabili orbite.
Il nucleo del modello originale è stato sviluppato da Gomes, Morbidelli e Levison nel 2004⁽⁷⁾

Studiamo la migrazione planetaria in un disco di planetesimi libero da gas. Nel caso del nostro sistema solare mostriamo che Nettuno potrebbe avere avuto sia una migrazione smorzata, limitata a poche UA, sia una migrazione forzata fino al bordo del disco, in dipendenza della densità di massa del disco. Studiamo anche la possibilità di una fuga (runaway migration) dei pianeti isolati in un disco moltomassivo, che potrebbe essere rilevante per sistemi extra-solari. Investighiamo il problema della perdita di massa della fascia di Kuipert alla luce della migrazione planetaria e concludiamo che la fascia perde massa da ben prima che Nettuno raggiungesse la sua attuale posizione. Quindi Nettuno ha effettivamente colpito il bordo estremo del disco proto-planetario. Investighiamo anche le dinamiche degli embrioni planetari massicci inclusi nel disco dei planetesimi. Concludiamo che l'eliminazione degli embrioni di massa pari alla Terra o a Marte originariamente posti all'esterno dell'iniziale posizione di Nettuno richiede l'esistenza di un bordo del disco vicino alle 30 UA.

In questo primo articolo si trova anche un modellino analitico sul processo di migrazione. Innanzitutto si calcola la variazione nel tempo del semiasse maggiore $a_P$ del pianeta: \[\frac{\text{d} a_P}{\text{d} t} = \frac{k}{2 \pi} \frac{M(t)}{M_P} \frac{1}{\sqrt{a_P}}\] dove $M(t)$ è la quantità di materia in orbita che incrocia l'orbita del pianeta, $M_P$ la massa del pianeta, $k$ un parametro per la distribuzione di quelle orbite.
L'evoluzione di $M(t)$ è descritta dalla seguente equazione: \[\dot M (t) = -\frac{M(t)}{\tau} + 2 \pi a_P |\dot a_P| \sigma (a_P)\] dove $\tau$ è il tempo di decadimento dei planetesimi, $\sigma$ la densità superficiale dei planeteseimi non ancora scatterati (quelli, cioè, che non hanno subito urti: in questo senso è anche da intendersi il tempo di decadimento dei planetesimi), $\dot a_P$ il tasso di migrazione planetario, $\dot M (t)$ il decadimento della popolazione dei planetesimi dovuto alla dinamica finita della vita media dei planetesimi.
Sostituendo la prima equazione nella seconda, si ottiene: \[\dot M (t) = \left ( \frac{1}{\tau} + |k| \sqrt{a_P} \frac{\sigma(a_P)}{M_P} \right ) M(t)\] E la soluzione di quest'ultima equazione è data da: \[M(t) = M(0) \text{e}^{\alpha t}\] dove \[\alpha = \frac{1}{\tau} + |k| \sqrt{a_P} \frac{\sigma(a_P)}{M_P}\] che è indipendente dal tempo.
A questo punto si possono avere due situazione: $\alpha$ negativo, $\alpha$ positivo.
Nel primo caso la velocità di migrazione è troppo bassa per compensare la perdita di planetesimi: la migrazione è detta migrazione smorzata.
Nel secondo caso $M(t)$ cresce esponenzialmente e la migrazione, detta forzata, è auto-sostenuta.

Dopo che i pianeti giganti si sono formati e la nube gassosa circumsolare si è dissipata, il sistema solare era composto da Sole, pianeti, e da un disco di detriti dei planetesimi.

La migrazione dei pianeti è così causata da un cambiamento nel momento angolare dovuto all'urto con i planetesimi.

Simulazioni numeriche⁽⁴⁾ mostrano che Giove è stato forzato a muoversi verso l'interno, mentre Saturno, Urano e Nettuno verso l'esterno.

Un esempio di output prodotto dalle simulazioni di Nizza è grafico seguente:

Codice sorgente per l'embedding del Sistema Solare

Questo è lo screenshot di una simulazione che qualche giorno fa ha segnalato Roberto sul suo Buzz.
Ho cercato un modo di incorporare la simulazione all'interno di un blog e, modificando questo, ho ricavato questo codice di embedding:

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</object>

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Aggiornamento al 10 giugno 2016: l'animazione flash originale non è più disponibile. Grazie ad archive-org sono riuscito a recuperare l'animazione, che ho caricato sul mio Google Drive, aggiornando il codice di embedding qui sopra.