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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

Le acque radioattive di Fukushima

Il rilascio delle acque di bonifica radioattive in alto mare è la soluzione più sicura. Non modificherebbe di fatto i livelli naturali di radioattività e non porterebbe a un accumulo di quantità significative di elementi radioattivi nei pesci. I pescatori giapponesi temono però la diffidenza dei consumatori

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Cisterne di stoccaggio delle acque radioattive a Fukushima (Gill Tudor/IAEA)

“Molto rumore per nulla.” Così il fisico Marco Casolino, ricercatore all’INFN all’Università di Roma Tor Vergata che da anni collabora con l’istituto RIKEN in Giappone, commenta il vespaio sollevato dal ministro per l’ambiente giapponese, Yoshiaki Harada, quando ha dichiarato che l’acqua radioattiva stoccata a Fukushima sarà dispersa in mare. Un clamore immotivato per due motivi.
Innanzitutto il ministro non annunciava una decisione presa, o un piano di smaltimento proposto, ma esprimeva solo una sua opinione. “Ha detto che sta finendo lo spazio per stoccare l’acqua e prima o poi bisognerà smaltirla in mare, cosa che si dice già dal 2013. In realtà però non è stata ancora presa alcuna decisione ufficiale, appunto per paura delle reazioni”, spiega a Le Scienze Casolino, che studia fra l’altro particelle ad alta energia e protezione dalla radiazione spaziale.

Casolino era in Giappone nel 2011 quando il terremoto e il conseguente tsunami hanno distrutto la centrale di Fukushima e ha partecipato alle indagini sulle fuoriuscite radioattive, realizzando anche uno strumento per misurare le radiazioni nel cibo grazie a fondi della Japan Science Foundation. “Inoltre, anche se quell’acqua finirà davvero in mare, la contaminazione sarà irrilevante”, aggiunge.

Ispezione sullo stato dei lavori di bonifica a Fukushima da parte di tecnici della IAEA e della TEPCO (NRA)


L’oggetto del contendere sono oltre un milione di tonnellate di acqua contaminata da trizio (un isotopo radioattivo dell’idrogeno), raccolta in serbatoi vicino alla centrale di Fukushima Daiichi. Per tenere raffreddati i resti dei reattori, in attesa dello smantellamento, bisogna farvi circolare un flusso continuo di acqua, che viene recuperata, purificata da gran parte dei radionuclidi, e riutilizzata. Ma all’acqua pompata si aggiunge quella che si infiltra dal sottosuolo. Una serie di interventi, con barriere sotterranee e sistemi di pompaggio e drenaggio, hanno molto ridotto queste infiltrazioni ma non le hanno eliminate. C’è quindi un surplus di acqua che ogni giorno va eliminato dal circolo e stoccato.

Quest’acqua conserva una certa radioattività perché i sistemi di purificazione eliminano gli isotopi più pericolosi come il cesio-137, ma non il trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno che entra a far parte dell’acqua stessa e sarebbe molto oneroso da separare.

Stoccare o smaltire
Così, finora si sono accumulate oltre un milione di tonnellate di acqua radioattiva, stoccate in un migliaio di cisterne sul posto, e ogni giorno se ne aggiunge di nuova. Ma lo spazio sta finendo. L’esaurimento, già previsto per il 2020, è stato ritardato al 2022 grazie alla costruzione di nuove cisterne, ma non si può continuare così, se non altro perché in zona i siti stabili, elevati e pianeggianti, che offrono la maggiore sicurezza, stanno finendo.

“E in ogni caso lasciare l’acqua lì non è una buona idea, perché se arrivano nuovi terremoti, cicloni o alluvioni si può disperdere”, spiega Casolino. “È già successo col terreno radioattivo rimosso dalla superficie per decontaminare l’area. L’hanno accatastato in giganteschi sacchi di iuta, ma qualche anno fa è arrivato un tifone che ne ha trascinato via una parte, disperdendolo di nuovo nell’ambiente.”

Perciò, anni fa una task force del Ministero dell’economia giapponese ha esaminato a fondo cinque opzioni per liberarsi dell’acqua: farla evaporare, rilasciare l’idrogeno in atmosfera in forma gassosa, iniettarla negli strati profondi del sottosuolo, conservarla in depositi sotterranei, o diluirla e scaricarla nell’oceano. Nel 2016 quel gruppo di studio ha concluso che per sicurezza, costi e tempi, quest’ultima era la scelta migliore. Un’idea condivisa dall’Agenzia internazionale per l’energia atomica (IAEA), dalla Nuclear Regulation Agency del Ministero dell’ambiente giapponese, e dalla TEPCO (Tokyo Electric Power Company), l’operatore che gestiva l’impianto e ora ne cura lo smantellamento.

Campionamento delle acque di fronte alle coste di Fukushima (Petr Pavlicek/IAEA)


Già due anni fa, peraltro, il direttore della TEPCO, Takashi Kawamura, aveva presentato il riversamento in mare come una decisione già presa, suscitando in patria un allarme analogo a quello dei giorni scorsi e facendo poi una rapida marcia indietro.

Il trizio
I rischi concreti, come si diceva, sono in realtà irrisori. Anche se manca ancora un piano concreto su come procedere allo smaltimento, l’idea è diluire l’acqua per ridurre la radioattività entro standard di sicurezza accettabili – si parla dell’ordine dei 60.000 becquerel (Bq) per litro (un Bq è una disintegrazione di un nucleo al secondo) – e poi riversarla via via nell’oceano, al largo, in tempi che vanno da 5 a una quindicina d’anni.

Sia la quantità complessiva di trizio da smaltire sia le dosi giornaliere previste non superano quelle rilasciate da altri impianti nel loro normale funzionamento. Per esempio, in Francia l’impianto di lavorazione del combustibile esausto di La Hague rilascia ogni anno nella Manica 12.000 miliardi di Bq, circa dieci volte la radioattività di tutto il trizio stoccato a Fukushima. Le massime concentrazioni di trizio rilevate nella zona di La Hague sono state di 7 Bq al litro, e al largo di Fukushima i livelli previsti sono ancora inferiori, con stime intorno a 1 Bq al litro e picchi massimi di pochi Bq al litro.

Questi valori si scostano poco dalla radioattività da trizio già presente nel mare per effetto del fondo naturale e delle varie emissioni umane, e non superano quella di molti corsi d’acqua dolce. “Senza contare tutti gli altri radionuclidi”, aggiunge Casolino.

“Già nel 2013 avevamo calcolato che il cesio-137 e lo stronzio-90 dispersi dall’incidente di Fukushima, pur inquinando molto il mare negli immediati dintorni della centrale, avevano prodotto un aumento del tutto trascurabile della radioattività non appena ci si allontanava un po’. Nei primi 100 chilometri di mare davanti alla costa nord-orientale del Giappone le perdite hanno aggiunto meno di una parte su 100.000 alla radioattività già presente in natura con isotopi come il carbonio-14 e il potassio-40. Su tutto il Pacifico era meno di una parte su 100 milioni.”

La radioattività ora in gioco non solo è molto inferiore, ma riguarda il trizio, che è molto meno pericoloso: all’esterno del corpo è innocuo perché le particelle beta che emette non superano lo strato morto della pelle; quello che beviamo, a differenza di altri radionuclidi, non si concentra nei tessuti ma per lo più viene eliminato con l’acqua. Perciò, anche se la sua radioattività per dimezzarsi (emivita) impiega 12,3 anni, la sua emivita biologica nel corpo è di 10 giorni, come per tutta l’acqua. Infatti la sua tossicità resta incerta e i limiti ammessi nell’acqua potabile sono molto variabili: il più stringente è quello dell’Unione Europea, a 100 Bq al litro, mentre l’Organizzazione mondiale della Sanità consiglia una soglia 100 volte più alta, di 10.000 Bq al litro, e l’Australia ammette oltre 76.000 Bq al litro.

Quanto a livelli di trizio, quindi, l’acqua marina “contaminata” dallo svuotamento delle cisterne di Fukushima sarebbe addirittura potabile anche in Europa.

La vera preoccupazione dei pescatori
Il vero problema non è dunque sanitario o ambientale ma sociale: l’opposizione allo scarico dell’acqua viene soprattutto dalle cooperative di pescatori locali, che si stanno riprendendo con immensa fatica dai danni dello tsunami e dell’iniziale contaminazione del pesce, e sono terrorizzati dall’idea di vedere di nuovo svanire la fiducia riconquistata.

Preparazione di campioni di pesce per il controllo della presenza di elementi radioattivi (IAEA)


Per il trizio, viste le scarse prove di tossicità, non sono stabiliti limiti nel cibo. Dato che non si concentra nell’organismo, un livello di 1 Bq al litro nell’acqua corrisponderà a circa 1 Bq al chilogrammo nel pesce (a La Hague vicino agli scarichi si sono rilevati valori fino a 20 volte maggiori).

Una parte di questo trizio può essere un po’ più pericoloso di quello nell’acqua perché si fissa nelle molecole biologiche, e può essere incorporato nei tessuti e restarvi anche per anni. Quanto trizio sia metabolizzato così, e quanto più rischioso sia in questa forma, è dibattuto, ma i calcoli eseguiti sotto le ipotesi più varie mostrano che – per quanto pesce si possa mangiare – l’esposizione equivalente resta comunque largamente al di sotto anche degli standard di sicurezza dell’acqua europei. In linea di principio, quindi, non c’è ragione di temere per la commestibilità del pesce.

“Il problema però è un altro”, rimarca Casolino. Riassumendo liberamente quanto ha detto in un’intervista uno dei leader dei pescatori: se gli scienziati ci assicurano che il pesce non sarà contaminato, noi ci crediamo; ma non crediamo che riuscirete a convincerne i consumatori.

Dopo le dichiarazioni del ministro, il governo si è affrettato a precisare che nulla è ancora stabilito, e prima di qualsiasi decisione attende un ulteriore rapporto da un comitato di esperti. Ma come Harada ha lasciato trasparire, l’idea prevalente è che la scelta sarà lo smaltimento in mare.





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I misteri dell’energia oscura, visti dalla Nasa

Cos’è l’energia che compone il 70% del totale del cosmo? Com’è possibile guardarci dentro? Ce lo spiega – o prova a farlo – l’Agenzia spaziale americana con un cartoon

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Costituisce quasi il 70 per cento dell’energia dell’intero cosmo, e ciononostante resta la più grande fonte di curiosità e mistero degli astronomi: dell’energia oscura, di fatto, sappiamo davvero pochissimo.

Eppure, ci fa sapere la Nasa, c’è una missione all’orizzonte per provare a capirci di più: si chiama Wfirst, da Wide Field Infrared Survey Telescope, un osservatorio spaziale tra i più grandi mai progettati finora, che – se tutto andrà come previsto – porterà parecchia luce nel buio in cui brancolano oggi le nostre conoscenze.

Con questo cartoon, l’Agenzia americana ci porta faccia a faccia con tutti gli interrogativi sull’energia oscura – e nel cuore del nuovo progetto, ovviamente.





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Per salvare il clima, agli scienziati non resta che la disobbedienza civile?

Due ricercatori britannici hanno lanciato un appello ai colleghi: parlare di riscaldamento globale e di perdita di biodiversità non basta più, dobbiamo ribellarci e agire in prima persona

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Una protesta di Extinction Rebellion a Londra (foto: TOLGA AKMEN/AFP/Getty Images)

Migliaia e migliaia di pubblicazioni scientifiche, conferenze internazionali e interviste alla stampa non hanno frenato l’aumento delle temperature né il degrado degli ecosistemi. I governi sono sordi agli allarmi degli scienziati. E se alle parole non seguono i fatti, allora bisogna smettere di parlare e cominciare ad agire. Sì, contro la crisi ambientale, gli scienziati devono mobilitarsi in prima persona. Se necessario, anche abbracciando la disobbedienza civile.

Suona come una chiamata alle armi l’appello pubblicato sulla rivista Nature Ecology and Evolution dai ricercatori britannici Claire Wordley, ecologa dell’università di Cambridge, e Charlie Gardner, esperto di conservazione dell’università del Kent. Entrambi convinti che, quando il gioco si fa duro, gli scienziati devono cominciare a giocare.

Allarmi inascoltati

I fatti, del resto, sono ormai chiari: al ritmo attuale di emissioni di gas serra, la temperatura media globale sfonderà la soglia di 2°C e potrebbe addirittura schizzare a 5°C in più entro fine secolo, spingendo verso l’estinzione un milione di specie animali e vegetali. Rischiamo di perdere la banchisa, le foreste pluviali e le barriere coralline, subendo ondate di calore, siccità e tempeste che renderanno inabitabile gran parte della Terra, con sofferenze indicibili per l’umanità.

Non si può dire che gli scienziati non si siano impegnati per comunicare la gravità della crisi. E non solo pubblicando le loro ricerche sulle riviste specialistiche, ma anche cercando un dialogo con la classe politica e l’opinione pubblica. Nel 2017 hanno persino lanciato un allarme rivolto all’umanità sottoscritto da oltre 15mila ricercatori di 184 nazioni.

E non è stato tutto inutile: le conoscenze sulla crisi ambientale sono più certe e diffuse che mai. Eppure il 2018 è stato l’anno in cui abbiamo emesso più gas serra, mentre la scomparsa delle specie continua al ritmo di un’estinzione di massa. Il problema è che la conoscenza non basta a invertire la rotta se non si trasforma in azione individuale e collettiva. Per Wordley e Gardner è giunto il tempo di provare con un altro approccio: la disobbedienza civile non-violenta.

Disobbedienza civile

Infrangere pubblicamente una norma di legge per ottenere un cambiamento politico: la disobbedienza civile è una forma di lotta politica con una lunga tradizione. Nell’appello si scomodano Rosa Parks, Emmeline Pankhurst, Martin Luther King e Mohandas Gandhi, sostenendo che alcuni dei mutamenti sociali e politici più profondi della storia recente si devono alla ribellione di una minoranza molto determinata. Ma la disobbedienza civile ha radici ben salde anche nell’ecologismo politico.

Dal canto loro, i due ricercatori britannici hanno aderito a Extinction Rebellion, che lo scorso aprile ha messo in subbuglio il centro di Londra con blocchi stradali che si sono prolungati per undici giorni e sono terminati con l’arresto di oltre 1.100 attivisti. Nello stesso mese, oltre 12mila scienziati hanno firmato una lettera a favore dello sciopero globale della scuola per il clima, pubblicata dalla rivista Science, in cui si lodava la mobilitazione di Fridays for Future come “giustificata e supportata dalla migliore scienza disponibile”.

Scienziati ribelli

A dirla tutta, qualche precedente illustre non manca. L’astrofisico James Hansen, che per primo denunciò al congresso americano i rischi del riscaldamento globale, si è già fatto arrestare diverse volte nel corso delle proteste contro l’industria dei combustibili fossili. E nel 2013 ha lasciato la Nasa per dedicarsi a tempo pieno all’attivismo.

Il 22 aprile 2017, inoltre, in coincidenza con la giornata mondiale della Terra, c’era stata la Marcia per la scienza, a cui avevano aderito scienziati e ricercatori di tutto il mondo. In quell’occasione – in piena ondata di post-verità trumpiana – rivendicarono la realtà fattuale dei cambiamenti climatici, ma tutto sembrò esaurirsi in una difesa delle verità scientifiche e in una richiesta di maggiori finanziamenti alla ricerca.

Già allora, peraltro, la comunità scientifica si interrogò sul proprio ruolo, dividendosi sul timore che la politicizzazione dei ricercatori avrebbe potuto compromettere la (presunta) neutralità della scienza. È un nodo affrontato anche da Wordley e Gardner che, tuttavia, studi alla mano, affermano che prendere posizione non pregiudica affatto la credibilità degli scienziati (come del resto non accadde neppure dopo la Marcia per la scienza del 2017).

Dalla divulgazione all’attivismo

Certo, nessuno pretende che i ricercatori abbandonino i laboratori per farsi prendere a manganellate dalla polizia. E ovviamente, nel mondo reale neppure gli scienziati marciano tutti nella stessa direzione: come ricorda Jennifer Haigh nelle pagine di L’America sottosopra, sono pur sempre i geologi a suggerire alle compagnie petrolifere dove scavare.

Ma al netto di tutto questo, Wordley  e Gardner sollevano una questione importante quando si chiedono se ancora oggi il compito degli scienziati (come spesso si assume in modo implicito) debba limitarsi a fornire informazioni fattuali affinché la politica possa prendere le decisioni in base alle migliori conoscenze disponibili. Un modello che di fronte all’emergenza ambientale – sostengono i due autori – dimostra di non funzionare, ammesso che abbia mai funzionato.

E allora non resta che rivedere il ruolo degli scienziati: non più soltanto produttori di conoscenze, e neppure semplici divulgatori o advisor per i decisori politici, bensì attori delle politiche pubbliche e persino attivisti della causa ambientale. In altre parole, così come nel recente passato tra i doveri dei ricercatori si è aggiunta la divulgazione dei risultati della scienza, oggi, di fronte alla drammaticità della crisi ambientale, qualcuno comincia a chiedersi se tra i compiti degli scienziati che studiano il clima o la conservazione degli ecosistemi non vada annoverato anche l’attivismo. Prima che scompaia l’oggetto di studio o che il pianeta su cui proseguire le ricerche diventi inabitabile.





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