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Fisica

Fast il più grande radiotelescopio del mondo

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FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope) sarà il più grande radiotelescopio del mondo e si trova all’interno di un bacino naturale cinese nella provincia di Guizhou, nel sudovest della Cina

niziato nel 2011 il progetto sarà completato nel settembre 2016 e sarà un enorme dispositivo che permetterà di cambiare la nostra comprensione dell’universo e la ricerca di vita su altri pianeti; FAST  sarà in grado di rilevare i segnali radio provenienti dai pianeti in orbita intorno un milione di stelle e sistemi solari.
La prima proposta del progetto FAST  fu fatta nel 1994 e successivamente approvata nel 2007, il responsabile scientifico del progetto è Nan Rendong ricercatore del Chinese National Astronomical Observatory.
FAST è composto di 4600 pannelli triangolari ed avrà un design simile a quello del Radiotelescopio di Arecibo, utilizzerà una depressione carsica naturale come supporto per la parabola del telescopio con un diametro di 500 metri.

Diversamente dalla parabola del radiotelescopio di Arecibo, che ha una curvatura sferica fissa (e quindi un complesso sistema per contrastare l’aberrazione sferica), FAST userà una superficie che si modificherà continuamente per creare una parabola allineata il meglio possibile con la porzione di cielo desiderata con una dimensione di 500 m e sarà capace di coprire il cielo all’interno di un angolo di 40° dallo zenith.

La sua frequenza di funzionamento si estende da 70 MHz a 3.0 GHz con una precisione di puntamento di a 4 secondi d’arco.
La cabina di ricezione del segnale — sospesa 140 m sopra il riflettore — sarà sostenuta e guidata da cavi e servomeccanismi in aggiunta ad un robot secondario utilizzato come sistema di regolazione per gli spostamenti di precisione.

FAST sarà operativo dal mese di settembre 2016, i risultati ovviamente non saranno immediati anche perché nei prossimi due o tre anni dovrà essere messo a punto e verrà usato esclusivamente solo dagli scienziati cinesi, al termine di questi passaggi sarà a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo.
Questo radiotelescopio sarà uno strumento importante nella rilevazione pulsar, delle onde gravitazionali e della presenza di amminoacidi che potrebbero confermare la vita su altri pianeti.
Ma per poter apprezzare il futuro lavoro di FAST è utile ricordare cosa sia effettivamente un radiotelescopio, che a differenza di quelli classici che osservano la luce visibile, è specializzato nel rilevare onde radio emesse dalle varie radiosorgenti sparse per l’Universo, generalmente grazie ad una grande antenna parabolica, o più antenne collegate.

Il campo dell’astronomia che si occupa della banda radio è detto, appunto, radioastronomia.
Nel 1974 Martin Ryle e Antony Hewish dell’ Università di Cambridge hanno ricevuto il premio Nobel per aver inventato l’interferometria radioastronomica, che utilizza una combinazione di numerosi radiotelescopi, i quali possono essere usati come un’unica antenna “virtuale” più grande.
Al giorno d’oggi, quasi tutti i radiotelescopi utilizzano la tecnica interferometrica.

 

In Italia ci sono due radiotelescopi medi, a Medicina in Emilia-Romagna e a Noto in Sicilia, entrambi singole parabole con un diametro di 32 m.
A Medicina si trova anche un radiotelescopio più grande, una serie di archi di parabola disposte lungo due bracci della lunghezza di 560 e 625 m. Un terzo radiotelescopio inaugurato ed entrato in operatività nel 2013 è il Sardinia Radio Telescope costituito da una singola parabola con un diametero di 64 m.
La grandezza tipica di un radiotelescopio a parabola è di 25 m. Dozzine di tali radiotelescopi sono sparsi per il mondo.
Il grande diametro di questi telescopi è necessario perché le emissioni radio in arrivo dai corpi celesti sono debolissime.
Tali grandi dimensioni pongono alcuni problemi costruttivi per la struttura che li sostiene, perché essa è necessariamente molto pesante ma deve comunque essere orientata e ruotata verso qualunque parte del cielo.

La debolezza delle emissioni radio celesti fa sì che i radiotelescopi moderni siano, grazie al loro grande diametro e alla sofisticata tecnologia dei ricevitori, estremamente sensibili.
Questo rende a volte problematiche le osservazioni perché le interferenze terrestri, originate da sorgenti radio artificiali ben più potenti e vicine, vengono “viste” al posto degli oggetti celesti.
È permanentemente in corso una battaglia “politica” in sordina tra la comunità astronomica e i vari governi sparsi per il mondo, per preservare almeno una parte dello spettro radio dalle onnipresenti emissioni terrestri, ma il peso economico di queste ultime è in genere preponderante.

I radiotelescopi possono osservare molti tipi di oggetti diversi: le pulsar radio o i quasar sono gli esempi più famosi e spettacolari, ma osservazioni egualmente importanti e possibili solo con i radiotelescopi sono la mappatura dell’idrogeno (che consente di ricavare la “geografia” della nostra e delle altre galassie in modo molto accurato) e la misura della abbondanze dei diversi elementi e molecole nello spazio.

I radiotelescopi sono anche usati per compiti come la comunicazione con le sonde spaziali attualmente in viaggio, e per misure riguardanti il moto della Terra e la deriva dei continenti: le grandi lunghezze d’onda della banda radio rendono semplice il confronto tra radiotelescopi diversi sparsi per il mondo che osservano una stessa sorgente, sia in diretta sia in differita, utilizzando osservazioni registrate.
Prima che fosse costruito FAST, il più grande radiotelescopio del mondo era ARECIBO, noto come il National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC, Centro Nazionale per l’Astronomia e la Ionosfera), situato nell’isola di Porto Rico.

L’osservatorio è dotato di un radiotelescopio formato da un’antenna ad apertura di 305 metri, viene utilizzato principalmente per tre grandi aree di ricerca: la radioastronomia, la fisica atmosferica (utilizzando sia il radiotelescopio sia la funzione Lidar dell’osservatorio) e l’osservazione radar di oggetti del sistema solare.
Il radiotelescopio di Arecibo ha prodotto importanti scoperte scientifiche.

Il 7 aprile 1964, poco dopo l’inaugurazione, il gruppo di Gordon H. Pettengill determinò che il periodo di rotazione di Mercurio non era di 88 giorni, come era stato previsto, ma di soli 59 giorni.
Nel 1968, la scoperta di Lovelace e altri della periodicità della nebulosa del Granchio fornì la prima evidenza fondata dell’esistenza delle stelle di neutroni nell’Universo.
Nel 1974 Hulse e Taylor scoprirono la prima pulsar binaria PSR B1913+16, per la quale verrà poi assegnato loro il Premio Nobel per la fisica.
Nell’agosto del 1989 si ottenne la prima immagine diretta di un asteroide nella storia: il 4769 Castalia. Nell’anno seguente, l’astronomo polacco Aleksander Wolszczan scoprì la pulsar PSR B1257+12 in orbita alla quale vennero poi trovati tre pianeti (e una possibile cometa).
Questi furono i primi pianeti extrasolari scoperti.





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Fisica

Dal 2020 la Stazione spaziale internazionale sarà anche una meta turistica

Secondo i piani della Nasa, dal 2020 le aziende private potranno trasportare i turisti sulla Stazione spaziale internazionale. In questo modo l’agenzia spaziale spera di ridurre le enormi spese di gestione

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foto NASA

La prossima vacanza che farete? Pensateci bene, e soprattutto guardate bene il vostro portafogli, perché dal prossimo anno, nel ventaglio delle mete turistiche ci potrebbe essere anche una sorpresa spaziale. Nei giorni scorsi, infatti, la Nasa ha annunciato che dal 2020 aprirà le porte della Stazione spaziale internazionale (Iss) per attività commerciali e missioni private, ovvero ai turisti. Il costo del biglietto? Si aggirerà intorno ai 50 milioni di dollari, a cui se ne devono aggiungere altro 35mila a notte. Un prezzo astronomico, che non considera inoltre le spese per cibo, acqua e utilizzo di altre strutture della stazione spaziale, durante il soggiorno.

“La Nasa sta aprendo la Stazione Spaziale Internazionale a opportunità commerciali come mai prima”, ha riferito Jeff DeWi, il Chief Financial Officer della Nasa, in una dichiarazione fatta durante una conferenza a New York. Infatti, ci saranno, secondo i piani della Nasa, due brevi missioni private all’anno della durata di massimo 30 giorni, ha dichiarato Robyn Gatens, vice direttore della Iss, durante le quali un totale di 12 astronauti potranno visitare la parte della stazione spaziale che compete alla Nasa. Mentre le attività di ricerca scientifica dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, europea Esa, giapponese Jaxa e canadese Csa-Asc continueranno indisturbate.

Ricordiamo che in passato l’agenzia spaziale russa aveva già dato inizio a qualche attività commerciale: per esempio, a salire sulla Iss come primo turista spaziale fu l’imprenditore statunitense Dennis Tito, che partì nel 2001 verso la stazione spaziale con un biglietto del costo di 20 milioni di dollari. Questa volta, i turisti saranno traghettati verso la stazione esclusivamente dalle due aziende statunitensi che attualmente stanno sviluppando dei “taxi spaziali”: SpaceX, con la sua capsula Crew Dragon e Boeing, con il veicolo Starliner (che dovrebbero essere pronti entro la fine di quest’anno). A entrambe le aziende, poi, sarà dato anche il compito di scegliere gli astronauti. Solamente il viaggio verso la Iss, precisiamo, costerà circa 58 milioni di dollari per un biglietto di andata e ritorno.

L’idea della Nasa è di sviluppare e incentivare il turismo spaziale nella speranza di vedere il settore privato conquistare la Iss. “Vogliamo essere presenti come inquilini, non come proprietari”, ha dichiarato l’amministratore della Nasa Jim Bridenstine ad aprile scorso. Come vi avevamo raccontato lo scorso anno, infatti, l’amministrazione di Trump sta cercando di privatizzare la parte statunitense della Iss, mettendo fine ai finanziamenti federali per la stazione dal 2024, anno in cui finirà teoricamente il piano di sovvenzione pubblica alla Iss. Da quell’anno, il governo statunitense potrebbe avviare un piano per vendere la stazione a privati. “La decisione di mettere fine al sostegno federale alla Iss nel 2024non significa che la piattaforma stessa sarà messa fuori orbita in quel momento, è possibile che l’industria possa continuare a gestire determinati elementi o funzionalità dell’Iss come parte di una futura piattaforma commerciale, aveva riferito la Nasa.





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Una scoperta matematica grazie a The Big Bang Theory

Un’affermazione di Sheldon Cooper in un episodio della popolare serie televisiva ha dato da pensare ai teorici dei numeri… e li ha portati a scoprire una nuova proprietà dei numeri primi

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© Photomovie

Il 73° episodio della sitcom statunitense The Big Bang Theory è da tempo considerato speciale dai matematici. “Qual è il numero migliore?”, chiede a un certo punto Sheldon Cooper. “È il 73”, si risponde da solo il fisico, geniale ma inetto nella vita quotidiana.

Il ragionamento di Sheldon è un invito a nozze per gli appassionati di numeri: “Il 73 è il 21° dei numeri primi. Il suo speculare, il 37, è il 12°, e il suo speculare, il 21, è il prodotto – e qui vi consiglio di reggervi forte – di 7 per 3”. L’osservazione fa solo ridere gli altri personaggi della serie e molti spettatori, ma ha dato da pensare ai matematici professionisti: ci sono altri “numeri primi di Sheldon” che hanno le stesse proprietà?

Insieme al collega Christopher Spicer del Morningside College, in Iowa, il teorico dei numeri Carl Pomerance del Dartmouth College, nel New Hampshire, ora ha trovato una risposta: 73 è in realtà l’unico numero primo che soddisfi i criteri stabiliti da Sheldon, scrivono i ricercatori in un articolo uscito di recente su “American Mathematical Monthly”.

Nel 2015, qualche tempo dopo la trasmissione di quell’episodio di The Big Bang Theory, Spicer, insieme a due colleghi, ha dato una definizione formale: un numero pn è un numero primo di Sheldon se è l’n-esimo numero primo e se è il prodotto delle cifre di n e se il numero riflesso specularmente rev(pn) è il rev(n)-esimo numero primo prev(n). Per dirla in modo un po’ più comprensibile, vuol dire che per il xyz-esimo numero primo abcd deve valere che a · b · c · d = xyz e, inoltre, che dcba è lo zyx-esimo numero primo. Quando i tre ricercatori hanno esaminato se qualcuno dei primi dieci milioni di numeri primi soddisfacesse queste proprietà, hanno scoperto che l’unico era il 73. Hanno quindi formulato la congettura che ci fosse un unico primo di Sheldon.

La dimostrazione completa data da Pomerance e Spicer ha richiesto ancora qualche anno. In una prima fase i due matematici hanno dimostrato che non può esistere un primo di Sheldon maggiore di 1045. Sono giunti a questa conclusione grazie al noto teorema dei numeri primi risalente al 1896, che dà il minimo numero di numeri primi contenuti in un dato intervallo di numeri. La condizione che il prodotto di tutte le cifre di un primo di Sheldon pn dia il numero n non può valere per numeri che siano maggiori di 1045. In questo caso, infatti, per il il teorema dei numeri primi il numero n dei numeri primi contenuti nell’intervallo [2, pn], è sempre maggiore del prodotto delle cifre di pn.

Questo passaggio è il punto cruciale dell’articolo. Anche se 1045 è un numero di grandezza inimmaginabile grande, è comunque un numero finito e quindi in teoria è possibile passare in rassegna sistematicamente tutti i numeri primi tra 2 e 1045 con un computer per cercare altri numeri primi di Sheldon. Certo, anche qui serve qualche trucco: far girare un algoritmo su numeri con 45 cifre rappresenta una sfida anche per il miglior hardware. Quindi Pomerance e Spicer hanno limitato ancor più gli aspiranti primi di Sheldon facendo uso delle proprietà richieste e usando delle formule di approssimazione per trovare con un integrale un valore approssimato di numeri primi enormi; così facendo hanno progressivamente escluso i vari possibili primi di Sheldon, fino a far rimanere solo il 73.

David Saltzberg, consulente scientifico di The Big Bang Theory, venuto a sapere della dimostrazione trovata dai due matematici, ha deciso di render loro omaggio in un episodio andato in onda nell’aprile 2019: in una scena si vede sullo fondo una lavagna con dettagli dei calcoli dall’articolo di Pomerance e Spicer. Come riferisce un comunicato del Dartmouth College, Pomerance ha esclamato: “È come uno spettacolo nello spettacolo”. “Non ha nulla a che fare con la trama dell’episodio e si vede a malapena sullo sfondo. Ma se uno sa che cosa cercare, ecco il nostro articolo!”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Spektrum.de” il 17 maggio 2019





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Com’è Space Rider, il prossimo “accessorio” a salire a bordo di un razzo Vega

Un laboratorio orbitante che, una volta esaurito il suo scopo, può rientrare a Terra senza inquinare il cosmo. Il suo funzionamento, spiegato in un’animazione

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Potremmo definirlo il coltellino svizzero delle prossime missioni di esplorazione spaziale. Si chiama Space Rider e consiste in un insieme di dispositivi fatti apposta per lavorare nelle basse orbite, e quindi attorno alla Terra, come un vero e proprio laboratorio multifunzione in condizioni di microgravità.

Montato sui razzi Vega, i lanciatori di ultimissima generazione che portano i orbita i satelliti, il sistema è progettato per tornare al suolo dopo ogni missione, ed è quindi riutilizzabile e non produce spazzatura spaziale. Nel video possiamo scoprire com’è fatto da vicino.





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