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Missione compiuta: Cosmo SkyMed e Cheops sono nello spazio

Partiti con 24 ore di ritardo dalla Guyana Francese, le due eccellenze dello “space in Italy” osserveranno la Terra e misureranno gli esospianeti

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La flight mission VS23, che ha portato in orbita Cosmo SkyMed e Cheops (renderizzazione di Cnes/Esa)

Gli applausi in sala controllo, compreso quello del premio Nobel 2019 Didier Quelozscrosciano a più riprese. Ogni volta fragorosi, come può esserlo una liberazione. È comprensibile: anche al più esperto – o a un Nobel – un viaggio rinviato di un giorno per problemi al software del lanciatore, e poi durato quattro ore filatedeve regalare un bel po’ di tensione.

Alla fine, però, il volo è nominale, come si dice quando tutto fila liscio: 4 ore, 13 minuti e 14 secondi dopo la partenza, avvenuta in Guyana Francese stamattina, quando in Italia erano le 9:54, il razzo Sojuz libera in orbita Angels e il centro di controllo saluta con un urlo l’ultimo dei cinque payload trasportati.

Fra loro, oltre a tre piccoli cubesat (Ops-SatEyeSat e Angels, da nemmeno 50 chilogrammi in tutto), anche il primo satellite della nuova generazione di Cosmo-SkyMed, frutto dell’eccellenza italiana nell’osservazione della Terra, e Cheops dell’Esa, che ad aprile comincerà a fornire misurazioni importanti degli esopianeti noti.

Il Csg-1, come è stato battezzato il nuovo Cosmo-SkyMed, era stato rilasciato 22 minuti e 43 secondi dopo il lift-off per essere preso in gestione dalla Stazione di controllo del Fucino circa un’ora dopo (il dispiegamento del radar e dei pannelli solari si completerà entro 24 ore); Cheops si era separato dal lanciatore a due ore e 24 minuti dal lancio. Anche se in ambiti e per motivi diversi, sono entrambe missioni fondamentali per l’Italia dello spazio.

Il Csg-1 di Cosmo SkyMed nella Thermal Vacuum Chamber di Thales Alenia Space (foto: Thales Alenia Space)


Intanto il Csg-1 dà continuità operativa alla prima generazione, che in orbita da dieci anni ormai mostra i segni del tempo – commenta Giancarlo Varacalli, responsabile del programma per l’Agenzia spaziale italiana – in più introduce nuove caratteristiche e nuove prestazioni, che mantengono il satellite allo stato dell’arte mondiale”.

Quelle di Varacalli non sono parole di circostanza: Cosmo-SkyMed2, finanziato interamente dall’Asi, dal ministero della Difesa e da quello dell’Istruzione, università e ricerca (per un costo complessivo di circa 140 milioni di euro), è la sintesi dell’eccellenza dello spazio “made in Italy”, uno sforzo congiunto di Thales Alenia SpaceTelespazio e di tante piccole e medie imprese tricolori (anche la commercializzazione dei dati sarà italiana, curata dalla e-Geos). Il nuovo arrivato in orbita è importante perché ciò che la costellazione ha visto dal 2007, come nel caso del terremoto del Sichuan, in Cina, degli uragani Hannah e Ike ad Haiti, o della recente acqua alta a Venezia, si è rivelato prezioso per le operazioni di soccorso e aiuto umanitario nelle aree disastrate. Con la seconda generazione, che si completerà con il lancio dell’ultimo satellite nel dicembre del 2020, Cosmo-SkyMed promette di alzare ulteriormente i propri standard operativi.

C’è una velocizzazione nel processamento dei dati” conferma Varacalli, mentre ricorda che il tempo necessario per configurare la costellazione e ottenere immagini dell’area desiderata prima variava da 72 ore, in condizioni di routine, a meno di 18 nei casi di emergenza. “La maggiore agilità del satellite consente di acquisire scene che in precedenza erano incompatibili. Significa che il numero e la possibilità di raccogliere immagini aumentano sensibilmente”. Strumento principale di Cosmo-SkyMed è la sua antenna radar ad apertura sintetica (Sar) che lavora in banda X, ed è quindi in grado di scrutare la Terra a qualsiasi ora del giorno e della notte e in ogni condizione meteorologica. È lo stato dell’arte tecnologico nell’aiuto alla previsione di frane e alluvioni, nel coordinamento dei soccorsi in caso di terremoti o incendi, e nell’osservazione delle aree di crisi. Non solo: Csg-1 contribuirà anche al monitoraggio del mare, implementerà l’agricoltura di precisione, la sicurezza e la difesa dei confini. Il satellite entrerà nella fase di qualifica operativa fra tre mesi, dopo un accurato periodo di calibrazione. Non è azzardato dire che diventerà “una sorta di angelo custode” – sorride Varacalli – “in effetti ci aiuterà nella prevenzione delle emergenze, nel caso di disastri naturali o in incidenti anche innescati dall’uomo”.

La posa dei cinque payload sul vettore Sojuz lo scorso 12 dicembre (foto: Cnes/Esa)


La soddisfazione del responsabile di Cosmo-SkyMed fa il paio con quella di Barbara Negri, altra responsabile Asi ma per quanto riguarda l’Osservazione e l’esplorazione dell’universo. È la corretta messa in orbita di Cheops che Negri sta festeggiando: “Cheops, che è un precursore dei prossimi programmi di osservazione degli esopianeti, misurerà le dimensioni di quelli già noti con una precisione senza precedenti. Le dimensioni sono fondamentali perché dal rapporto fra il volume, calcolato dal satellite, e la massa, misurata dal suolo, possiamo dedurre la densità di un pianeta e capire se sia un gigante gassoso, una sfera di roccia, di acqua o di ghiaccio. È bene ricordarlo, stiamo cercando simil-terre”.

Una ricerca che rischia di essere come quella del proverbiale ago perso nel pagliaio: “La detection di pianeti extrasolari dallo spazio conferma o smentisce quello che si vede da terra – risponde Negri, che è anche responsabile della delegazione italiana al scientific program board dell’Agenzia spaziale europea – Cheops percorrerà un’orbita eliosincrona a 700 chilometri dal nostro pianeta, un gran vantaggio rispetto ai telescopi di terra e sarà in grado di inaugurare un vero filone di indagine concentrandosi su 2500 esopianeti fra quelli noti. Abbiamo già un’idea di quanti possano essere i candidati che ci interessano in altri sistemi solari. Qualsiasi informazione aggiuntiva ci consentirà di capire se la nostra ricerca sia sulla strada giusta e suggerirà, per esempio, dove orientare le future osservazioni del James Webb Space Telescope, o quelle delle missioni europee già programmate. Come Plato, che dal 2026 andrà alla ricerca di nuovi esopianeti, oppure Ariel che sarà lanciato nel 2028 e si dedicherà all’analisi atmosferica”.

Il satellite Cheops durante il montaggio (foto: Cnes/Esa)


Intanto Cheops aprirà la sua cover – il tappo – il prossimo 26 gennaio e dopo un periodo di science verification dal primo aprile 2020 comincerà le sue indagini. Frutto della partnership tra la Svizzera e il programma scientifico dell’Esa, cui hanno contribuito dieci paesi diversi, anche il successo di Cheops testimonia l’ottimo lavoro dello Space in Italy: “Cheopssottolinea Negri, “conferma il contributo fondamentale dell’Italia alla ricerca. Siamo un paese che vanta una fiducia crescente da parte dell’Esa per il rispetto delle scadenze e della qualità nella realizzazione degli strumenti: abbiamo già consegnato l’hardware di Euclid, che dal 2022 partira alla ricerca di materia ed energia oscura, così come Solar Orbiter, la missione diretta alla nostra stella che verrà lanciata il prossimo 5 febbraio da Cape CanaveralNon ultimo, la comunità scientifica italiana offre un supporto prezioso anche ai Paesi con cui collaboriamo. Ora la sfida sarà creare una “massa critica” in ambito scientifico, con connessioni anche difficili con gruppi abituati a lavorare stand aloneLa scienza, in quanto tale, è senza confini“.



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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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Da una pulsar binaria un’altra conferma alla teoria di Einstein

Una nuova osservazione ha confermato l’effetto Lense-Thirring, un effetto di trascinamento dello spazio-tempo da parte delle masse in rotazione previsto dalla teoria della relatività generale: si tratta in questo caso di un sistema binario di stelle massicce, che emette radiazione elettromagnetica pulsata. E’ la prima verifica del fenomeno ottenuta con un sistema di tipo stellare

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Ilustrazione dell'effetto Lense-Thirring misurato nello studio (©Mark Myers, OzGrav ARC Centre of Excellence)

L’ennesima conferma sperimentale della teoria della relatività generale di Einstein viene dallo studio di una pulsar, un sistema binario di stelle massicce che emette una radiazione pulsante, condotto da Matthew Bailes,dell’ARC Centre of Excellence of Gravitational Wave Discovery (OzGrav) e colleghi, che firmano un articolo su “Science”.

Uno dei fondamenti di questa teoria è che le tre dimensioni spaziali e la dimensione temporale sono considerate un tutt’uno, uno spazio-tempo quadridimensionale. E lo spazio-tempo viene deformato dalle masse proporzionalmente alla loro entità. Si può immaginare questo effetto pensando a una palla da biliardo posata sul lenzuolo steso su un letto. Se poi si posa sul lenzuolo una seconda massa, una palla da golf per esempio, quest’ultima si avvicinerà alla prima cadendo nella deformazione che ha creato. Questo è in sintesi il modello della gravitazione rappresentato dalla teoria einsteiniana, pubblicata nel 1916.

Già qualche anno dopo, due matematici austriaci josef Lense e Hans Thirring, trovarono un’interessante conseguenza della relatività generale. Secondo le leggi contenute nella teoria, una massa in rotazione su se stessa avrebbe dovuto trascinare con sé lo spazio-tempo, con un effetto lieve ma comunque rilevabile, in linea di principio.

Il fenomeno, chiamato effetto Lense-Thirring, o effetto di trascinamento, è stato rilevato sperimentalmente negli anni 2000 per quanto riguarda l’ambiente intorno alla Terra grazie ai satelliti LAGEOS, anche se con un’incertezza sperimentale ancora non soddisfacente, considerata anche l’esiguità della massa del nostro pianeta. In questi casi, si misura il fenomeno di precessione dell’asse di rotazione giroscopi dei satelliti, dovuto proprio all’effetto Lense-Thirring.

Il trascinamento è però molto più evidente nel caso di oggetti molto massicci che si trovano nel cosmo. L’ha dimostrato nel 2016 un gruppo internazionale di ricerca guidato da Adam Ingram, dell’Università di Amsterdam, nel caso del disco di accrescimento di un buco nero indicato dalla sigla H1743-322, grazie alle osservazioni condotte con i telescopi spaziali per raggi X XMM-Newton dell’ESA e NuSTAR della NASA.

Quasi 20 anni fa, il gruppo di Bailes iniziò ad osservare con il radiotelescopio CSIRO Parkes 64 un sistema binario chiamato PSR J1141-6545, formato da due stelle che ruotano l’una attorno all’altra a velocità sorprendenti. Uno dei due oggetti è una nana bianca, delle dimensioni della Terra ma 300.000 volte più densa. L’altra è una stella di neutroni che, con un diametro di soli 20 chilometri, è circa 100 miliardi di volte la densità della Terra. Ciò significa che l’effetto Lense-Thirring è 100 milioni di volte più intenso, e rappresenta quindi un’occasione unica per studiare gli effetti della relatività generale.

Dato il rapido regime di rotazione, i sistemi binari di questo tipo appaiono come una radiazione elettromagnetica pulsata, e vengono anche indicati per questo pulsar. Misurando con estrema precisione la frequenza di pulsazione, gli astrofisici possono ricavare i parametri orbitali del sistema, e da ciò calcolare la precessione del loro asse di rotazione. Dopo aver eliminato tutti i possibili fattori che possono influenzare questa precessione, Bailes e colleghi hanno misurato il contributo relativistico, risultato in buon accordo con le previsioni della teoria di Einstein. Il successo della ricerca, sottolineano gli autori, è che si tratta della prima conferma dell’effetto di Lense-Thirring ottenuta con un sistema di tipo stellare.



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Come estrarre ossigeno dalla polvere lunare

L’Agenzia spaziale europea è riuscita nell’impresa: ha creato un prototipo di impianto di estrazione dell’ossigeno dalle polveri lunari. Un passo importante per futuri viaggi spaziali e per aumentare la durata della permanenza umana sul satellite

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Rappresentazione artistica di una possibile base di attività sulla Luna (foto: Esa)

Ormai è certo: nel 2024 torneremo sulla Luna ed ora è aperta la caccia ai turisti dello spazio che accompagneranno il primo privato cittadino che andrà sulla Luna, il milionario giapponese Yusaku Maezawa. Ma i motivi per studiare la luna e la sua composizione sono tanti e non riguardano solo i viaggi spaziali. L’Agenzia spaziale europea (Esa) ha già pianificato una missione che avrà l’obiettivo di studiare la possibilità di riuscire a estrarre alcuni elementi, come ossigeno e acqua, naturalmente presente nel suolo, o meglio nella regolite, una sorta di polvere che ricopre la Luna. Oggi, l’Esa informa che ha messo a punto un prototipo per estrarre l’ossigeno dalle polveri lunari. Ecco perché è un risultato importante.

Polveri lunari per ottenere ossigeno

La regolite è un materiale granuloso presenti sul suolo lunare – e non solo, si trova anche sulla Terra, su Marte, su altri pianeti, asteroidi e lune. Questo materiale è composto da polveri, detriti, frammenti di rocce e gas, e si è formata in seguito all’impatto di meteoroidi piccoli e spessi, al bombardamento costante di frammenti di materiale celeste. I campioni lunari riportati a terra dalle missioni hanno mostrato che questa polvere è abbondante e per questo sceglierla come candidato per produrre ossigeno potrebbe essere una scelta valida.

Poter ottenere ossigeno dalle polveri lunari potrebbe favorire i futuri viaggi e la nostra permanenza sulla Luna, un tema sempre più attuale. Per questo gli scienziati si sono già messi all’opera e un gruppo guidato dall’università di Glasgow ha recentemente spiegato come procedere.

Un nuovo impianto

Oggi l’Esa annuncia di aver messo a punto un impianto per estrarre l’ossigeno dalle polveri lunari. “Avere la nostra strumentazione ci permette di concentrarci sulla produzione di ossigeno”, commenta Beth Lomax dell’università di Glasgow, “misurandolo con uno spettrometro di massa non appena estratto dal ‘simulante’ di regolite”. Il simulante di regolite è un materiale terrestre che serve per creare un composto quanto più possibile somigliante alla regolite e che è utile per gli esperimenti e per studiare le possibili condizioni di permanenza sulla luna.

L’estrazione dell’ossigeno dalla polvere di Luna

Inizialmente l’ossigeno generato nel processo veniva rilasciato come biossido di carbonio e monossido di carbonio. “Questo significa che i reattori non sono progettati per resistere all’ossigeno stesso”, spiega Lomax, che racconta che gli scienziati hanno riprogettato una nuova versione per avere ossigeno libero da misurare. Il nuovo impianto è anche silenzioso e l’ossigeno viene scaricato in un tubo apposito. Verrà poi accumulato non appena i ricercatori realizzeranno il prossimo aggiornamento delle apparecchiature.

Per ottenere l’ossigeno i ricercatori si sono serviti dell’elettrolisi per separare l’idrogeno e l’ossigeno che compongono una molecola d’acqua. Il tutto avviene attraverso la presenza di cloruro di calcio, che funge da elettrolita, riscaldato a 950 °C. La separazione è avvenuta e l’ossigeno è stato estratto.

“Il processo di produzione lascia dietro di sé un groviglio di metalli diversi”, aggiunge Alexandre Meurisse, ricercatore dell’Esa, “e questa è un’altra linea di ricerca importante per vedere quali sono le leghe più utili che potrebbero essere prodotte a partire dal materiale e quali applicazioni potrebbero avere”. La precisa combinazione di metalli, specifica l’esperto, potrebbe dipendere dal punto in cui vengono raccolte le polveri lunari, dato che ci potrebbero essere importanti differenze.

Verso la Luna e Marte

L’obiettivo finale, concludono i ricercatori, potrebbe essere realizzare un impianto simile direttamente sulla Luna, così da avere direttamente ossigeno disponibile. “Stiamo spostando il nostro approccio ingegneristico verso la possibilità di un uso sistematico delle risorse lunari in situ”, conclude Tommaso Ghidini dell’Esa, “per fornire un metodo operativo ideale e tecnologie essenziali come questa, affinché sia possibile la presenza umana sulla Luna e un giorno forse anche su Marte.



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Arriva il primo “robot vivente”, creato con cellule staminali

Deriva da cellule staminali di rana, il nuovo robot vivente non è né una macchine tradizionale né una nuova specie animale. Ecco cos’è e perché potrebbe essere molto utile in medicina e per combattere l’inquinamento

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In futuro i robot saranno sempre più spesso ispirati alle nostre caratteristiche biologiche. Ma oggi il mondo delle tecnologie ci stupisce con una proposta finora inedita: un gruppo di ricerca ha creato un nuovo prototipo che non solo prende ispirazione dalla biologia ma che  è interamente costituito da materiale biologico. I creatori, dell’università del Vermont e di Tuft, parlano per questo di robot vivente, primo nel suo genere, una macchina minuscola, per niente somigliante all’idea che abbiamo di robot – quella dell’automa. Le applicazioni potrebbero riguardare diversi campi, dalla ricerca delle contaminazioni radioattive ad usi clinici. I risultati sono pubblicati su Proceedings of the National Academy of Sciences.

Negli anni scorsi ci sono stati dei tentativi anche di successo di creare organismi viventi semi-sintetici. In questo caso parliamo di un oggetto molto diversi, come spiegano gli scienziati, che hanno progettato e realizzato la “prima macchina biologica interamente messa su a partire dal nulla”, o meglio da cellule. I ricercatori la hanno chiamata xenobot perché deriva dall’elaborazione di cellule staminali della rana africana Xenopus laevi, spesso utilizzata come modello animale nella ricerca in biologia. “Il dna dell’organismo realizzato è al 100% quello della rana”, specifica Michael Levin, uno dei due coordinatori dello studio, ricercatore all’università di Tuft, “ma non è una rana”“Non sono né robot tradizionali né nuove specie animali”, sottolineano i ricercatori, che chiariscono che si tratta di nuova classe di artefatti, oggetti artificiali che sono organismi viventi e programmabili.

Gli scienziati hanno progettato i nuovi robot con i supercomputer dell’università del Vermont e poi li hanno assemblati e testati all’università Tuft. Prima hanno prelevato le cellule staminali dagli embrioni di rana, separate in singole cellule e fatte crescere in laboratorio, in una sorta di incubatrice per farle moltiplicare e differenziare in tessuti diversi. Successivamente le hanno tagliate e aggiuntate attraverso l’uso di un microscopio per ottenere il design desiderato, selezionato col computer. In questo modo, si sono formate delle cellule dalla forma inedita in natura che hanno cominciato a funzionare e lavorare insieme. Qui il video.

La loro forma è quasi sferica. La pelle ha un’architettura abbastanza statica, mentre il muscolo cardiaco è più attivo: le sue contrazioni sono tali da generare movimenti ordinati, che seguono quanto scelto in base alla progettazione del computer. In pratica si tratta di materia vivente assemblata e programmata per lavorare in un determinato modo, selezionato dagli autori.

I risultati mostrano che questi organismi si muovono in modo coerente e che possono spostarsi e sondare l’ambiente acquoso in cui si trovano per giorni o settimane. Tuttavia, anche loro falliscono: se si ribaltano somigliano a coleotteri capovolti che non sono più in grado di muoversi. Inoltre, gli autori hanno osservato che si spostano creando un cerchio e alcuni sono stati progettati per creare una struttura con un buco al centro. “È un passo avanti verso l’uso di organismi creati dal computer per l’invio intelligente di farmaci”, ha spiegato Joshua Bongard dell’università del Vermont, che sottolinea che sono completamente biodegradabili e una volta aver assolto al loro compito, dopo una settimana, sono solo cellule di pelle morta.

Ma molti sono preoccupati dei possibili sviluppi. “Questa paura non è irragionevole”, aggiunge Levin. E “questo studio fornisce un contributo diretto per comprendere meglio ciò di cui le persone hanno paura, ovvero le conseguenze indesiderate”. Se inizieremo a manipolare sistemi complessi che non conosciamo, spiega l’esperto, potremmo avere esiti inattesi e non desiderati. Per questo capire in che modo la complessità emerge da sistemi semplici sarà una sfida fondamentale del futuro.



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