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Dalle stelle alle leggi di gravità, le sfide di Gaia

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115749165-48c3e01a-8268-4a22-a231-f5960cd15b94Lanciata con successo alle 10:12 di giovedì mattina dalla base di Kourou nella Guyana francese, Gaia sta attraversando le fasi iniziali della missione. Prima di avviare le osservazioni, il nuovo satellite europeo dedicato all’astrometria dovrà infatti raggiungere la sua orbita, a circa un milione e mezzo di chilometri dalla Terra. Gaia effettuerà il più grande censimento stellare mai realizzato finora, producendo un catalogo che ci aiuterà a capire la storia e l’evoluzione della nostra Galassia. Ma i risultati scientifici della missione permetteranno di studiare anche altre problematiche di grande interesse, dalla verifica delle leggi della gravità fino alla scoperta di nuovi pianeti. E se non bastasse, Gaia rappresenta una sfida tecnologica senza precedenti per gli astrofisici. La mole di informazioni attesa da questa missione ha costretto i ricercatori a sviluppare sistemi innovativi di analisi e gestione dei dati scientifici. Un’impresa che vede in primo piano molti ricercatori italiani, coordinati dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Ora, a lancio avvenuto, il team attende in gran trepidazione l’inizio delle osservazioni, quando Gaia sarà arrivata alla sua destinazione finale.

Un posto all’ombra
A differenza di molti telescopi spaziali che orbitano intorno alla Terra, Gaia osserverà da un punto ben più lontano, a 1,5 milioni di chilometri da noi. Questo punto, detto punto Lagrangiano L2, è una regione di equilibrio gravitazionale nel sistema Terra-Sole, dove cioè l’attrazione gravitazionale del Sole e della Terra si bilanciano quasi esattamente. Si tratta di un punto di osservazione  privilegiato, perché in L2 la luce del Sole è bloccata dalla Terra. In questa regione di continua ombra, il satellite potrà quindi osservare continuamente senza essere disturbato dalla luce solare. Altri osservatori spaziali, come ad esempio il telescopio Planck, orbitano intorno a L2 per le stesse ragioni.

Il viaggio verso L2 durerà circa tre settimane, e ci si aspetta quindi che Gaia raggiunga la sua destinazione dopo la prima settimana di gennaio. A questo punto avrà già dispiegato il suo schermo solare da dieci metri di diametro e sarà alimentato da sei pannelli solari installati sullo schermo stesso. Una volta in L2 il satellite, dal peso di circa 2 tonnellate, sarà sottoposto alle fasi iniziali di calibrazione, che dureranno circa tre mesi. Dopo queste fasi di calibrazione e commissioning, sarà pronto a iniziare il suo lungo censimento della Via Lattea.

Con gli occhi di Gaia
“Per la prima volta potremo misurare direzioni e distanze su scala galattica”, ha commentato Mario Lattanzi dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, responsabile del gruppo di coordinamento italiano “È come quando i cartografi hanno disegnato le prime mappe per guidare i capitani delle navi. In cinque anni avremo la più grande mappa celeste mai realizzata”.

In quei cinque anni il satellite infatti misurerà posizione, distanza e velocità di più un miliardo di stelle,  conducendo anche misure spettroscopiche per determinare altri parametri fisici come la temperatura o la gravità superficiale. La mappa tridimensionale che ne risulterà permetterà agli astrofisici di studiare la composizione della nostra Galassia e comprenderne la formazione e l’evoluzione.

Gaia osserverà circa un miliardo e mezzo di stelle fino alla magnitudine 20, ovvero circa 1 milione di volte più deboli degli astri visibili a occhio nudo. Per ciascuna, potrà misurare la posizione in cielo con una precisione di 10 milionesimi di secondo d’arco, che equivale alla capacità di misurare da Terra l’unghia di un astronauta sulla Luna!

Il satellite ha due “occhi” molto particolari: due telescopi che osservano in due direzioni di cielo separate da 106,5°. Ruotando sul suo asse ogni sei ore circa, Gaia potrà mappare la volta celeste con questi due telescopi. La luce è inviata, con un opportuno sistema di specchi, su un piano focale dove si trova una complessa “retina” elettronica, costituita da 106 rivelatori CCD, che in totale formano una enorme camera da 1 Gigapixel. Osservando ripetutamente il cielo nel corso degli anni, Gaia potrà evidenziare il moto delle stelle nello spazio. Inoltre, sfruttando il fenomeno della parallasse, con una tecnica ben nota in astronomia il satellite potrà determinare anche la distanza dei singoli astri. Ma nel suo lungo e complesso censimento stellare, Gaia potrebbe anche svelarci qualche nuovo segreto nelle leggi che governano la gravità.

Einstein sotto esame

Per ridurre i dati astrometrici, il team di Gaia deve infatti tenere conto delle leggi della teoria della Relatività Generale, pubblicata da Albert Einstein nel 1916. In base alla Relatività Generale, la presenza di una massa deforma la struttura dello spazio-tempo, curvando il percorso dei raggi luminosi. Il Sistema Solare diventa quindi un perfetto laboratorio naturale per mettere alla prova le equazioni di Einstein. La luce delle stelle osservate da Gaia, deve infatti compiere un vero e proprio “slalom” relativistico causato dal campo gravitazionale dei pianeti. I ricercatori di Gaia si aspettano di ottenere circa cento milioni di misure per quello che potrebbe diventare il più grande esperimento di relatività mai effettuato. In questo modo Gaia potrebbe confermare la Relatività Generale o persino rivelare delle piccole deviazioni dalla teoria di Einstein. Ciò avrebbe implicazioni profonde sulle moderne teorie cosmologiche, che basano le loro previsioni proprio sulla teoria di Einstein.

A caccia di pianeti
Guardando nelle zone più vicine al Sole Gaia potrà anche studiare a fondo le stelle più piccole e deboli. Entro una distanza di circa 650 anni luce, gli scienziati di Gaia si aspettano infatti di determinare la distribuzione spaziale e le proprietà delle nane rosse e delle nane brune.

Su distanze più piccole, cioè circa 80 anni luce, il satellite potrà anche evidenziare la presenza di pianeti extrasolari, compresi pianeti rocciosi di tipo Nettuno. Per farlo, Gaia osserverà i deboli spostamenti delle stelle causati dalla perturbazione gravitazionale indotta dai pianeti che ruotano intorno. Rispetto ad altri progetti legati allo studio dei pianeti extrasolari, come ad esempio il telescopio spaziale “Kepler”, il censimento di Gaia non discriminerà le stelle né per composizione chimica, posizione o età. Ciò è molto importante perché al momento non è possibile prevedere, alla luce delle attuali teorie, quali stelle possano essere dei Soli dotati di sistemi planetari. Solo un censimento completo come quello di Gaia potrà aiutare a risolvere questo problema.

Un grande sfida tecnologica

Il menu scientifico di Gaia è senza dubbio di grande rilievo e, come spesso succede per progetti così ambiziosi, le relative sfide tecnologiche non sono da meno. Oltre alla realizzazione del satellite vero e proprio, l’analisi dei dati ha infatti necessitato dello sviluppo di metodi e infrastrutture di calcolo apposite. Ad esempio, per ottenere la posizione e le altre informazioni relative a ciascuna stella, è necessario applicare una serie di complesse correzioni che tengono conto della perturbazione delle ottiche e degli altri effetti legati alla propagazione della luce nello spazio. Considerato il miliardo e mezzo di stelle di Gaia, ci si rende facilmente conto del problema.

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Tutte le misure devono poi essere convertite in posizioni sulla sfera celeste. Un progetto notevole, per il quale nel 2006 è stato fondato un Consorzio di analisi ed elaborazione dati (DPAC), che annovera più di 400 scienziati in 22 paesi. All’interno del DPAC, il centro di elaborazioni italiano (DPCT), con sede a Torino, si occuperà di verificare e calibrare le informazioni astrometriche.

“Il Data Centre realizzato a Torino presso ALTEC, che utilizzerà anche il supercalcolatore FERMI installato presso il CINECA di Bologna, è stato dimensionato per poter gestire ed archiviare l’enorme mole di dati che saranno raccolti dal satellite Gaia durante la sua vita operativa”, dice Barbara Negri, responsabile dell’ASI dell’Esplorazione e Osservazione dell’Universo.

La realizzazione del DPCT ha infatti visto la partecipazione anche di un partner industriale come ALTEC-Torino: “Il Data Processing Center Italiano a Torino ha costituito una grande sfida tecnologica dal punto di vista realizzativo che ha messo alla prova con successo le nostre capacità tecniche”, spiega Luigi Maria Quaglino, Amministratore Delegato di ALTEC, “e ora siamo pronti nella fase operativa a fornire il necessario supporto industriale al team scientifico per un pieno sfruttamento dei dati”.

Una montagna di DVD
Al termine dei cinque anni di missione, Gaia avrà collezionato uno dei più grandi cataloghi astronomici mai creati, che sarà a disposizione degli scienziati di tutto il mondo. Si stima che il catalogo occuperà circa un Petabyte, ovvero 1 milione di Gigabite, equivalenti più o meno a 200 mila DVD.

Per gestire e accedere ai dati, il team di Gaia userà l’Oracle EM 11g, uno dei più potenti sistemi di gestione dati oggi disponibili. Una copia di questo catalogo verrà ospitata all’ASI Science Data Center di Roma, il centro dati dell’ASI dove si trovano già le informazioni raccolte da molte altre missioni spaziali. Messi uno sopra l’altro, questi DVD formerebbero una pila alta come un grattacielo di 80 piani.  E i primi piani di questo grattacielo dovrebbero arrivare nel 2016, quando sarà pubblicata la prima versione del catalogo di Gaia.

Repubblica

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Risolto uno dei misteri delle pietre di Stonehenge

Una nuova dettagliata analisi della composizione dei megaliti del monumentale sito neolitico ha rivelato che furono estratte a ben 25 chilometri di distanza. Ancora da scoprire, invece, come furono trasportati i macigni, che hanno un peso medio di 20 tonnellate

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Per più di quattro secoli, archeologi e geologi hanno cercato di stabilire l’origine geografica delle pietre utilizzate per costruire Stonehenge migliaia di anni fa. Individuare l’origine dei grandi blocchi di pietra detta sarsen che formano la maggior parte del monumento si è rivelato particolarmente difficile, ma ora i ricercatori hanno risolto il mistero: 50 dei 52 sarsen esistenti a Stonehenge provenivano dal sito di West Woods, nella contea del Wiltshire, situato a 25 chilometri a nord di Stonehenge. I risultati sono pubblicati su “Science Advances”.

I geologi spesso usano caratteristiche macroscopiche e microscopiche delle rocce per abbinarle all’affioramento da cui sono state prelevate. Queste tecniche hanno permesso ai ricercatori di determinare che molte delle “pietre blu” più piccole di Stonehenge erano state trasportate dal Galles sud occidentale.

Ma “il problema con la pietra di sarsen è che è tutta uguale”, dice la coautrice dello studio Katy Whitaker, dell’Università di Reading, e assistente listing adviser alla Historic England. “Guardandola al microscopio, si vedono granelli di sabbia di quarzo legati insieme con altro quarzo”. Così il team si è affidato alla spettrometria a fluorescenza a raggi X, una tecnica non distruttiva che bombarda un campione con raggi X e analizza le lunghezze d’onda della luce che il campione emette in risposta, mostrando la sua composizione chimica.

La tecnica ha rivelato la presenza di elementi traccia, che si trovano cioè in quantità minime, sulla superficie dei sarsen di Stonehenge. Quasi tutte queste pietre condividevano una composizione chimica molto simile, il che indica che si sono formate insieme. I dati non erano però sufficienti a individuare dove si trovava la fonte.

La svolta è arrivata inaspettatamente nel 2018, quando un campione estratto da uno dei sarsen di Stonehenge durante un restauro del 1958 è stato restituito all’Inghilterra dopo aver trascorso 60 anni in una collezione privata. I ricercatori hanno ottenuto il permesso di distruggere parte del campione per un’analisi più dettagliata. “Non riuscivamo a contenere l’eccitazione”, racconta l’autore principale, David Nash, geografo fisico dell’Università di Brighton.

Utilizzando due tipi di spettrometria di massa, il team ha determinato i livelli di 22 elementi traccia nel carotaggio e li ha confrontati con i livelli presenti nei campioni di sarsen provenienti da 20 siti diversi sparsi per l’Inghilterra meridionale. La firma chimica corrispondeva esattamente a quella di uno dei siti: quello di West Woods, un’area di circa sei chilometri quadrati.

La scoperta “appare abbastanza convincente e piuttosto conclusiva”, dichiara Joshua Pollard, archeologo dell’Università di Southampton, che non era coinvolto nella nuova ricerca. “È un risultato importante”. Situato appena a sud del fiume Kennet, West Woods è stato spesso trascurato nella ricerca archeologica, aggiunge. Finora la teoria prevalente aveva ipotizzato che i sarsen avessero avuto origine a nord del fiume, nelle Marlborough Downs.

Anche se il gruppo di Nash ha identificato l’origine di 50 sarsen, gli ultimi due – Stone 26 e Stone 160 – non corrispondono a nessuno dei siti studiati, e non corrispondono uno all’altro. Poiché dalla costruzione di Stonehenge sono andati persi fino a 30 sarsen, è impossibile sapere se quelle due pietre sono uniche oppure sono i resti di un grande nucleo di rocce portate da un sito diverso da West Woods.

Per Nash, l’implicazione più affascinante del ritrovamento è che le pietre di West Woods sono state probabilmente spostate tutte durante la seconda fase di costruzione del monumento, intorno al 2500 a.C. “Quello che mi colpisce di più è lo sforzo erculeo che è stato fatto per realizzare questa struttura in una finestra di tempo ragionevolmente breve”, sottolinea. Non si sa ancora come esseri umani del Neolitico siano riusciti a trasportare pietre così massicce, che hanno un peso medio di 20 tonnellate. Ma gli archeologi concordano sulla necessità di un coordinamento sociale su larga scala.

Le ricerche future cercheranno di scoprire il percorso seguito dai costruttori di Stonehenge per trasportare le pietre. E le tecniche geochimiche sperimentate dal team di Nash potrebbero portare ad approfondimenti su altri monumenti preistorici di Henge in Inghilterra. “Ci sono infinite domande, infinite aree che necessitano di ulteriori indagini e riflessioni”, dice Pollard. “Questo è un viaggio che non finirà mai”.

L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” il 29 luglio 2020.


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WATCH NOW: SpaceX to Launch Starlink Falcon

SpaceX Falcon 9 rocket will launch Starlink 7 communication satellites Low-Earth Orbit 550 km. It will lift off from Space Launch Complex 40 (SLC-40) at Cape Canaveral AFS, Florida. Launch window begins at 09:25pm EST (1:25am UTC) ▰ Livestream Chat: https://discord.gg/jkbWhGK (Discord invite link) Starlink 7 mission

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SpaceX Falcon 9 rocket will launch Starlink 7 communication satellites Low-Earth Orbit 550 km. It will lift off from Space Launch Complex 40 (SLC-40) at Cape Canaveral AFS, Florida. Launch window begins at 09:25pm EST (1:25am UTC) ▰ Livestream Chat: https://discord.gg/jkbWhGK (Discord invite link) Starlink 7 mission will be SpaceX’s 9th mission this year and the 86th flight of a Falcon 9 rocket. It’ll deliver more than 41,000 pounds (18,500 kg) of cargo consisting of 60 starlink v1.0 communication satellites. The booster supporting this mission is B1049. Courtesy of SpaceX https://www.spacex.com/ www.spaceofficial.com SPACE (Official) Network We love ❤ Space Do you?

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Come condividere il proprio computer per la ricerca contro il coronavirus

Il progetto di Ibm: raccogliere la potenza computazionale dei dispositivi nel mondo e concentrarla in un supercomputer virtuale per processare moli e moli di dati sanitari

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Ibm chiede l’aiuto di chiunque possieda un computer connesso a internet per partecipare al progetto OpenPandemics – Covid-19. Ogni utente avrà la possibilità di mettere a disposizione la potenza di calcolo della propria macchina per aiutare la ricerca di una cura al coronavirus.

Esattamente come avviene in Dragonball quando Goku chiede alle persone della terra di alzare le mani per donargli l’energia necessaria a sconfiggere MajinBu, Ibm, con il suo progetto OpenPandemics – Covid-19, chiede di mettere a disposizione la potenza computazionale dei loro personal computer. Più computer partecipano al progetto più aumenta la capacità di calcolo del supercomputer virtuale di Ibm.

World Community Grid come Goku, sfrutterà la potenza di calcolo dei computer degli utenti nel mondo per aiutare gli scienziati a sconfiggere il coronavirus


Il gigante dell’elettronica intende sfruttare la potenza di calcolo inutilizzata dai computer degli utenti, che decideranno di partecipare, per alimentare la sua World Community Grid. Grazie a questo supercomputer virtuale, gli scienziati che stanno cercando una cura per il virus, potranno elaborare l’immensa mole di dati raccolti in questi mesi d’emergenza.

La potenza di calcolo condivisa permetterà quindi alla World Community Grid di effettuare i milioni di calcoli al secondo necessari per le simulazioni dei composti bio-chimici necessari per debellare il virus.

Attualmente più di 770mila persone e 450 organizzazioni hanno già contribuito ad alimentare la World Community Grid fornendo quasi due milioni di anni di potenza di calcolo a sostegno di 30 progetti di ricerca, tra cui studi su cancro, Ebola, Zika, malaria e Aids.

Il progetto è stato ideato dall’istituto di ricerca Scripps Research e a dirigerne lo sviluppo c’è il ricercatore italiano Stefano Forli, assistente del dipartimento di Biologia integrativa strutturale e computazionale di Scripps Research.

Sfruttare la potenza di elaborazione inutilizzata su migliaia di dispositivi ci fornisce un’incredibile potenza di calcolo utile a selezionare virtualmente milioni di composti chimici”, spiega Forli in una nota: “Il nostro sforzo congiunto con i volontari di tutto il mondo promette di accelerare la nostra ricerca di nuovi, potenziali farmaci candidati ad affrontare le minacce biologiche emergenti presenti e future, sia che si tratti di Covid-19 o di un agente patogeno completamente diverso”.

Per mettere a disposizione la potenza di calcolo inutilizzata del proprio computer è sufficiente iscriversi al progetto e scaricarne l’applicazione. World Community Grid di Ibm opererà in background senza rallentare i sistemi degli utenti e garantendo la massima sicurezza della privacy proteggendone le informazioni personali.

 

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Stefano Vaneggio Olivi Avatar Stefano Vaneggio Olivi
13 August 2017

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