4 marzo 2015

La stampa 3D e l'astrofisica


Un gruppo di astrofisici ha usato una stampante 3D commerciale per visualizzare i risultati delle simulazioni delle collisioni dei venti stellari all'interno di η Carinae, un sistema stellare binario. La cosa ha permesso di rivelare strutture non identificate precedentemente.
We present the first 3D prints of output from a supercomputer simulation of a complex astrophysical system, the colliding stellar winds in the massive (≳120 M⊙), highly eccentric (e∼0.9) binary star system η Carinae. We demonstrate the methodology used to incorporate 3D interactive figures into a PDF journal publication and the benefits of using 3D visualization and 3D printing as tools to analyze data from multidimensional numerical simulations. Using a consumer-grade 3D printer (MakerBot Replicator 2X), we successfully printed 3D smoothed particle hydrodynamics (SPH) simulations of η Carinae’s inner (r∼110 au) wind-wind collision interface at multiple orbital phases. The 3D prints and visualizations reveal important, previously unknown ‘finger-like’ structures at orbital phases shortly after periastron (φ∼1.045) that protrude radially outward from the spiral wind-wind collision region.
L'articolo completo, con le immagini (inclusi i modelli 3D interattivi, che purtroppo si possono visualizzare sono usando Adobe Reader), è qui.

Lo scorso anno, astronomi dello Space Telescope Science Institute avevano cominciato a esplorare l'uso della stampa 3D per convertire l'archivio di foto del telescopio spaziale Hubble in immagini tattili per i non vedenti.


11 febbraio 2015

Il metodo scientifico, il Dr. Jekyll e Mr. Hyde

Negli ultimi giorni del 2014 è apparso su Nature un commento dei cosmologi George Ellis e Joe Silk a proposito del metodo scientifico e della sua applicazione agli sviluppi più speculativi della fisica teorica moderna. Ellis e Silk si concentrano soprattutto su due aree di ricerca sulla natura fondamentale della realtà: la teoria delle stringhe e il multiverso. La teoria delle stringhe tenta di dare una descrizione unificata della realtà sulla base di entità a una o più dimensioni (stringhe, appunto, nel primo caso; membrane, nel secondo), usando un formalismo matematico molto complesso che presuppone, fra l’altro, l’esistenza di un numero di dimensioni spaziali superiori alle tre che possiamo osservare nell’esperienza ordinaria. Il multiverso, ovvero l’idea che possano esistere molti altri universi oltre al nostro, non è invece propriamente una teoria, ma piuttosto una previsione degli scenari che provano a descrivere l’origine del nostro universo a partire da una fase primordiale di espansione accelerata nota come inflazione.

Entrambi gli scenari sono estremamente difficili da verificare empiricamente. Nel caso della teoria delle stringhe, la difficoltà è di natura tecnologica: non abbiamo (e probabilmente non avremo mai) acceleratori di particelle abbastanza potenti per arrivare alle energie necessarie per osservare direttamente le dimensioni extra o altre conseguenze della teoria, anche se sono ipotizzabili situazioni particolari che potrebbero dare luogo a effetti osservabili al Large Hadron Collider. Nel caso del multiverso, il limite è ancora più drastico ed è la natura stessa a imporlo: gli altri universi ipotizzati dallo scenario sono di fatto fuori dalla possibilità di entrare in contatto con il nostro tramite interazioni fisiche, anche se sono state fatte proposte per la ricerca di tracce di collisioni primordiali tra il nostro universo e gli altri.

Siamo quindi in una situazione in cui le idee più recenti della fisica teorica si sono spinte molto al di là del dominio dell’indagine sperimentale. Ma senza prove empiriche non c’è vera scienza, commentano preoccupati Ellis e Silk. Che facciamo? (Continua a leggere sul Post...)

30 gennaio 2015

E dei risultati di BICEP2 restò solo la polvere

Il finale non sarà una grande sorpresa per chi ha seguito tutte le puntate precedenti della storia (agevoliamo: 1, 2, 3, 4) ma ormai è chiaro che quella trovata da BICEP2 non era la prova dell'esistenza di onde gravitazionali primordiali. Per l'ufficialità e i dettagli tecnici bisognerà aspettare la settimana prossima, quando uscirà su Physical Review Letters l'articolo che riporta i risultati dell'analisi congiunta dei dati di BICEP2 e di Planck (aggiornamento: il preprint è già disponibile sulla pagina di BICEP), ma la conclusione è ormai di dominio pubblico (non si capisce quanto volontariamente, visto che oggi una pagina con l'annuncio è stata rimossa dopo essere circolata per qualche ora sul web).

Tirando le somme: quando a marzo dello scorso anno BICEP2 ha annunciato di aver misurato il segnale di polarizzazione nella radiazione cosmica di fondo ha ritenuto, sulla base dei dati disponibili e dei modelli teorici, che esso non potesse essere attribuito alla contaminazione della polvere della nostra galassia, e lo ha interpretato come causato da onde gravitazionali prodotte negli istanti iniziali dell'universo. I dati di Planck raccolti nella stessa regione di cielo e analizzati in seguito hanno invece mostrato che l'emissione della polvere galattica è più che sufficiente a spiegare quanto osservato da BICEP2: se le onde gravitazionali ci sono, sono ben nascoste e per stanarle in futuro bisognerà guardare con maggiore accuratezza. 

Insomma, alla fine ne sappiamo più di prima, il che è sicuramente un bene. Col senno di poi, però, si può dire con serenità che certi eccessi comunicativi (torna alla mente il video di Linde che stappa lo champagne) potevano essere evitati. Visto che la ricerca non finisce qui, al prossimo giro bisognerà stare più attenti.

29 gennaio 2015

Il più antico sistema planetario mai scoperto



A 117 anni-luce da qui (non proprio dietro l'angolo, ma relativamente vicino su scala galattica) ci sono cinque piccoli pianeti che orbitano attorno a Kepler-444, una stella simile al Sole. Il più piccolo è grande più o meno come Mercurio, il più grande come Venere. Orbitano tutti molto vicini alla loro stella, a una distanza inferiore a quella tra Mercurio e il Sole (qui c'è una animazione che mostra come stanno le cose). Sono quindi quasi certamente inospitali per la vita come la conosciamo, ma hanno una caratteristica che li rende molto interessanti: sono vecchi, molto vecchi. L'età del sistema è stata determinata da un gruppo di ricercatori combinando i dati di Kepler con altre osservazioni: è venuto fuori che Kepler-444 ha circa 11.2 miliardi di anni. È il più antico sistema planetario noto: si è formato quando la nostra galassia aveva forse un paio di miliardi di anni, e l'universo solo qualche centinaio di milioni di anni in più. Per mettere le cose in prospettiva: quando si è formato il nostro sistema solare, 4.5 miliardi di anni fa, i pianeti di Kepler-444 erano già più vecchi di quanto non sia oggi la nostra Terra. Tutto questo suggerisce che probabilmente la formazione di pianeti piccoli e rocciosi è un processo che è iniziato molto presto nella storia dell'universo. E che lì fuori potrebbero esserci molti pianeti simili al nostro ma con un passato molto più lungo.

27 gennaio 2015

La scienza di Interstellar



A dicembre, ho partecipato a una puntata di Nautilus (la trasmissione di scienza che va in onda ogni sera alle 21 su Raiscuola) in cui si parlava delle teorie che hanno ispirato Interstellar. Qui sopra c'è un estratto di pochi minuti in cui ho provato a fare una carrellata delle principali idee su cui è basato il film. Nella puntata intera c'è molto altro: se avete mezz'ora libera, la trovate a questo link.

18 gennaio 2015

L'uomo di Marte, ovvero un naufragio spaziale raccontato in modo credibile (altro che Gravity)

La prima pagina del copione de L'uomo di Marte, con disegno di Ridley Scott (dalla pagina FB di Andy Weir)

Durante le vacanze di Natale ho trovato finalmente un po' di tempo per leggere L'uomo di Marte. È un libro di fantascienza che racconta la storia di un astronauta dato erroneamente per morto dai suoi compagni di missione e lasciato da solo sulla superficie di Marte. Il libro è in larga parte il diario estremamente dettagliato e realistico dei tentativi del protagonista di sopravvivere e tornare sulla Terra: una lettura da supernerd, insomma, ma non solo, visto che il libro ha venduto uno sproposito di copie e Ridley Scott ne sta girando un film con un cast stellare. E pensare che l'autore, Andy Weir, inizialmente se lo era autopubblicato, prima a puntate su un blog e poi come ebook su Amazon. (La storia la racconta in questa intervista).

Il libro rende molto bene alcuni aspetti delle imprese spaziali che potrebbero sembrare ovvi ma che si tende a trascurare: per esempio la complessa gestione delle traiettorie orbitali, ma soprattutto il fatto che Marte è molto ostile, è lontano, ed è grande. Ci siamo andati molte volte, con le sonde e i rover, ma ne abbiamo percorso il suolo solo per qualche decina di chilometri, e nonostante abbiamo ormai mappe complete ad alta risoluzione della sua superficie, ritrovare qualcosa che è andato perduto lì sopra è complicato. Ne volete un esempio reale? Proprio l'altro ieri l'ESA ha annunciato di aver finalmente localizzato il lander Beagle-2: se ne erano perse le tracce mentre scendeva sul pianeta, ben undici anni fa.

14 gennaio 2015

Il video della discesa di Huygens su Titano, 10 anni fa



Esattamente dieci anni fa (il 14 gennaio 2005) la sonda Huygens si è staccata dalla sonda-madre Cassini, in orbita intorno a Saturno, ed è scesa lentamente sulla superficie di Titano, la luna principale di quel sistema. Il filmato qui sopra è stato realizzato condensando in pochi minuti le foto prese durante la discesa, che è durata oltre due ore.

Titano è avvolto da una spessa atmosfera, opaca alla luce visibile. Il momento appena dopo il primo minuto di filmato, in cui si inizia a intravedere il suolo, è assolutamente emozionante.

Oggi sappiamo, grazie a Cassini/Huygens, che Titano è l'unico altro corpo del sistema solare, a parte la Terra, ad avere liquidi che scorrono sulla sua superficie, sebbene a quelle temperature (circa -180°C) non si tratti di acqua ma di miscele di etano, metano e propano.

1 dicembre 2014

Un giorno tutto questo sarà nostro



Una delle cose più belle che abbia visto da un po' di tempo a questa parte: Wanderers, un cortometraggio che immagina momenti del nostro possibile futuro di colonizzatori dello spazio, tra una passeggiato sul ghiaccio di Europa e un giretto in jetpack tra gli anelli di Saturno. Ogni sequenza mostra luoghi realmente esistenti del Sistema Solare (a parte, ovviamente, le navi spaziali o le stazioni costruite dall'uomo) ricostruiti partendo da immagini reali o da modelli realistici: per avere una spiegazione dettagliata vi consiglio di guardare questa galleria. Il tutto, narrato dalla voce fuoricampo di Carl Sagan (presa dalla sua lettura di Pale Blue Dot).

Che vi devo dire: mi ritengo abbastanza fortunato da vivere in un'epoca in cui ho visto una sonda posarsi su una cometa, e una persona che conosco si trova in questo momento su una stazione spaziale. Ma vedendo queste immagini mi viene una nostalgia pazzesca di un futuro che non vedrò mai.

13 novembre 2014

Siamo scesi su una cometa


Ieri, per la prima volta nella storia dell'umanità, una sonda si è posata sulla superficie di una cometa. Dopo un inseguimento durato dieci anni, a mezzo miliardo di chilometri da qui, la sonda Rosetta ha depositato con successo il lander Philae sul nucleo della cometa Churyumov–Gerasimenko. Al momento gli strumenti scientifici stanno già raccogliendo dati importantissimi, ma resta da capire se la sonda sia in posizione stabile, dal momento che gli arpioni che avrebbero dovuto tenerla ancorata alla superficie ghiacciata parrebbero non aver funzionato (e sulla cometa, dove la gravità è molto più bassa che sulla Terra, la sonda "pesa" poco più di un grammo). In ogni caso si tratta di un'impresa straordinaria, che per qualche ora ci ha tenuto col fiato sospeso e ci ha ricordato quanto sia emozionante esplorare l'universo: congratulazioni al team di Rosetta!

E visto che credo che quello di ieri sia uno di quei giorni di cui, in futuro, potremo dire "io c'ero", copio qui sotto la piccola cronaca che ne ho fatto su Twitter.












12 novembre 2014

Perché mi è piaciuto Interstellar


Premessa: il mio film preferito è 2001: Odissea nello spazio. L’ho rivisto, negli anni, un numero imprecisato di volte, e ogni volta mi sorprendo a scoprire dettagli nuovi o interpretazioni a cui non avevo pensato le volte precedenti. Questo per dire che, nonostante il confronto tra il film di Kubrick e Interstellar sia inevitabile (e, in un certo senso, sia sollecitato dalle citazioni che lo stesso Nolan ha consapevolmente disseminato nel suo film) è meglio togliere subito di mezzo la questione: per quanto mi riguarda, si tratta di un confronto improponibile. Stiamo parlando di due campionati differenti. Insomma, non credo che rivedrò Interstellar una seconda volta, e non penso che ci troviamo di fronte a un capolavoro di cui continueremo a parlare tra cinquant’anni. Detto questo, però, a me Interstellar è piaciuto. Da qui in poi proverò a spiegare perché, ma se ancora non l’avete visto e non volete sapere altro non proseguite oltre.

C’entra la scienza, naturalmente. Non tanto quella dei wormhole e dei buchi neri, anche se sentire improvvisamente un sacco di gente che parla di gravità quantistica e relatività generale fa piacere. E in effetti: quanti altri film hanno mostrato con tanto realismo una distorsione nello spaziotempo, una lente gravitazionale o le conseguenze della dilatazione del tempo? E quanti hanno usato questi concetti integrandoli davvero nella narrazione, come fa Interstellar, invece di appiccicarli in modo più o meno posticcio a una sceneggiatura che ne avrebbe potuto fare tranquillamente a meno? Si sente senza dubbio la mano di Kip Thorne, uno dei massimi esperti di gravità, e non solo nelle equazioni scritte sulla lavagna del professor Brand. (Nel caso a qualcuno sia venuta voglia di approfondire, c’è il classico e bellissimo libro dello stesso Thorne, Black Holes and Time Warps, tradotto anche in italiano, e il nuovo The Science of Interstellar).

Ma non è tanto questo, appunto. In Interstellar la scienza è protagonista in una maniera più sottile e, mi sembra, radicalmente diversa da ciò a cui ci hanno abituato simili prodotti di intrattenimento. In apparenza, la premessa di Interstellar è comune a tanti altri film del filone catastrofico-distopico: la Terra sta morendo, le cose vanno malissimo e l’eroe deve provare a salvare l’umanità. Un cliché talmente abusato che, quando sono apparsi i primi trailer, ho temuto il peggio. Quando però si guarda il film, ci si accorge che il punto di vista scelto da Nolan è insolito. Non sappiamo mai davvero cosa abbia causato la catastrofe che affligge il pianeta. Molti, per un riflesso condizionato, hanno pensato immediatamente al riscaldamento globale, ma la verità è che la ragione del disastro che sta rendendo progressivamente incoltivabile il pianeta non è mai dichiarata apertamente. Posso sbagliarmi, ma a me sembra che i pochi indizi che Nolan dissemina nella narrazione invitino a una interpretazione esattamente opposta al consueto schema che vede nell’umanità cattiva e nella tecnologia disumana la causa di tutte le sfortune. In ogni caso, quali che siano le cause iniziali che hanno innescato la catastrofe, è evidente che il risultato è una umanità che si è ripiegata su se stessa, perdendo qualunque spinta a immaginare il futuro. “Mi ricordo quando inventavamo una cosa nuova ogni giorno”, dice a un certo punto il suocero di Cooper, il protagonista. Il quale, a sua volta, reagisce di fronte alla comparsa di un vecchio drone rimasto in giro dall’epoca pre-catastrofe con l’entusiasmo di un ambientalista messo di fronte all’esemplare di una specie ritenuta estinta. (Continua a leggere sul Post...)