Voyager 1 oltre il sistema solare… fra 17.000 anni

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16 aprile 2013

Voyager 1 oltre il sistema solare... fra 17.000 anni
Cortesia ESO

La sonda lanciata 36 anni fa dalla NASA sta per oltrepassare l’eliopausa, la zona in cui il flusso di particelle emesso dal Sole è così diluito da non superare la resistenza della rarefattissima “atmosfera” interstellare, e smette di espandersi. Ma è ancora ben all’interno dei confini del sistema solare – ossia di quella regione in cui la gravità del Sole domina sulle forze gravitazionali della galassia e delle altre stelle – che si possono porre ai margini della nube di Oort, a 1,1 anni luce da noidi Caleb A. Scharf

spazio astrofisica

Le recenti discussioni sulla possibilità che la sonda Voyager 1 abbia “lasciato il sistema solare” hanno ignorato alcuni dettagli critici. Il limite della radiazione delle particelle emesse dal Sole non è il confine fisico del contenuto del sistema solare, ma è il punto di passaggio in quella rarefattissima atmosfera di materia e campi magnetici che riempie lo spazio tra le stelle della nostra galassia.

L’argomento è recentemente tornato d’attualità, perché dopo 36 anni di viaggio sembra che la sonda Voyager 1 stia attraversando una zona che è stata descritta come una “autostrada magnetica”, nella quale le linee del campo magnetico del Sole si connettono a quelle che pervadono lo spazio interstellare della nostra galassia. Ciò indica che Voyager 1 sta per oltrepassare l’eliopausa, la zona di transizione nella quale l’incredibile flusso di radiazione particellare (roba come elettroni e protoni) emessa dal nostro Sole è ormai così diluito da non riuscire a farsi strada nella tenue radiazione interstellare. Questo è il punto di ingresso nel mezzo interstellare, in un certo senso nell’atmosfera della Via Lattea.

Ma questo ha portato ad alcuni commenti fuorvianti sulla “fine del nostro sistema solare”. Il 20 Marzo, la NASA ha quindi rilasciato una dichiarazione per cercare di chiarire la confusione su dove sia il Voyager:

“Il team di Voyager è a conoscenza di rapporti secondo cui il la sonda Voyager 1 della NASA avrebbe lasciato il sistema solare”, ha detto Edward Stone, del California Institute of Technology di Pasadena, in California, e membro del progetto Voyager.  “Il team scientifico del Voyager è concorde nell’affermare che Voyager 1 non ha ancora lasciato il sistema solare o raggiunto lo spazio interstellare. Nel dicembre 2012, il team scientifico del Voyager ha riferito che Voyager 1 si trova all’interno di una nuova regione, ‘l’autostrada magnetica’, in cui sono radicalmente cambiate le particelle energetiche. L’indicatore critico definitivo del raggiungimento dello spazio interstellare è un cambiamento nella direzione del campo magnetico e questo cambiamento di direzione non è stato ancora osservato.”

Tuttavia, anche la dichiarazione della NASA non spiega adeguatamente la differenza tra “lasciare il sistema solare” e “raggiungere lo spazio interstellare”, una differenza che vale per il nostro sistema solare come per qualsiasi altro.

Come ogni stella normale, il Sole crea ciò che è in effetti una bolla di propri effluvi. Lo fa esercitando una pressione opposta all’ambiente interstellare, ma più ci si allontana, più questa pressione si indebolisce. Il punto esatto in cui la pressione solare diventa uguale alla pressione circostante dipende da molti fattori. Per esempio, dai campi magnetici che interagiscono con la materia elettricamente carica,  ma anche, e molto, da dove ci troviamo nella galassia e dalla densità locale dell’atmosfera interstellare, che è in continuo cambiamento lungo la nostra orbita galattica, che percorriamo in circa 230 milioni di anni.

Voyager 1 oltre il sistema solare... fra 17.000 anni
La sonda Voyager 1 (l’icona di veicolo spaziale più in alto) si trova in una turbolenta regione vicina all’interfaccia. (Cortesia NASA/JPL-Caltech)

Le regioni con un’atmosfera interstellare densa o media, portano a una drastica riduzione della dimensione della bolla del Sole, restringendo l’eliopausa. Anche le variazioni di attività solare hanno analoghi effetti. In altre parole, l’eliopausa non è un “confine” fisso del nostro sistema solare, ed è un caso che attualmente si trovi al di là di tutti i pianeti maggiori.

Certo, è in ogni caso il luogo in cui l’atmosfera estesa del Sole lascia il posto all’atmosfera della galassia in generale. Quindi, si può dire che al di là di essa c’è lo spazio interstellare, ma si rischia di generare confusione: non significa abbandonare il sistema solare, ma solo che si è immersi in un mezzo diverso, il mezzo interstellare e non più il mezzo solare.

Ma se l’eliopausa – al cui interno si trova attualmente Voyager 1 – non è il confine del sistema solare, dove finisce allora?

Bella domanda. A mio parere il marcatore fisico più ragionevole è la distanza dal Sole a cui la sua gravità non è più in grado di mantenere oggetti in orbite stabili a lungo termine. In altre parole è la distanza alla quale la debole azione di altre stelle e le sottili variazioni del campo gravitazionale netto di tutta la materia della Via Lattea sono in grado di turbare e destabilizzare la traiettoria dei solitari e freddi corpi che si trovano là fuori.

Il problema è che, come per l’eliopausa, questo confine  potrebbe non essere sempre alla stessa distanza dal Sole. Ancora una volta, il nostro movimento intorno alla galassia e l’azione di altre stelle e corpi celesti di paesaggio comportano un lento cambiamento del paesaggio gravitazionale.  Ciò nonostante, una stima approssimativa indica che si tratta di circa un anno luce di distanza. Non a caso questo è l’ipotizzato limite esterno della nube di Oort, una vasta struttura costituita da migliaia di miliardi di detriti ghiacciati scagliati verso l’esterno quando si formarono i nostri pianeti circa 4,5 miliardi di anni fa.

Voyager 1 oltre il sistema solare... fra 17.000 anni
Un raffigurazione artistica della nube di Oort. (Cortesia NASA)

La nube di Oort è la probabile origine delle comete a lunghissimo periodo, oggetti che per completare le orbite che li portano verso l’interno del sistema solare possono impiegare da centinaia a milioni di anni. Per esempio, per vedere di nuovo la cometa West – che è stata osservata l’ultima volta nel 1976 e sta tornando verso il punto più lontano della sua orbita a circa 1,1 anni luce di distanza – bisognerà attendere circa 6 milioni di anni.

Tutto ciò significa che, per quanto il vecchio caro Voyager potrebbe aver cominciato a sperimentare un po’ di fresca brezza galattica, è ancora molto, molto lontano dall’oltrepassare quel nutrito gruppo di “scogli” che ci separano dallo spazio interstellare veramente aperto.

In effetti, un anno luce è pari a circa 63.240 unità astronomiche (UA), e il Voyager è attualmente a circa 124 UA dal Sole; allontanandosi da esso a circa 3,6 UA all’anno, ci vorranno altri 17.500 anni (più o meno) per andare oltre la nube di Oort esterna.

Dire che il Voyager ha lasciato il sistema solare è quindi un po’ prematuro.

(Caleb Scharf è direttore del centro di astrobiologia della Columbia University. La versione originale di questo articolo è apparsa su scientificamerican.com l’8 aprile 2013. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

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Ritorno al passato remoto per il clima

Fisica/Physics, Geologia/Geology

11 dicembre 2018

Ritorno al passato remoto per il clima
 (© Science Photo Library / AGF)

L’effetto serra sta invertendo una tendenza generale al raffreddamento della Terra, il cui clima nel giro di un secolo o poco più potrebbe tornare a somigliare a quello di circa tre milioni di anni fa, se non addirittura di 50 milioni di anni fa. La preoccupazione maggiore è che in tutta la sua storia la vita non ha mai dovuto affrontare cambiamenti così veloci(red)

clima ambiente scienze della terra

Se le emissioni di gas serra si stabilizzeranno entro il 2030, il clima futuro della Terra dovrebbe assestarsi in condizioni simili a quelle che esistevano nel Pliocene medio, circa 3,3 milioni di anni fa. In caso contrario, vale a dire in assenza di una mitigazione delle emissioni, fra il 2100 e il 2150 il clima globale dovrebbe somigliare a quello del primo Eocene, circa 50 milioni di anni fa. È la conclusione di un gruppo di ricercatori, che illustrano il loro studio sui “Proceedings of the Nartional Academy of Sciences”.

Nel Pliocene, caratterizzato da un clima generalmente arido, le temperature erano tra 1,8 e 3,6 °C più elevate di oggi, mentre nell’Eocene le temperature globali superavano in media quelle odierne di ben 13 °C e le regioni artiche erano coperte da foreste e paludi simili a quelle che si trovano oggi nel sud degli Stati Uniti.

Ritorno al passato remoto per il clima
Ricostruzione di Leptictidium, mammifero vissuto all’inizio dell’Eocene, nel suo ambiente. Anche in periodi molto più caldi del nostro la vita è prosperata, ma non ha mai dovuto affrontare cambiamenti climatici veloci come quello che si prospetta oggi. (© Science Photo Library / AGF)

Tutte le specie viventi attuali hanno antenati che sono riusciti a sopravvivere e anche a prosperare in quei climi, ma quello che preoccupa gli scienziati è la velocità con cui potrebbero avvenire questi cambiamenti: “Ci stiamo muovendo verso cambiamenti molto drastici in un arco di tempo estremamente rapido – ha osservato Kevin D. Burke, primo firmatario dell’articolo, dell’Università del Wisconsin-Madison– invertendo nel giro di pochi secoli una tendenza al raffreddamento planetario durata ere geologiche.” Di fatto, sottolineano i ricercatori, il cambiamento in atto sembra avvenire più velocemente di qualsiasi altro che la vita sul pianeta abbia mai sperimentato.

Per arrivare a questa conclusione Burke e colleghi hanno confrontato i diversi scenari climatici previsti dai modelli dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) con quelli, testimoniati da dati geologici, di diversi periodi del passato: a partire dall’era pre-industriale (prima del 1850) all’Olocene medio (6000 anni fa) all’ultimo periodo interglaciale (129.000-116.000 anni fa), per scendere progressivamente al più remoto passato, fino agli inizi dell’Eocene.

Nelle ere geologiche più lontane nel tempo, all’inizio furono le aree al centro dei continenti a risentire maggiormente dei cambiamenti, che poi ampliarono i loro effetti verso l’esterno: questo, dicono i ricercatori, è plausibile che avvenga anche in futuro. Rispetto al passato però c’è una differenza: in quasi il nove per cento del pianeta, in particolare in zone dell’Asia orientale e sudorientale, nell’Australia settentrionale e lungo le coste delle Americhe, dovrebbero presentarsi condizioni climatiche locali “nuove”, per le quali cioè i ricercatori non hanno trovato nulla di analogo nelle epoche preistoriche esaminate.

È morto il Nobel Riccardo Giacconi

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11 dicembre 2018

È morto il Nobel Riccardo Giacconi
 (Franco Cavassi/AGF)

Aveva 87 anni, nel 2002 aveva ricevuto il premio Nobel per la fisica ed era considerato il padre dell’astronomia a raggi X. Dal 1993 al 1999 aveva diretto l’European Southern Observatory. In suo ricordo pubblichiamo un articolo scritto per “Le Scienze”di (red)

fisica astrofisica

Domenica 9 dicembre, all’età di 87 anni, è morto il fisico Riccardo Giacconi, nato a Genova. Premio Nobel nel 2002, Giacconi era considerato il padre dell’astronomia a raggi X. Dopo la laurea in fisica all’Università degli Studi di Milano, nel 1959 si trasferì negli Stati Uniti, in Massachusetts, per lavorare all’American Science and Engineering, società presso cui cominciò lo studio della radiazione X proveniente dal cosmo.

Nel 1962 ottenne un risultato di enorme importanza, la scoperta della prima sorgente X al di fuori del sistema solare; questa scoperta motivò la costruzione e il lancio di UHURU, all’inizio degli anni settanta, il primo osservatorio orbitante per raggi X. Trasferitosi nel 1973 all’l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Giacconi guidò la costruzione dell’osservatorio spaziale HEAO-2 (noto anche come Einstein). E in seguito partecipò alla progettazione del telescopio Chandra per raggi X, lanciato nel 1999 e ancora in funzione. Dal 1993 al 1999 fu direttore dell’European Southern Observatory.

Nel 1980 sul numero di aprile “Le Scienze” ha pubblicato l’articolo L’Osservatorio Einstein. Il pdf è disponibile gratuitamente a questo link.

Voyager 2 è arrivato nello spazio interstellare

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11 dicembre 2018

Voyager 2 è arrivato nello spazio interstellare
(Credit: JPL/NASA) 

I dati degli strumenti della sonda della NASA, lanciata nel 1977, non lasciano dubbi, ha lasciato l’eliosfera, la bolla di particelle e campi magnetici prodotti dal Sole, e si è inoltrata nello spazio interstellare. I ricercatori sperano di ottenere preziose informazioni sull’interazione dell’eliosfera con i gas presenti nello spazio(red)«

spazio agenzie spaziali astrofisica

Abituati come siamo ai film di fantascienza, viaggiare nello spazio interstellare non sembra essere un grande risultato. Eppure è solo la seconda volta che una macchina prodotta dagli esseri umani raggiunge questa regione dello spazio profondo. A varcare la fatidica soglia del bordo esterno dell’eliosfera, la bolla protettiva di particelle e campi magnetici creata dal Sole, è stata la sonda Voyager 2 della NASA lo scorso 5 novembre. Ne ha dato ora notizia l’agenzia spaziale statunitense, dopo un’attenta analisi dei dati inviati a Terra.

La missione ha tutte le caratteristiche di una vera esplorazione di un territorio sconosciuto. Voyager 1 – sonda gemella di Voyager 2 lanciata nel 1977, a distanza di 16 giorni – era già riuscita a raggiungere il mezzo interstellare nel 2012, ma il suo Plasma Science Experiment (PLS), lo strumento che avrebbe dovuto dare la conferma dell’uscita dall’eliosfera, ha smesso di funzionare già da molti anni. Per questo, è in grado di fornire dati solo parziali su ciò che incontra nel suo viaggio.

Voyager 2 è arrivato nello spazio interstellare
Illustrazione della sonda Voyager 2 che lascia l’eliosfera. (Credit: JPL/NASA)

Su Voyager 2 invece tutto sembra funzionare a dovere. Il PLS rileva velocità, densità, temperatura, pressione e flusso del vento solare. Questo flusso ha avuto un brusco calo proprio intorno allo scorso 5 novembre: è il segnale che la sonda ha lasciato l’eliosfera. La conferma è poi giunta da tre strumenti diversi, tra loro indipendenti.

Voyager 2 si trova attualmente a circa 18 miliardi di chilometri dalla Terra, e quindi i segnali che trasmette, che viaggiano alla velocità della luce, arrivano sul nostro pianeta circa 16,5 ore dopo l’invio (per confronto, la luce solare arriva sulla Terra circa otto minuti dopo che è stata emessa).

“Lavorare su Voyager mi fa sentire un esploratore, perché tutto quello che stiamo vedendo è nuovo”, ha spiegato John Richardson, principal investigator dello strumento PLS. “Anche se Voyager 1 ha attraversato l’eliopausa nel 2012, lo ha fatto in un altro luogo e in un momento diverso, e senza i dati PLS. Quindi stiamo ancora vedendo cose che nessuno ha mai visto prima”.

Il progetto dei ricercatori della NASA è arrivare a una descrizione minuziosa, grazie a diverse missioni di osservazione, della fisica dell’interazione dell’eliosfera con il costante vento interstellare. Quest’ultimo è una sorta di vento apparente, dovuto al fatto che il nostro sistema solare si muove, con tutti i suoi pianeti, all’interno della galassia. E in questo movimento attraversa masse di gas neutro, che penetra nell’eliosfera, generando un’interazione seguita a distanza dagli strumenti del satellite Interstellar Boundary Explorer (IBEX) della NASA. Per il 2024 la NASA sta anche preparando un’ulteriore missione: l’Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP).

“Le Voyager occupano un posto molto speciale per noi eliofisici”, ha concluso Nicola Fox, direttore della Heliophysics Division della NASA. “I nostri studi partono dal Sole e si estendono a tutto ciò che tocca il vento solare. Avere le Voyager che inviano informazioni sul bordo dell’influenza del Sole ci permette di dare uno sguardo senza precedenti su un territorio veramente inesplorato”.

DNA spaziale: trovato il pezzo mancante della Cianometanimina

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13 dicembre 2018

DNA spaziale: trovato il pezzo mancante della Cianometanimina

Comunicato stampa – Un gruppo internazionale di astronomi guidato da Víctor M. Rivilla dell’INAF di Arcetri (Firenze) ha scoperto l’abbondante presenza nello spazio interstellare di questa molecola, considerata un precursore dell’adenina, uno dei “mattoni” del DNAINAF

astrofisica 

Roma, 13 dicembre 2018 – Capire l’origine della vita sulla Terra studiando le nubi molecolari della Via Lattea? È possibile ed è quello che sta cercando di fare un team internazionale di astronomi guidati da Víctor M. Rivilla, ricercatore dell’INAF di Arcetri a Firenze con un contratto Marie Sk?odowska-Curie, nell’ambito del programma AstroFIt2. Gli esperti hanno avvistato per la prima volta nel mezzo interstellare, il “serbatoio” che alimenta la formazione di stelle e pianeti nell’Universo, la parte mancante della molecola Cianometanimina (Z-HNCHCN) che si pensa essere un precursore di una componente chiave del DNA e dell’RNA, cioè l’adenina. La scoperta è stata effettuata con i dati raccolti dal radiotelescopio IRAM di 30 metri a Granada, in Spagna.

Modelli teorici hanno suggerito che l’adenina possa essere formata da molecole più semplici contenenti idrogeno (H), carbonio (C) e azoto (N). In particolare, i dimeri di HCN (molecole con 2 atomi di H, C e N) sono considerati i ”mattoni” fondamentali per la formazione dell’adenina. È per questo di cruciale importanza dal punto di vista astrobiologico capire come i dimeri HCN si formano nello spazio.

La Cianometanimina si presenta in due forme diverse, una delle quali (l’isomero E) era già stato rilevato alcuni anni fa in una nube gigante di gas, distante circa 25 mila anni luce dalla Terra. Dell’isomero Z nessuna traccia per molto tempo, almeno fino a questo momento. Víctor M. Rivilla spiega: “Abbiamo deciso di cercarlo nella nuvola molecolare gigante G+0.693-0.027 nel centro della nostra galassia. Abbiamo scelto questa regione perché i precedenti lavori ci hanno dimostrato che è molto ricca di altre molecole contenenti azoto e anche di altri importanti ingredienti per la vita come il fosforo”.

Il ricercatore dell’INAF aggiunge: “Non solo abbiamo rilevato la presenza di questa importante molecola, ma il risultato più interessante è che è davvero abbondante, molto più di quanto si pensasse in passato”. Le osservazioni hanno rivelato che l’isomero Z della molecola HNCHCN è sei volte più abbondante dell’isomero E.

“Questa scoperta è emozionante perché abbiamo capito che i precursori dell’adenina, uno dei pezzi fondamentali del nostro DNA, sono efficientemente formati nello spazio. Questo è un passo cruciale per capire come gli ingredienti base della vita potrebbero essere stati assemblati nel mezzo interstellare prima di essere incorporati alla Terra primitiva”, conclude Rivilla.

L’articolo “Abundant Z-cyanomethanimine in the interstellar medium: paving the way to the synthesis of adenine”, di V. M. Rivilla (INAF di Arcetri) et al. è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

La preoccupante velocità di fusione della calotta groenlandese

Fisica/Physics, Geologia/Geology

12 dicembre 2018

Nel decennio 2004-2013, la fusione della coltre glaciale della Groenlandia è avvenuta a una velocità che non ha riscontri in nessun altro periodo degli ultimi 350 anni. La scoperta è avvenuta grazie alla prima ricostruzione dei tassi di fusione dell’immensa coltre di ghiaccio dal 1650 a oggi(red)

ambienteclima 

La calotta glaciale della Groenlandia si sta sciogliendo a un ritmo superiore a quello mai avvenuto negli ultimi 350 anni. A mostrarlo è il primo studio che è riuscito a controllare su scala complessiva l’intensità di fusione superficiale e del deflusso delle acque di quell’immensa riserva di ghiacci. Lo studio, condotto da un gruppo internazionale di ricercatori diretta da Michiel R. van den Broeke dell’Università di Utrecht, nei Paesi Bassi, è pubblicato su “Nature”.

La preoccupante velocità di fusione della calotta groenlandese
Fronte di un ghiacciaio nella Groenlandia occidentale. (Matt Osman / Woods Hole Oceanographic Institution)

La calotta di ghiaccio della Groenlandia è uno dei principali fattori che contribuiscono al progressivo innalzamento del livello del mare e per questo da alcuni decenni il suo scioglimento è monitorato attentamente dai satelliti.

I dati così raccolti hanno indicato che a partire dal 2012 la velocità di fusione è accelerata rispetto agli ultimi quarant’anni. Tuttavia, non era sicuro se gli attuali tassi di scioglimento sono realmente anomali o possono rientrare nella variabilità naturale, dato che i dati satellitari coprono un periodo molto limitato di tempo e le ricerche precedenti non avevano preso in esame l’intera calotta ma solo la situazione di singoli ghiacciai.

Van den Broeke e colleghi hanno analizzato struttura e composizione delle acque di fusione di una serie di carotaggi eseguiti in diversi punti della coltre glaciale, anche molto interni, per ricavare un modello dell’andamento della fusione. Il confronto dei dati sugli ultimi anni ottenuti in questo modo sono risultati sovrapponibili a quelli derivati dalle osservazioni satellitari, confermando l’affidabilità della procedura.

E’ stato quindi accertato che il decennio dal 2004 al 2013, l’ultimo preso in esame, ha visto uno scioglimento più sostenuto di qualsiasi altro decennio a partire dal 1650, la data a cui corrispondono le sezioni delle carote di ghiaccio estratte più in profondità.

I ricercatori hanno anche rilevato che l’inizio dell’aumento della velocità di fusione risale alla metà del XIX secolo, in corrispondenza con l’estendersi della rivoluzione industriale. Tuttavia, fino a poco tempo fa, questa accelerazione – che oggi ha portato la velocità di fusione a valori fra il 250 e il 527 per cento superiori a quelli preindustriali – era rimasta nell’ambito di variazioni registrate anche in epoche più remote.

La preoccupante velocità di fusione della calotta groenlandese
Acque di fusione che escono dal fronte di un ghiacciaio. (Sarah Das / Woods Hole Oceanographic Institution)

Ciò che più preoccupa i ricercatori è che l’esame della serie storica delle velocità di fusione relativa agli ultimi 350 anni rivela che non segue linearmente l’innalzamento delle temperature.

Ciò significa che, mentre in passato un evento di riscaldamento di piccola entità può aver avuto un impatto minimo o addirittura nullo sulla fusione, un nuovo evento della stessa entità in futuro, in un clima più caldo, basterebbe a innescare processi di fusione molto più pronunciati.