I Paperi al Centro della Terra

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 Oltre che nello spazio, i Paperi si avventurano spesso nel sottosuolo: il labirinto del Minotauro, la grotta di Alì Babà, i sotterranei del castello De Paperoni sono solo alcuni dei luoghi da loro esplorati.

La struttura della Terra secondo i Paperi, corretta dal punto di vista scientifico.

Il viaggio verso il 'vero' centro della terra ha però inizio con la storia di Carl Barks "Land Beneath the ground". In questa storia del 1956 Paperone teme che un terremoto possa danneggiare il suo deposito risucchiando il suo prezioso denaro nelle viscere della terra. Il timore non risulterebbe infondato, dato che Paperopoli - sita nello stato immaginario del Calisota - si trova all'incirca nella California del Nord e dunque non lontano dalla faglia di S. Andrea.

Questa faglia rappresenta la linea di contatto tra la placca del Pacifico e quella del Nord Atlantico. La compressione tra le due enormi placche accumula energia che viene rilasciata sotto forma di terremoti, l'ultimo dei quali distrusse S. Fancisco nel 1906.

Per dormire sonni tranquilli, l’ansioso papero decide di far scavare una galleria per verificare la solidità del terreno sotto il deposito. I primi sondaggi riportano solo roccia solida, ma Paperone non è soddisfatto. Fa proseguire la galleria oltre i 7 km di profondità, un fatto eccezionale anche al giorno d'oggi, in cui anche le miniere più profonde non raggiungono i 4 km e le trivellazioni petrolifere si spingono sino ai 10 km.

Le difficoltà di questo genere di scavi sono legate all’aumento di pressione e temperatura che si incontra andando in profondità. La pressione cresce a causa del peso della roccia sovrastante, mentre la temperatura aumenta via via che ci si avvicina al mantello sottostante. Oltre alla corsa allo spazio, la guerra fredda generò anche una speculare 'corsa al sottosuolo', in cui le due superpotenze cercavano di trivellare il più possibile in profondità, sperando di passare la crosta terrestre e giungere al mantello sottostante. Lo scavo sovietico di Kola (1970) raggiunse i 12 km, circa un terzo dello spessore della crosta terrestre in quel punto. Gli Stati Uniti cominciarono nel 1957 con il Project Mohole, ma il progetto fu abbandonato nel 1966 per mancanza di fondi. Progetti più recenti, coordinati nel Integrated Ocean Drilling Program cercano invece di giungere al mantello scavando nel mare, dove la crosta è più sottile.

Nella storia di Barks i paperi si trovano ad essere causa della loro stessa rovina: giungono a scoprire delle enormi caverne sotterranee (il mondo di Terryfermy), abitate da strani esseri sferici, Terrini e i Fermini. Molto simili ai personaggi rocciosi del recente Frozen, i primi sono la causa dei terremoti ondulatori, i secondi di quelli sussultori. Questo è coerente con le nostre conoscenze attuali: l'onda P (onda primaria, 4-8km/s), ondulatoria, è una compressione del suolo parallela alla direzione di propagazione: viene percepita come una scossa che ci muove in avanti ed indietro, facendo tintinnare i bicchieri e muovere i lampadari. L’onda S (secondaria, 2-4km/s) è causa del terremoto sussultorio e scuote il terreno in alto e basso, ortogonalmente alla direzione di propagazione. Queste differenti velocità sono uilizzate in Giappone per fornire una brevissima allerta in caso di terremoti.

La causa dei terremoti secondo Barks.

Secondo Barks, gli abitanti del sottosuolo hanno come sport nazionale il provocare i terremoti e si riuniscono proprio sotto Paperopoli per la loro versione delle Olimpiadi, facendo sprofondare il denaro dello Zione negli abissi della terra. Fortunatamente per Paperone i terrifermini non sanno che farsene del denaro e se ne liberano ributtandolo in superficie.
È nella storia di Don Rosa "Il solvente universale" (1995) che i paperi si spingono però sino al reale centro della Terra. 

(continua su scientificast.it)

Inseguendo la stella cometa: fotografia stellare e rotazione terrestre

Il cielo sopra i sobborghi di Tokyo
(Orione è in basso al centro)
100+ frame 30 secondi f3.5
iso 800, canon

In altri post abbiamo accennato alla possibilità di fare delle fotografie astronomiche semplicemente  con una macchina fotografica ed un treppiede. Anche da cieli abbastanza inquinati dal punto di vista luminoso e dello smog come quelli italiani e giapponesi è possibile ottenere dei risultati discreti (e persino spettroscopia stellare) con solo un pizzico di pazienza ed attenzione. 

Effettuando molte foto in sequenza in campo largo (ossia senza zoom) diventa evidente il movimento  apparente della volta celeste dovuta alla rotazione della Terra sul suo asse. Se la macchina fotografica è una reflex la cosa più semplice è comprare un pulsante di scatto remoto (circa 15 euro su ebay). Se si ha una canon si può installare CHDK, un programma sulla memoria che permette di aggiungere una infinità di funzioni alla propria macchina digitale. Alla peggio un po di nastro adesivo sul pulsante di scatto funziona altrettanto bene. 

Se le batterie sono cariche si riesce a fare foto per qualche ora. Per sommarle è possibile utilizzare un programma a pagamento come imagestacker (selezionando l'opzione di prendere il pixel più luminoso, ossia quello della stella, dalla sequenza di immagini). In alternativa ci sono anche programmi freeware come deep sky stacker (che però è più complesso e maggiormente orientato all'allineamento delle immagini in maniera da sovrapporre gli stessi punti l'uno sull'altro). 

Per aumentare il contrasto è possibile usare photoshop, soprattutto l'opzione curves, per aumentare la luminosità delle stelle ed abbassare quella del fondo cielo. Puntando l'obiettivo verso la stella polare l'effetto sarà ancora più spettacolare. 

Il cielo sopra Pietraforte (Sx) e Montorio in valle  (alto a Dx).
La traccia verticale in alto al centro è probabilmente una flare di un satellite dell'Iridium.
200+ frame, f3.5 10s iso 800 canon

L'orizzonte, lo spazio, e la terra dal finestrino dell'aereo

Le distanze dall'aereo: foto scattata al sorgere del sole, sopra
la Mongolia, guardando verso est in un volo Roma-Tokyo
a marzo. L'aereo era diretto verso sud-est.   

Nei voli internazionali gli aerei commerciali volano ad una quota di 33000 piedi, che nel Sistema Internazionale corrispondono 10058 metri. 

Da questa quota è possible godere di un ampio panorama: l'orizzonte si trova infatti a 358 km di distanza. Questo ci permette di stimre le distanze e le dimensioni dei fenomeni che osserviamo dall'aereo. La foto è stata scattata  in un volo Roma-Tokyo, al momento del sorgere del sole, con una  Canon SX30is con lunghezza focale di 24 mm equivalenti. L'orizzonte si estende orizzontalmente per circa 380 km, con le nuvole ed il grosso del pulviscolo (la parte rossa) che si innalzano sino ad 11 km di altezza.  Il sole era già sorto sulla destra (est sud-est) dell'immagine, ma sulla sinistra (nord-ovest) era ancora notte.  La forma della struttura triangolare luminosa è dovuta (probabilmente) alla diffusione della luce da parte dell'atmosfera: ad est il sole è più alto e la quantità di luce  dispersa nell'atmosfera è maggiore. Ad ovest invece i raggi sono appena radenti per via della curvatura terrestre. In ogni caso è possibile osservare l'ideale linea di confine che separa la terra dallo spazio: la banda luminosa sulla destra si erge infatti per circa 100 km, 20 in più di quanto necessario volare per "diventare astronauti". La stazione spaziale internazionale si trova  a circa quattro volte questa altezza.

La foto originale. 

Nota 1

La distanza dell'orizzonte D dipende dall'altezza H  cui ci troviamo secondo la formula H=radice(2*H*R)

dove R=6380km è il raggio terrestre. Al mare ad un'altezza di  un metro vediamo sino a 3.5km, sulla torre Eiffel possiamo idealmente raggiungere i 65km di distanza ed i 200km da una montagna alta 3000 m. Dalla Stazione Spaziale il campo di vista supera i 2000km, ma non permette di osservare il disco completo della terra: per quello bisogna superare i 1000 km di altezza. 

Nota 2

Ciascuna macchina fotografica ha un campo di vista che dipende dalla lunghezza focale (lo zoom) dell'apparecchio: focale piccola = grandangolo, focale grande = teleobiettivo. Poiché le digitali compatte hanno sensori più piccoli delle vecchie 35 mm  a pellicola, la lunghezza focale è spesso espressa in 35 mm equivalenti: una lente da 50mm ha un campo di vista di circa 40 * 27 gradi. 

La foto aveva una lunghezza focale di 24mm (questi valori sono contenuti nei dati Exif leggibili con vari programmi) ed un campo di vista di 65*48 gradi (una calibrazione precisa del campo di vista della macchina fotografica si può effettuare con la luna, ma ne parleremo una prossima volta). Dal numero di pixel della macchina otteniamo circa 66 pixel per ciascun grado di campo di vista. Con Photoshop o qualunque altro programma è poi semplice misurare le varie altezze. 

La distanza Terra-Luna e l'allineamento dei pianeti (ancora in corso)

Sovrapposizione di tre
foto scattate il 26,28/2 e
1/3. Si può vedere il movimento
retrogato della Luna e
(ingrandendola) anche lo
spostamento di Venere. 

L’allineamento dello scorso 28 febbraio è stata una buona occasione per godere della vista di alcuni pianeti più luminosi e della Luna, spesso gli unici oggetti visibili dal cielo troppo luminoso delle città.

Come accennato in un post precedente, è ancora possibile osservare Mercurio, Venere e Giove (quasi) allineati nel nostro cielo, anche se la Luna continua a spostarsi verso est nel suo movimento retrogrado rispetto alle stelle fisse. Proseguendo verso est è possibile ammirare Marte, ora molto vicino al nostro pianeta.

 La Luna ruota intorno alla terra ogni 28 giorni (in realtà ruota ogni 27giorni e 7 ore ma riappare nello stesso punto ogni 29 giorni), e dunque ogni giorno arretra di circa 50 minuti, ossia appare nello stesso punto del cielo 50 minuti dopo rispetto al giorno precedente.  In termini di gradi si tratta di 12,8 gradi (360gradi/28) e 86.000 chilometri (384,000km *2*p/28) ogni  giorno.

Questo è evidente nelle foto scattate il 26 e 28 febbraio ed il primo marzo: il nostro satellite retrocede rispetto a Giove e Venere. Tra il 26 ed il 28 febbraio sono trascorse 48,3 ore (il 27 era nuvoloso), mentre tra  il 28 ed il 1 marzo ne sono trascorse 32 (questo perchè le prime due immagini  sono state scattate nello Utah e l’ultima in Giappone). Tra le prime due foto la Luna ha percorso dunque 172,000 km e tra le ultime due ne ha percorsi 114,000. Confrontando mentalmente la posizione della Luna di oggi con quella di ieri possiamo dunque avere un’idea di cosa sia una distanza di poco meno di 90,000 chilometri (e in 4 giorni si può "vedere" la distanza tra noi ed il nostro satellite), anche se lo spostamento apparente dipende dalla distanza del corpo celeste che osserviamo.

Ingrandendo la foto è possibile vedere che anche Venere si  è spostato tra le foto, ma l’errore dovuto agli strumenti (molto rudimentali) utilizzati per ruotare ed allineare le foto è troppo grande (circa il 15%) per poterne stimare correttamente il movimento.

'Unendo i puntini'
è possibile vedere l'incinazione
dell'orbita della  Luna
 rispetto all'eclittica. 

Tracciando una retta che collega le posizioni della Luna ed un’altra che passa per i tre pianeti coinvolti nell’allineamento è poi possibile vedere che queste si intersecano: questo perchè l’inclinazione dell’orbita della luna è di 5 gradi rispetto all’eclittica (il piano in cui orbitano i pianeti).  Come accennato l’altra volta, anche questi ultimi non giacciono esattamente nell’eclittica, ma la differenza è comunque visibile.

Tutte le foto sono state scattate con una “normale”  macchina fotografica compatta digitale (Panasonic  dmc-tz5), tenuta in mano (ISO 400 esposizione 0.25s).    Con un treppiede dovrebbe essere possibile misurare con semplicità anche lo spostamento di Venere. Le foto sono state allineate a mano  con Photoshop utilizzando le carte del cielo corrispondenti come riferimento (www.heavens-above.com).

L'allineamento del 28 febbraio: un colpo d'occhio per apprezzare le distanze interplanetarie e l'eclittica.

Allineamento del 28 febbraio 2012: Luna Giove, Venere e
Mercurio.  Quest'ultimo pianeta è molto meno luminoso
 degli altri ed è visibile solo nel  pannello
a lato o  ingrandendo la foto.
Foto scattata da Salt Lake City, Utah,
con una camera digitale tenuta in mano. 

Il 28 febbraio è stato possibile ammirare la Luna, Giove (già trattati qui), Venere e Mercurio allineati poco dopo il tramonto.  La vista stessa di Mercurio è piuttosto rara: trovandosi a meno della metà della distanza tra la Terra ed il Sole (0.4 Unità Astronomiche, UA) è spesso troppo vicino al Sole per essere osservato. 

Nonostante le condizioni meteorologiche non ideali, lo spettacolo è stato splendido,  vedere questi corpi celesti sulla stessa retta rappresenta infatti ben più che una curiosa coincidenza: vuol dire poter percepire con un colpo d'occhio l'eclittica del nostro sistema solare. 

Al di là delle sciocchezze astrologiche, l'eclittica è il piano in cui giacciono le orbite dei pianeti del nostro sistema. Poterla ammirare senza l'ausilio di strumenti o cartine permette di godere della bellezza del nostro cielo  direttamente, quasi  toccando con mano le leggi di Keplero e Newton che regolano il moto dei corpi celesti. 

 Venere e Mercurio si trovano a
0.4 Unità Astronomiche di
distanza l'uno dall'altro

E' anche possibile  avere una sensazione diretta delle distanze astronomiche: Venere orbita a circa 0.7 UA e dista quindi 0.4 UA da Mercurio (tralasciando piccoli effetti prospettici). Con un colpo d'occhio è possibile dunque  avere un'idea di cosa sia una distanza di 60 milioni di chilometri (1).  Qui è possibile vedere in tempo reale la posizione dei vari pianeti: ad esempio Giove è a 5.5 UA, ma - a causa della prospettiva sembra molto vicino a Venere.

Inoltre, osservando con attenzione la posizione dei pianeti.  è possibile vedere come i pianeti non siano perfettamente allineati: infatti Mercurio ha un'inclinazione di circa 7 gradi (rispetto al piano orbitale della Terra, arbitrariamente assunto come riferimento), mentre Venere ha 3.3 gradi e Giove appena 1.1 gradi (la Luna è inclinata di circa 5 gradi, come è possibile vedere in questo post successivo). Anche in questo caso possiamo renderci conto ad occhio nudo delle orbite altrimenti invisibili dei pianeti....

Posizione dei pianeti e del Sole
Il 28 febbraio (da heavens-above.com)

(1) Per esser più precisi quella che vediamo è una distanza angolare che dipende anche  da quanto lontano i pianeti si trovano:  Venere e Mercurio si trovavano entrambi a circa 1UA e dunque erano separati da circa 23 gradi.

I detriti spaziali (seconda parte)

Il rischio maggiore per il volo spaziale viene però dalla enorme moltitudine dei piccoli detriti in orbita intorno alla terra: vi sono 11000 oggetti più grandi di 10 cm, centomila di dimensioni comprese tra 1 e 10 cm e milioni più piccoli di un centimetro.  La maggior parte di essi è posta in orbita bassa (300-600 km) ed in orbita geostazionaria (36.000 km), ove si trovano i satelliti televisivi e per telecomunicazione. Vi sono poi ben  70.000 oggetti di circa 2 cm in una fascia compresa tra 650 e 1000 km: questi sono probabilmente dovuti   a gocce congelate (ma non per questo meno pericolose) di  liquido di raffreddamento  dei reattori nucleari posti su vecchi satelliti russi RORSAT.

Dato il rischio legato  all’impatto di oggetti nello spazio con satelliti o la stazione spaziale, sia gli Stati Uniti che la Russia controllano  continuamente  oggetti grandi solo alcuni millimetri. Tuttavia è possibile tracciare e prevedere la traiettoria solo di quelli più grandi di 10 cm: in caso vi sia una  probabilità di impatto elevata la prassi è di modificare l’orbita della stazione per portarla in una zona di sicurezza. Anche l’assetto dello Shuttle in volo è volto a minimizzare il danno da un potenziale impatto di detriti: la navetta vola infatti con la chiglia verso l’alto e con la poppa “in avanti”, in maniera da esporre maggiormente le parti più schermate e pesanti.  In ogni caso impatti con  piccoli frammenti   si verificano continuamente: sono loro una delle cause del degrado dei pannelli solari , che vengono lentamente ma inesorabilmente danneggiati da corpuscoli poco più grandi di un granello di polvere. In passato si è anche verificato un impatto con uno dei finestrini dello Shuttle per fortuna senza gravi conseguenze visto che l’oggetto era abbastanza piccolo da essere fermato dal robusto vetro dell’oblò. Drammaticamente più devastante  è   stato l’impatto con la  una parte del rivestimento del serbatoio esterno dello Space Shuttle Columbia nella missione STS-107 del 2003.  Le vibrazioni del lancio fecero infatti staccare un segmento di gommapiuma facendogli urtare a più di 500 km/h la parte frontale dell’ala sinistra.   Le ali sono costituite di una fibra rinforzata di carbonio, particolarmente leggera ed in grado di sopportare le enormi temperature del rientro nell’atmosfera. Queste strutture sono tuttavia molto fragili in quanto non disegnate per sopportare grossi impatti meccanici come quello avvenuto al lancio. 

Anche se i tecnici osservarono l’impatto sull’ala ed il sistema di radar che traccia lo Shuttle nel corso della sua missione osservò il distacco di un frammento – che rientrò dopo due giorni nell’atmosfera - dalla navetta, la direzione del programma decise di non investigare la presenza di eventuali danni all’ala con telescopi da terra. Al momento del rientro il gas ionizzato provocato dall’attrito dello Shuttle con l’atmosfera fece fondere il supporto in alluminio causando la rottura dell’ala e la successiva distruzione della navetta, causando la perdita di tutto l’equipaggio. Il  Columbia si spezzò prima in tre grosse sezioni, la cabina frontale, la sezione centrale e quella di coda con i motori e poi si frammentò in una miriade di frammenti che si sparsero in una vasta area, seguendo la rotta di rientro.  I detriti furono poi recuperati in gran parte ed analizzati per risalire alle cause dell’incidente. Anche i risultati  degli esperimenti effettuati nelle   2 settimane di missione non andarono perduti e fecero sì che il sacrificio dell’equipaggio non fosse in vano.  Gli esperti concordano nell’affermare che il  problema dei detriti nello spazio è   attualmente sotto   controllo. Tuttavia il futuro non è così roseo: all’aumento del numero di frammenti c’è il rischio che si inneschi la sindrome di Kessler. Questo scienziato ha infatti ipotizzato uno scenario   in cui   in  una singola collisione  si produce      un gran numero di detriti  che   a loro volta colpiscono  altri oggetti generando una reazione a catena che riempie lo spazio di rottami, rendendo future missioni spaziali molto rischiose  o addirittura impossibili.

I detriti spaziali (prima parte)

Il problema dei detriti spaziali è stato di vitale importanza sin dalle prime fasi dell’esplorazione dello spazio. Date le velocità – parecchi chilometri al secondo – in gioco, un impatto con una semplice vite potrebbe rivelarsi fatale per una navicella o per un astronauta al lavoro nello spazio. 
            La maggior parte dei detriti  fortunatamente ritorna sulla terra: a seconda dell’altezza e delle dimensioni questi possono bruciare completamente per attrito con l’atmosfera o tornare in pezzi sulla terra.  Di solito i primi stadi dei razzi cadono  nel mare o sulla terra  a seconda della base da cui vengono lanciati.  I razzi dello Shuttle ammarano nell’oceano Atlantico (ed i razzi laterali a combustibile solito, dopo un ammaraggio morbido grazie ai paracadute, vengono recuperati per essere riutilizzati), mentre i vettori  lanciati dalla base russa di Plesetsk, cadono nel mare di Barents.  I lanci  della Soyuz che portano l’equipaggio e le provviste sulla Stazione Spaziale Internazionale, vengono   effettuati dalla base di Baikonur, sita nel territorio del Kazakistan: in questo caso i razzi vengono lasciati cadere nel deserto a nord-est, dopo essersi assicurati che non vi siano persone che possano essere colpite. Talvolta però frammenti dei razzi possono anche cadere in prossimità di aree abitate, anche se sino ad ora non si sono registrati danni a persone.

            Un detrito che si trovi in orbita bassa, sino a 200 km di altezza rientra sulla terra in pochi giorni. Questo tempo sale fino a qualche anno per oggetti fino a 600 km, ed a parecchi decenni se l’orbita è più alta. A causare la caduta dei detriti è il  debolissimo strato di atmosfera, sufficiente a rallentare in maniera impercettibile ma continua tutti gli oggetti che la attraversano. La velocità di rientro sarà tanto maggiore quanto maggiore è il rapporto tra l’area e la  massa dei vari oggetti: in altre parole un razzo molto sottile e pesante impiegherà molto più tempo a cadere di un satellite frenato da grossi pannelli solari.
Anche la   Stazione Spaziale Internazionale, che si trova  ad un’orbita variabile tra i 330  ed i 400 chilometri  e necessita dunque di periodiche spinte da parte della navetta cargo Progress e dello Space Shuttle. Senza questo aiuto da terra essa  ritornerebbe al suolo analogamente a quanto avvenuto nel   2001 con la stazione  russa Mir. Infatti, dopo una vita di ben 15  anni, si decise di abbandonarla in favore della nuova Stazione Internazionale. La sua massa e complessità strutturale  (vari moduli attaccati tra loro) ha richiesto uno studio particolare per evitare che cadesse in aree abitate. Fu dunque deciso di effettuare una serie di frenate controllate che ne facessero decadere l’orbita in maniera che i rottami dei vari moduli ammarassero nell’Oceano Pacifico

I moduli della stazione spaziale Mir bruciano al rientro nell’atmosfera in prossimità delle isole Fiji.

(1. continua)