SCIENZA – Pagina 19 – Il Poliedrico

Lo spessore delle atmosfere planetarie

di Umby 11 Maggio 2013 - 07:27 11 Maggio 2013 Astronomia, SCIENZA

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In questi giorni sto ricevendo un sacco di complimenti e messaggi di incoraggiamento per questo Blog. Purtroppo adesso ho pochissimo tempo da dedicare alla ricerca e allo studio, e rispondere alla decine dei vostri messaggi richiede proprio quello che non ho.
Come alcuni mi hanno chiesto, coloro che vogliono contribuire a questo sito offrendomi un caffè -in Italia si usa così -possono farlo attraverso il pulsante Donazione in fondo alla pagina sulla destra o cliccando sulla barra dei menù alla stessa voce. Sappiate comunque che vi ringrazio tutti per quanto scrivete.

La gravità è importante per trattenere una atmosfera. Per contro la temperatura svolge un ruolo altrettanto importante nel senso opposto.
Credit: Il Poliedrico

Quando si parla di esopianeti, di possibili altre forme di Vita e così via, diamo spesso per scontato troppe cose, come una atmosfera, che invece copre un ruolo molto importante nella dinamica di un pianeta.
Questa infatti offre scudo alle radiazioni ionizzanti provenienti dalla stella, protegge il suolo dai meteoriti più piccoli e infine modella la superficie del pianeta. Ma è anche un eccellente termoregolatore e la sua pressione al suolo favorisce o meno la presenza di acqua allo stato liquido ¹.

Lo spessore di una atmosfera è deciso fondamentalmente dall’equilibrio tra la velocità di fuga di un pianeta e la sua temperatura. Un piccolo pianeta – come ad esempio è Marte – non possiede una gravità così alta da mantenere una atmosfera così spessa come la Terra.
La temperatura media dell’atmosfera stabilisce la velocità delle sue molecole: più sale la temperatura e più queste sono veloci. Se la velocità di una molecola supera la velocità di fuga, questa si disperderà nello spazio, mentre una più bassa temperatura dell’atmosfera tratterrà più molecole.
La regola – empirica – generale è che se la velocità media di un gas è inferiore a 2 decimi della velocità di fuga almeno la metà sarà ancora trattenuto dal pianeta dopo un miliardo di anni, mentre se la velocità media supera questo valore almeno la metà abbandonerà il pianeta entro lo stesso arco di tempo ².

Velocità di fuga

La velocità di fuga ³ di un pianeta è abbastanza semplice da calcolarsi: $v_{fuga} = \sqrt {\frac{2Gm_{pianeta}}{distanza}}$, dove G è la Costante di Gravitazione Universale di Newton e la distanza è intesa come la distanza di un corpo dal centro di massa del pianeta. Per questo una molecola a 10 chilometri di quota potrà disporre di una velocità di fuga lievemente più bassa di una al livello del suolo. Può sembrare poco ma a volte anche questo è significativo.

Temperatura

La velocità molecolare è funzione della loro temperatura come conseguenza delle Leggi di Moto di Newton.
Credit: Il Poliedrico

La temperatura di un qualsiasi corpo non è altro che la misura del movimento – energia cinetica – delle sue molecole. Le molecole di un gas caldo si muovono più velocemente dello stesso gas freddo. Se questo gas viene raffreddato ulteriormente, acquista prima forma liquida e poi solida – transizione di fase. Allo stesso modo, un corpo solido se riscaldato a sufficienza diviene liquido e poi gas.
La relazione che lega la velocità molecolare con la temperatura è: $t=\frac{\left(m_{molecola} \cdot \bar{v}_{molecola}\right)^2}{3k_B}$, dove $k_B$ è la costante di Boltzmann ⁴, che vale $1,38 \cdot{10^{-23}} JK^{-1}$.
La velocità media di una molecola – o di un atomo – a una certa temperatura $t$ quindi è: $\bar{v}=\sqrt {\frac {3k_B \cdot t}{m_{molecola}}}$.
Ecco spiegato perché le molecole più pesanti a parità di temperatura si muovono più lentamente. Tra l’altro questa informazione aiuta a interpretare la composizione chimica di una atmosfera in base alla massa del pianeta e la sua distanza dalla stella: ad esempio un piccolo pianeta vicino alla sua stella -come Mercurio – potrà trattenere solo le molecole e gli atomi più pesanti ⁵, mentre pianeti più massicci e distanti possono trattenere un’atmosfera più spessa e composta da elementi più leggeri.

Il mistero dei barioni mancanti

di Umby 3 Maggio 2013 - 14:35 3 Maggio 2013 Astrofisica, Cosmologia, SCIENZA

L’ammasso di galassie nella Chioma di Berenice (Abell 1656) – Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA). Acknowledgment: D. Carter (Liverpool John Moores University) and the Coma HST ACS Treasury Team.

Nel 1933 l’astrofisico svizzero Fritz Zwicky, del California Institute of Technology, applicò un metodo di indagine chiamato teorema del viriale all’ammasso di galassie della Chioma e ottenne le prime prove dell’esistenza di una importante discrepanza tra la materia visibile e la massa misurata dell’ammasso.
Zwicky stimò che la massa totale dell’ammasso basata sui moti delle galassie vicino al suo bordo rispetto ad una stima in base al numero delle galassie totale dell’insieme era circa 400 volte più alta.
La gravità stimata delle galassie visibili nel ammasso sarebbe stata troppo piccola per giustificare la velocità di queste e quando ulteriori osservazioni confermarono in seguito i risultati di Zwicky, per i cosmologi si pose seriamente il “problema della massa mancante”.
Infatti a questo punto se si voleva mantenere intatto Il concetto dell’inverso del quadrato della distanza ( 1/R² dove R è la distanza) che è la base della teoria della gravitazione, nasceva un bel problema scientifico: come giustificare questa differenza? Cos’è questa materia che ha una importante influenza gravitazionale ma che è di fatto invisibile alle analisi ottiche/elettromagnetiche?

La galassia UGC 7321, un ottimo esempio di galassia cxircondata da un alone di materia oscura. Rielaborazione immagine: Il Poliedrico

La galassia UGC 7321, un ottimo esempio di galassia circondata da un alone di materia invisibile.
Rielaborazione immagine:
Il Poliedrico

Il Modello Cosmologico Standard suggerisce che tutto l’Universo è composto per il 4,9% da materia barionica – neutroni, protoni, elettroni (anche se questi non sono proprio barioni) – ordinaria, il 26,8% da una forma di materia totalmente sconosciuta che però produce effetti gravitazionali e per il 68,3% da energia oscura ^l2 ^l3.
Ma se spiegare quel 26,8% di materia oscura è già un grosso problema, figuriamoci spiegare che almeno la metà della massa barionica richiesta dal Modello Cosmologico Standard non si trova!
Certo questo è un bel rompicapo nel rompicapo, è come dover comporre un puzzle con tessere che sono a loro volta altri puzzle da comporre.

Oggetti di natura barionica fredda che non emettono luce possono essere pianeti, nane brune o anche dei semplici granelli di polvere, ma mentre una nube interstellare copre vaste regioni di spazio, un corpo massiccio di dimensioni megametriche ¹ intercetterà di certo meno luce di una nube grande svariati anni luce. Obbiettivamente però è difficile che una massa significativamente importante ² sia dispersa in miliardi di corpi massicci troppo piccoli per emettere o assorbire luce in maniera apprezzabile.
Questi oggetti massicci sono chiamati MACHO (MAssive Compact Halo Object) ma secondo le stime migliori possono rappresentare appena il 20% della massa totale di una galassia ³, certo rappresentano una parte importante della massa di una galassia, ma comunque sono sempre un po’ troppo pochi per giustificare la parte non rilevata di massa barionica.

Questa è una simulazione computerizzata dell’aspetto di circa 2 miliardi di anni di spazio che mette in evidenza lo WHIM.
Credit: Matthew Hall, NCSA.

Alcuni studi recenti inoltre mostrano che le singole galassie sono al centro di gigantesche bolle di gas ionizzato ⁴ di massa paragonabile alla galassia ospite. Data la rarefazione estrema, questo gas è ionizzato a temperature comprese tra i centomila e un milione di kelvin, quindi è quasi impossibile da vedere, visto che a quelle temperature le righe spettrali degli atomi dominano nei Raggi X.
Probabilmente la sua origine è legata ai venti stellari della galassia e modellato almeno in parte dal campo magnetico globale di questa.
Questo è lo WHIM (Warm-Hot Intergalactic Medium), ovvero mezzo intergalattico caldo, di cui le bolle galattiche sono solo una parte, che si estende tra le galassie dando all’Universo l’aspetto di ragnatela tridimensionale.

Forse è presto per dirlo, ma con i MACHO e lo WHIM almeno la tessera del puzzle che rappresenta la massa barionica mancante pare sia ricomposta e che in fondo questa sia stata ritrovata.
Adesso resta che capire cosa sia l’altro 84,5% della massa dell’Universo che chiamiamo Materia Oscura e che ancora sfugge alla nostra comprensione.
Sotto a chi tocca.

Breve storia dell’Universo

di Umby 26 Aprile 2013 - 09:50 26 Aprile 2013 Cosmologia, Pensieri & riflessioni

La storia dell’Universo.
Credit:grandunificationtheory.com

Sono nato quasi 14 miliardi di anni fa, minuto più, minuto meno, nel nulla più assoluto: non c’era alcuno spazio intorno a me e nessun tempo da misurare, quelli li ho creati io.

Fu un gran bel botto ma non c’erano orecchie per sentirlo, non le avevo ancora create.
Nacqui pieno di energia, una energia ancora misteriosa che neppure il più potente acceleratore di particelle o il più massiccio quasar potrà mai ricreare.

Eppure nell’arco di appena una frazione infinitesimale di un secondo la mia energia scemò fratturandosi in quattro forze che sono l’una lo specchio dell’altra, tutte alquanto simili ma molto diverse tra loro, mentre momentaneamente mi espandevo più veloce della luce.
Subito dopo una parte della mia energia si tramutò in materia e antimateria, che però non si sopportavano e scontrandosi si annichilivano. Ma tra le pieghe delle leggi con cui ero nato era nascosto il segreto che avrebbe permesso alla materia di uscire vittoriosa dallo scontro con l’antimateria.

Ne il primo, turbolento secondo la mia materia primordiale si raffreddò e si diluì nello spazio che via via stavo creando fino a che, dopo appena tre minuti, le mie particelle fondamentali si riunirono in particelle più complesse e in trecentomila anni in atomi.

Ora la materia increspava lo spazio curvandolo con il suo stesso peso creando i presupposti per il mio aspetto attuale: enormi filamenti, ponti che attraversavano tutto lo spazio vuoto come il tessuto di una spugna.

Dopo appena un miliardo di anni questi filamenti collassarono in gigantesche nubi, le protogalassie, che a loro volta si frammentarono in nubi più piccole che formarono le prime stelle.
Dai tempi in cui energia e materia erano unite tutto lo spazio risplendeva di luce blu, ma purtroppo ancora non c’erano occhi che mi potessero vedere.
Ben presto quelle magnifiche stelle blu esplosero disseminando tutto intorno a loro i semi che avrebbero costruito nuove generazioni di stelle e pianeti.

Finalmente in qualche angolo remoto di me stesso, con quegli elementi che adesso erano parte di me, mi evolsi ancora una volta: in Vita.
Per la prima volta in 13 miliardi di anni stavo per prendere coscienza di me stesso. Avevo creato occhi per vedermi e orecchie per sentire il mio respiro. Un cervello per pensare e intelligenza per comprendermi.

Intanto, continuo ancora ad espandermi ….

Gli straordinari risultati di AMS-02

di Umby 15 Aprile 2013 - 18:17 15 Aprile 2013 Cosmologia, Fisica, SCIENZA

Martedì scorso a Los Angeles il celebre cosmologo Stephen Hawking ha suggerito che l’unico modo che ha l’umanità di sopravvivere per i prossimi mille anni è quello di dedicarsi alla colonizzazione dello spazio. Questo è ragionevole: con otto miliardi di bocche da sfamare, gli equilibri economici e le risorse sempre più scarse, il rischio di guerre, pestilenze o catastrofi naturali, vivere su un solo pianeta come dice Hawking è veramente rischioso.
Ma anche andarsene da questo posto, la Terra, non è affatto facile.
Colonizzare altri mondi allo stato tecnologico attuale non è possibile. Potremmo costruire habitat orbitali come suggerì O’Neill nel 1976, colonizzare Marte con città protette da cupole gigantesche che trattengono l’atmosfera ¹, spingerci fino ai confini del Sistema Solare e in futuro forse fino alle stelle più vicine con immense navi generazionali. Il Cosmo è sicuramente il posto più inospitale in assoluto che ci sia, ma è anche quello che più ci fa sognare. Un vero salto nel buio.

Rappresentazione schematica dell’Alpha Magnetic Spectrometer. – Credit: INFN

Uno dei misteri più grandi del cosmo riguarda la sua composizione: secondo il Modello Cosmologico Standard l’Universo è composto per il 4,9% da materia ordinaria (barionica), il 26,8% da materia di cui non se ne conosce la natura (oscura) e per il 68,3% da energia oscura ² ³. Quindi l’84,5% di tutta la materia di tutto l’Universo sfugge alla nostra comprensione. L’unica cosa certa è che questa esotica forma della materia è sensibile all’interazione gravitazionale ma non emette o assorbe la luce.

Lo scorso 3 aprile il team di ricercatori guidati dal premio Nobel Samuel Ting del MIT/CERN ha annunciato che l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02 ⁴) dalla sua installazione sulla Stazione Spaziale Internazionale (2011) a fine 2012 oggi ha contato più di 400.000 positroni, l’equivalente antimateria degli elettroni.
Di per sé non è poi così difficile produrre positroni in laboratorio, basta bombardare la materia con fotoni ad alta energia ⁵ o sfruttare il naturale processo di decadimento radioattivo di alcuni isotopi (decadimento β+) ma, essendo il nostro universo dominato dalla materia, la sopravvivenza – emivita – di questa antiparticella è limitata all’incontro con un elettrone con cui si annichila emettendo due fotoni gamma da 511 kev emessi in direzioni opposte ⁶.

Il decadimento β+

Per questo rilevare 400 mila positroni fra i 25 miliardi di eventi ⁷ registrati in 18 mesi (maggio 2011 – dicembre 2012) è straordinario.
Che i raggi cosmici contenessero un po’ di antimateria era risaputo almeno dal 2009 ⁸, ma non in quantità così insolite: almeno il 10% del totale degli eventi dovuti a elettroni e positroni è dovuto da questi ultimi.

Una pulsar può accelerare le coppie di particelle-antiparticelle che AMS-02 ha rilevato.

Cosa produca tutti questi positroni in un universo di materia è un mistero. Questo potrebbe essere un indizio importante per scovare finalmente la materia oscura.

Per spiegare la natura della materia oscura sono state avanzate le più disparate teorie, dai neutrini massivi a particelle esotiche supersimmetriche ⁹ chiamate neutralini, che collidendo tra loro dovrebbero produrre un gran numero di positroni ad alta energia.

Un’altra sorgente di positroni molto meno esotica ma che vale comunque la pena di prendere in considerazione è nascosta nelle pulsar.
Le pulsar sono stelle di neutroni che si formano in seguito alle esplosioni di supernova. Questi resti ruotano sul loro asse migliaia di volte al secondo e hanno un campo magnetico milioni di volte più potente di quello che possiamo creare in laboratorio ¹⁰.
Le pulsar in pratica sono dei fantastici acceleratori naturali di particelle tra cui coppie di elettroni e positroni, che possono spiegare le quantità rilevate da AMS-02.
Come riconosce Samuel Ting l’unico modo per distinguere l’origine dei positroni è quello di raccogliere altri dati e coprire un più ampio spettro di energia che per ora l’Alpha Magnetic Specrometer ha solo iniziato a mostrare ¹¹.
L’ASM-02 rimarrà in funzione almeno fino al 2020 e potrà aiutare a risolvere finalmente il mistero della materia oscura.

Effetto serra nella primitiva atmosfera marziana

di Umby 11 Aprile 2013 - 17:28 11 Aprile 2013 SCIENZA, Sistema Solare

Purtroppo questo mese starò un po’ più lontano del solito da queste pagine. Lo scorso settembre decisi di dare una svolta alla mia vita e adesso quel momento è finalmente arrivato. Tranquilli, la mia assenza sarà solo temporanea, ve l’assicuro. Nel frattempo portate pazienza per un po’.

Rappresentazione artistica dell’interno di Marte.
Credit: NASA/JPL

Con la scoperta di bacini argillosi su Marte ad opera del rover Curiosity il dibattito sull’antica presenza di acqua su Marte si fa sempre più acceso ¹.

La presenza di acqua allo stato liquido presuppone che le condizioni ambientali marziane per un periodo passato siano state molto diverse da quelle attuali: innanzitutto Marte doveva essere molto più caldo di adesso. Come avevo evidenziato in passato ² la Zona Goldilocks del Sole attualmente si estende tra 0,8 e 1,2 U.A. dalla stella, mentre Marte orbita un po’ più in là, a circa 1,52 U.A. Quindi su Marte avrebbe dovuto essere presente un fenomeno naturale capace di innalzare la temperatura fin oltre i 273° kelvin, ossia di almeno 50 gradi centigradi rispetto alla radiazione solare attuale ³ e almeno 70° a quella presente durante il Periodo Noachiano. Un meccanismo naturale capace di innalzare così le temperature esiste eccome: è l’Effetto Serra ⁴. Alcuni gas hanno la capacità di trattenere il calore più di altri tanto da sconvolgere l’equilibro termico naturale ⁵.

Il Monte Olimpo, il più grande vulcano conosciuto del Sistema Solare.

Senza dubbio questi tre gas combinati insieme hanno prodotto sul primitivo Marte un massiccio effetto serra che ha innalzato le temperature quel tanto che era sufficiente a mantenere l’acqua liquida. Sicuramente un ruolo importante l’ha avuto la crosta marziana che nel momento in cui si è solidificata ha ceduto la parte di acqua e anidride carbonica che tratteneva dando origine a una primitiva atmosfera. Nuovi studi sull’ipotetica composizione chimica e le condizioni fisiche dell’interno marziano ⁶ suggeriscono che particolari condizioni del mantello fuso del pianeta possono essere state responsabili attraverso gli imponenti vulcani del pianeta del rilascio di quantità significative di metano – che sappiamo essere uno dei più potenti gas serra – nella sua atmosfera. Finché è durata l’attività vulcanica marziana quindi Marte ha goduto dei benefici di un potente effetto serra che ha reso la sottile atmosfera marziana – non dimentichiamoci che Marte è grande la metà della Terra e nove volte meno pesante – abbastanza densa e calda.

Come suggerisce anche la sua densità ⁷, Marte è il meno denso dei pianeti rocciosi e nonostante tutto la percentuale di ferro contenuta nel suo mantello è insolitamente alta rispetto agli altri pianeti interni. Questo indica che la differenziazione chimica nota anche come Catastrofe del Ferro non si è mai conclusa per il Pianeta Rosso. Complice le ridotte dimensioni, un’atmosfera più sottile, e probabilmente, meno elementi radioattivi pesanti come il torio (Th) e l’uranio (U) ereditati dalla nebulosa primordiale – che sulla Terra mantengono fluido il mantello e il nucleo – l’interno del pianeta si è raffreddato troppo presto, non si è sviluppato un nucleo fluido rotante capace di produrre un campo magnetico planetario importante in grado di proteggere l’atmosfera dall’azione ablativa del vento solare e dei raggi cosmici, si è interrotta l’attività vulcanica che alimentava l’atmosfera di metano.

Se Marte ha ospitato le condizioni a contorno necessarie allo sviluppo della vita, probabilmente queste si sono affacciate troppo presto e per troppo poco tempo nella storia marziana per essere significative.

Altri riferimenti:
NASA rover studies geology of Mars’s crater, Physics Today, 3 aprile 2013.
Martian interior inside Mars, Esa Mars Express 7 gennaio 2007.

M31 – PanSTARRS: una congiunzione straordinaria

di Umby 4 Aprile 2013 - 09:21 4 Aprile 2013 Astrofilia, SCIENZA, Senza categoria, Sistema Solare

Credit: Vesa Vauhkonen on April 2, 2013 @ Rautalampi, Finland

Bella, vero?
Questa foto è stata scattata L’altra sera da Vesa Vauhkonen a Rautalampi in Finlandia.
Per chi, come me, ha dovuto subire l’inclemenza meteorologica di tutto il mese di marzo, almeno la soddisfazione di vederla in cartolina … volete mettere?
A parte gli scherzi, non mi è proprio stato possibile vedere questa splendida cometa proprio per colpa del maltempo che ha colpito l’Italia praticamente per tutto il mese. E quando le condizioni meteo sembravano migliorare un attimino, il mio lavoro e altri impegni – non da ultimo la violazione del Blog – mi hanno tenuto lontano dallo scrutare il cielo.

Oltre alla mirabile estetica, c’è comunque un’altra ragione per cui ho scelto questa immagine. La congiunzione apparente di due astri fra loro lontanissimi almeno 2,5 milioni di anni luce. Una infatti è una galassia, Messier 31 conosciuta anche come la la Galassia di Andromeda, composta da mille miliardi di stelle che brillano di luce propria, mentre l’altra è una montagna di neve sporca che si è avvicinata al Sole e per questo sta sublimando gas che riflettono la luce del nostro astro.
Il loro accostamento nel cielo è solo apparente, esattamente come fa un qualsiasi altro pianeta del Sistema Solare che si proietta in una porzione di cielo che prende il nome dalla costellazione che ospita.
Esattamente come accade con le stelle fra loro lontanissime e indipendenti che condividono la stessa porzione di cielo e che noi, per comodità, per ragioni storiche e mitologiche, chiamiamo costellazioni.

Quindi quando sentirete parlare di Plutone nel Sagittario, Marte nei Pesci e Giove nei Gemelli sappiate che queste sono soltanto proiezioni apparenti e nient’altro; esattamente come la C/2011L4 PanSTARRS e M 31 che nella foto dominano la costellazione di Andromeda.

Carnevale della fisica n° 41, le conclusioni

di Umby 30 Marzo 2013 - 20:00 30 Marzo 2013 Pensieri & riflessioni, SCIENZA

Questo 41esimo Carnevale della Fisica improntato a “La Fisica e la saggezza contadina” è terminato. Il prossimo, il numero 42, avrà come tema “Personaggi e scoperte della Fisica moderna, da Planck e Einstein all’LHC” e sarà ospitato nel mese di aprile sul blog Scienza e Musica di Leonardo Petrillo a cui cedo il prestigioso testimone.
Per me è stata una così stimolante esperienza che invito tutti i bloggers scientifici a farla almeno una volta e non è detto che mi riproporrò di ospitare una delle prossime edizioni di questa straordinaria iniziativa.
E adesso permettetemi questa digressione, anche se ovviamente sarebbe stato più opportuno parlare di fisica nel Carnevale della Fisica. Vorrei più in generale parlare di Scienza, vista la vastità dei temi trattati e le importanti riflessioni che questi stimolano.

Perché, secondo l’opinion mia, a chi vuol una cosa ritrovare, bisogna adoperar la fantasia, e giocar d’invenzione, e ‘ndovinare

Galileo Galilei,
Contro il portar la toga

In fondo è proprio questo lo spirito della Scienza, ricerca scoperte e invenzioni sono state possibili solo quando come uomini abbiamo abbandonato la rozza e primitiva natura di animale e abbiamo iniziato a interrogarci sul “di là” delle cose. Così abbiamo scoperto il fuoco, la natura dei metalli e la ruota. Abbiamo “adoperato la fantasia” e siamo riusciti a misurar le stelle, come ha scritto sul suo blog Dropsea Gianluigi Filippelli in Misurare le distanze celesti, a scoprire gli angoli più intimi della materia con il Large Hadron Collider in La natura ama nascondersi – sempre di A. Filippelli, a studiare la natura più intima della materia come ci mostra Massimo Auci con SPECIALE BOSONE DI HIGGS: LE CONSEGUENZE su Gravità Zero, a inventarci cose sempre più straordinarie giocando con la luce come ci mostra Annarita Ruberto con i suoi interessanti contributi pubblicati su Scientificando su: La Femtofotografia: Il Mondo Ad Un Trilione Di Fotogrammi al secondo e in KM3NeT: Telescopio Sottomarino Per Neutrini Cosmici.

Vi chiederete cosa c’entri tutto questo col tema di questo Carnevale. C’entra, perché è la volontà di superare i limiti naturali che conta, non chi li supera.
Ad esempio ora tutti noi diamo per scontato forse troppe cose, il frigo che mantiene freschi i nostri alimenti, l’energia elettrica nelle nostre case, i trasporti veloci, ma non è sempre stato così, almeno per quasi tutta la nostra storia su questo pianeta.
I nostri antenati avevano imparato a farsi le loro previsioni meteo giorno per giorno senza i supercomputer e i satelliti ¹ che abbiamo imparato a costruire oggi, e senza quei preziosi strumenti come la radio e la televisione ² che quotidianamente ci informano, semplicemente guardando il tramonto, come ci racconta Mauro Merlotti in Rosso di sera sul suo Zibaldone Scientifico. Blog che sfogliandolo – anzi vi invito a scorrere anche gli altri blog che qui cito, troverete cose altrettanto interessanti, ci regala altre perle simili come Equinozio di primavera e, giusto per rimanere in tema con la Pasqua, 118. … e la data della Pasqua?
Sabrina Masiero di Tuttidentro ci racconta che fu un contadino appassionato di astronomia, Johann Georg Palitzsch, ad osservare il previsto ritorno della cometa di Halley la notte di Natale del 1758 nel suo Le comete e gli antichi, quando ancora si credeva – in verità qualcuno le teme ancora oggi – che le comete fossero fonte di sciagura e maledizioni.
Eppure proprio i contadini, i nostri avi, non erano solo depositari di saperi che solo oggi la scienza sa spiegare, ma seguivano regole del buon vivere in armonia con la natura che purtroppo oggi abbiamo dimenticato, come ci ricorda Rosa Maria Mistretta nel suo COME I CONTADINI PREVENIVANO LE FRANE… su La Scuola del Sapere. Non solo tecniche di prevenzione del degrado del territorio quindi, ma come dimostra Andrea Mameli nel suo Linguaggio Macchina con l’articolo Il verme tagliato perdona l’aratro. Ma non il trattore, l’incredibile sviluppo tecnologico applicato all’agricoltura senza alcun criterio scientifico è addirittura fonte di aberrazioni incredibili e inaspettate che soltanto oggi a quasi cent’anni dall’invenzione del primo trattore a combustione interna ³ iniziamo a comprendere.

Tutto questo ovviamente mi fa riflettere: cosa sono dunque il sapere, la conoscenza? Sono questi sinonimo di scolarizzazione e progresso?
Ecco quello che volevo mostrare quando ho scelto questo tema.
La scolarizzazione non previene la superficialità nell’affrontare i problemi della nostra esistenza come non è affatto vero che credere acriticamente in non meglio identificate influenze astrali degli oroscopi, nelle scie chimiche o nelle alchimie alternative sia sinonimo di mentalità progressista.
E qui si ritorna agli insegnamenti del Sommo Galileo, allo osservare e sperimentare, alla vera chiave della conoscenza scientifica.
Anche quando è impensabile verificare sperimentalmente una rivoluzionaria idea come la deriva dei continenti – ce ne parla su Gravità Zero Tiziana Brazzatti ⁴ nel suo ANCHE LA “SCIENZA” SBAGLIA: WEGENER E LA TEORIA DELLA DERIVA DEI CONTINENTI – occorre reimparare a guardarsi intorno e sforzarsi di capire, come cercò di fare Darwin nel 1835 quando ipotizzò un possibile nesso tra il terremoto del 20 febbraio 1835 in Cile, la precedente eruzione del vulcano Osorno a cui assistì e le naturali formazioni geologiche che aveva osservato esplorando le Ande durante il suo lungo viaggio col brigantino Beagle.
E la Saggezza Contadina in fondo è appunto questa: imparare a osservare e sforzarsi di capire il mondo che ci circonda, che esso sia un tramonto, una volta stellata o un mucchietto di uva appassita, come ho spiegato nel mio La scienza del vino dei miracoli su questo blog.

Quando esiste la volontà di superare il limite, di andare oltre le proprie conoscenze allora si fa della buona Scienza. A questo punto appare chiaro che perfino la scolarizzazione è solo uno strumento, un mezzo che ci aiuta a comprendere meglio le cose, non il fine ultimo della nostra esistenza.
Il grande astronomo Milton L. Humason aveva solo una formazione scolare primaria, eppure questo non gli impedì di assistere Edwin Hubble nelle sue ricerche cosmologiche e di essere un ottimo scienziato.
E così oggi scopriamo che Wegener amava i palloni aerostatici, che ci hanno tanto aiutato a comprendere la natura del mondo, e gli aquiloni, che sono sì giochi da bambini, ma anche strumenti di indagine degli straordinari fenomeni elettrici dell’atmosfera.
Giocattoli e giochi da bambini, come le stranote bolle di sapone con cui i nostri nonni hanno sicuramente giocato, pur non sapendo assolutamente niente dei complessi fenomeni fisici e chimici che danno origine alla loro straordinaria natura che sempre Annarita Ruberto narra nel suo articolo: Affascinanti Bolle Di Sapone E Tensione Superficiale.

Vedete? io ci vedo un nesso tra tutte queste storie che narrano di scoperte scientifiche, invenzioni, di tecnologia. Sono tutte frutto di chi ha saputo osare al di là delle proprie conoscenze, di chi ha saputo guardare il mondo con occhi di bambino come se lo vedesse per la prima volta. Higgs avrà forse immaginato la natura della massa delle particelle come se queste dovessero farsi strada nella gelatina, Wegener come se i continenti del Globo fossero le tessere di un puzzle, Einstein si ispirò per la Relatività Speciale immaginandosi a cavallo di un raggio di luce, mentre l’umile contadino avrà una volta accarezzato le messi al tramonto sicuro di una bella giornata per il dì successivo. Tutti loro hanno saputo guardare il mondo con occhi nuovi, lontani da qualsiasi forma di ortodossia che suggeriva loro di lasciar perdere.

ps. non credevo che arrivassero così tanti contributi per questa edizione del Carnevale che fino a pochi giorni fa temevo andasse deserta. E siccome non è mia intenzione non citarli, eccovi l’elenco completo di tutti i lavori che mi sono pervenuti in ordine di arrivo.
Spero che li leggerete come ho fatto io, sorseggiando un buon vinsanto invecchiato seduti comodi in una poltrona. Se poi non sapete come nasce il vinsanto, ve lo spiego nel mio articolo:

La scienza del vino dei miracoli di Umberto Genovese
COME I CONTADINI PREVENIVANO LE FRANE… di Rosa Maria Ristretta
LA FUGA E LA FISICA di Leonardo Petrillo
Le comete e gli antichi di Sabrina Masiero
I viaggi dell’Orsa Maggiore di Gianluigi Filippelli
Misurare le distanze celesti di Gianluigi Filippelli
Esperimento sulla dilatazione termica di Gianluigi Filippelli
Caricare un condensatore di Gianluigi Filippelli
Ancora sui condensatori di Gianluigi Filippelli
La natura ama nascondersi di Gianluigi Filippelli
Rosso di sera di Mauro Merlotti
Affascinanti Bolle Di Sapone E Tensione Superficiale di Annarita Ruberto
Higgs Boson Mural di Annarita Ruberto
Le Fontane Di Encelado E Le Altre Lune Di Saturno di Annarita Ruberto
La Femtofotografia: Il Mondo Ad Un Trilione Di Fotogrammi al secondo di Annarita Ruberto
KM3NeT: Telescopio Sottomarino Per Neutrini Cosmici di Annarita Ruberto
PANSTARRS, Aurore Boreali E Cascate Gullfoss In Un Solo Colpo di Annarita Ruberto
ANCHE LA “SCIENZA” SBAGLIA: WEGENER E LA TEORIA DELLA DERIVA DEI CONTINENTI di Tiziana Brazzatti
SPECIALE BOSONE DI HIGGS: LE CONSEGUENZE di Massimo Auci
Il verme tagliato perdona l’aratro. Ma non il trattore di Andrea Mameli

La scienza del vino dei miracoli

di Umby 27 Marzo 2013 - 19:06 27 Marzo 2013 SCIENZA

Questa volta non parlerò di stelle o pianeti, neppure di particelle o di energie.
Visto che ospito questa edizione del Carnevale della Fisica e visto il particolare tema che ho scelto, voglio narravi di come si ottiene un particolare liquore tipico della provincia senese, e che stante una certa leggenda legata proprio alla città di Siena, qui ha avuto le sue origini: il vinsanto.

La leggenda vuole che durante la Peste Nera ¹ del 1348 che decimò la popolazione europea, A Siena alcuni frati francescani usassero curare le vittime del terribile flagello con un particolare vino aromatico prodotto dall’Ordine per celebrare le loro funzioni. Da qui nacque la convinzione che questo vino avesse proprietà miracolose e per questo fu chiamato santo.

Che questo celebre liquore avesse proprietà miracolose oggi non è dato sapere ², ma sicuramente l’intero processo della sua produzione rasenta del miracoloso, visto che a dispetto della semplicità con cui viene prodotto, tralasciando gli intrugli enologici moderni prodotti con lieviti e batteri selezionati in laboratorio, non è affatto certo che al termine del necessario processo di invecchiamento si ottenga un liquore gradevole, uno appena bevibile o peggio.
Ovviamente non tutti i tipi di uva e non tutta l’uva di un determinato tipo può essere usata in questa produzione un po’ particolare; l’uva deve essere scelta tra i migliori grappoli che non devono essere né troppo grandi o piccoli, presentare i chicchi ben separati tra loro e soprattutto devono essere ben asciutti. Per cui, per ottenere un buon vinsanto, la vendemmia deve necessariamente avvenire di sera o comunque quando l’umidità dell’aria non è condensata sui grappoli ³. In questo caso si parla appunto di vendemmia per scelti.

“E non sonavano Campane, e non si piangeva persona, fusse di che danno si volesse, che quasi ogni persona aspettava la morte; e per sì fatto modo andava la cosa, che la gente non credeva, che nissuno ne rimanesse, e molti huomini credevano, e dicevano: questo è
fine Mondo”.
Agnolo di Tura
(cronista senese)

Il passo successivo e sicuramente più importante – che richiede anche meno lavoro manuale a parte l’invecchiamento: la passitura.
L’uva raccolta viene stesa su stuoie naturali, normalmente graticci di canne, ad appassire in un luogo riparato dalle intemperie eppure aperto alla naturale ventilazione.
Il vero segreto di un buon vinsanto sta appunto tutto nei lieviti naturali, o selvaggi, che l’uva raccoglie durante questo lungo periodo ⁴.
Infatti quello che per un normale vino oggi non è affatto desiderabile, cioè una fermentazione incontrollata dovuta ai lieviti selvaggi capaci di alterarne irrimediabilmente il sapore, Il naturale processo di passitura dell’uva favorisce invece lo sviluppo di questi lieviti, muffe e batteri spontanei che aiutano la fermentazione successiva del mosto.
Questi misteriosi lieviti selvaggi sono tipici di un determinato habitat naturale, ognuno ne ha uno proprio autoctono e particolare: la presenza di un fiume, di un bosco o di un frutteto favoriscono una determinata famiglia di lieviti e di batteri piuttosto che un’altra. Anche la normale circolazione dell’aria è importante nella diffusione di questi agenti: per questo il solo spostare il luogo di passitura dà origine a importanti variazioni sul risultato. Ne è la riprova che cambiare luogo anche di diversi metri come una stanza può cambiare drasticamente il gusto del liquore finale.

Il Facciatone del Duomo di Siena
Credit: Il Poliedrico

Al termine del lungo periodo di passitura è normale scoprire che molti frutti si sono ricoperti di un sottile strato di muffa. Questa è chiamata muffa nobile ed è una dei responsabili proprio del sapore caratteristico di molti vini passiti ⁵, che ha il compito di rimuovere altra acqua, altre a quella persa nella disidratazione naturale della passitura, dalle uve lasciando dietro di sé una percentuale più elevata di solidi, come gli zuccheri, acidi della frutta e minerali.
Il mosto ottenuto dalla spremitura è infatti incredibilmente dolce, merito sicuramente della qualità dell’uva, ma più importante è questo processo di passitura che sottrae acqua e arricchisce l’uva dei preziosi, in questo caso, lieviti selvaggi.
Il mosto finale ottenuto per spremitura viene infine fatto riposare in recipienti di legno chiamati caratelli ⁶ da cui è stato tolto (svinato) il vinsanto precedente, accuratamente sigillati con ceralacca e riposti in luoghi dove l’escursione termica notte/giorno, estate/inverno è massima. In genere un solaio senza finestre o un sottotetto non coibentato è eccellente.
Queste escursioni termiche aiutano la fermentazione e l’invecchiamento del liquore in modi veramente inaspettati.
Normalmente in un vino la fase di fermentazione rigorosamente dura pochi giorni – da 24 ore per i bianchi più leggeri fino a 15-25 giorni per i vini più corposi – mentre in questo caso viene fatta durare anni, perché?
La lunghissima fermentazione continuamente attivata e interrotta dalle notevoli escursioni termiche ambientali produce quelle sostanze secondarie responsabili dei gusti e degli aromi tipici di questo liquore, mentre l’ambiente sigillato del caratello impedisce l’ossidazione indesiderata del liquore e impone una fermentazione anaerobica del mosto ⁷ fin da subito.
Alla fine accade che la concentrazione alcolica sale fino a inibire ogni forma fermentazione ⁸ – questo dipende dalla resistenza della flora del lieviti selvaggi iniziale – mentre gli zuccheri e i sali minerali ancora non processati in parte contribuiscono all’aroma finale.
La defecazione ⁹ avviene spontaneamente, durante tutto il tempo in cui il liquore sta nel caratello.
Così si forma la madre, la feccia ¹⁰ residua del mosto, che a dispetto dell’aspetto melmoso e marrone è straordinariamente dolce ¹¹.
Questo sottoprodotto residuo anticamente era considerato quasi altrettanto prezioso quanto il liquore. Si credeva che fosse il responsabile principale della riuscita del vinsanto, tant’è che veniva conservato altrettanto gelosamente del liquore, oppure venduto a chi non aveva la fortuna di approfittare di lieviti selvaggi buoni. In pratica invece è ricchissimo di zuccheri non degradati dal processo di fermentazione e sali minerali. Ormai nella madre della ricca flora del mosto non c’è rimasto niente, o quasi.
Il suo riuso nelle nuove fermentazioni ha il solo l’effetto di tramandare particolari aromi sviluppati nei cicli precedenti alle nuove fermentazioni e nient’altro.

Questo è il vero segreto di un vino considerato miracoloso, tramandato da generazioni di contadini che di muffe, lieviti e batteri non sapevano assolutamente niente ma che dalla loro avevano l’acume di scienziati e che lo sperimentare non faceva paura.

Una congiunzione invisibile

di Umby 22 Marzo 2013 - 17:00 22 Marzo 2013 Astronomia, SCIENZA, Senza categoria, Sistema Solare

Credit: Il Poliedrico

Come avevo sommariamente indicato nel nuovo calendario disponibile su questo Blog proprio oggi avviene una congiunzione stretta fra Marte e Urano.
Il momento di massimo avvicinamento apparente si verificherà tra polco intorno alle 18:oo UTC, le 19:00 in Italia. In quei minuti l’evento sarà sotto l’orizzonte per il nostro paese, ma in verità anche le altre località nel mondo non sono messe meglio vista l’estrema vicinanza del Sole alla posizione apparente dei due pianeti.
Anche in questo caso ci viene incontro una delle sonde spaziali che studiano perennemente il Sole, appunto la SOHO con il suo coronografo a largo campo: lo strumento Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) C3, capace di un campo visivo da 3,7 a 32 raggi solari.
a Voi lo spettacolo dell’evento!

Image credit: Nasa/SOHO/LASCO C3
Elaborazione grafica: Il Poliedrico

Carnevale della fisica n° 41, seconda chiamata!

di Umby 20 Marzo 2013 - 09:38 20 Marzo 2013 SCIENZA

Per la prima volta nella sua storia Il Poliedrico ospita un Carnevale della Fisica, il numero 41.
Il tema scelto per questa edizione è sicuramente impegnativo, la fisica e la saggezza contadina, ma senz’altro intrigante per i tanti punti di contatto che due mondi così lontani eppure, spesso inconsaspevolmente, condividono.
Mancano solo altri sette giorni per raccogliere il vostro contributo a questa edizione (qui trovate il regolamento), che ho deciso comunque di estendere per l’occasione anche a chi non ha un suo blog offrendo ospitalità a chi vorrà partecipare inviando una semplice email a carnevaledellafisica@ilpoliedrico.com o a info@ilpoliedrico.com.
Se avete inviato le vostre opere e non avete avuto una conferma dell’avvenuta ricezione comunicatemelo, anche sulla pagina ufficiale del Blog su Facebook o commentate qui sotto, a volte capita che qualcosa purtroppo si smarrisca, e questo non è desiderabile.

Dunque buon Carnevale della Fisica a tutti, vi aspetto numerosi.
Cieli Sereni

Categoria: SCIENZA