La manipolazione magnetica contro la spazzatura dello spazio - QdS

La manipolazione magnetica contro la spazzatura dello spazio

redazione

La manipolazione magnetica contro la spazzatura dello spazio

martedì 09 Novembre 2021 - 02:00

Una nuova tecnologia per risolvere il problema dei detriti spaziali

Il problema dei detriti spaziali si fa sempre più pressante. Tra le soluzioni proposte per deviare a distanza detriti spaziali potenzialmente pericolosi, o per rallentare satelliti danneggiati in rotazione incontrollata per poterli riparare, c’è la manipolazione magnetica. In particolare, quella proposta dall’Università dello Utah sfrutta le correnti indotte da campi magnetici in movimento nei pezzi metallici costituenti i detriti spaziali.

La chiamano spazzatura spaziale, ma somiglia più che altro a una scarica di proiettili. 27mila detriti, grandi come palle da tennis che viaggiano fino a 28mila chilometri all’ora: tanti ce ne sarebbero sopra le nostre teste, secondo la Nasa. E questa (di)scarica – si legge su Media Inaf, il notiziario online dell’Istituto nazionale di astrofisica – rischia di causare seri danni a satelliti o veicoli spaziali ancora funzionanti.

Come sulla Terra, il problema della spazzatura diventa via via sempre più oneroso man mano che aumenta la popolazione (di oggetti orbitanti, nel caso dello spazio). Il problema, in questo caso, è capire come manipolarla adeguatamente ed – eventualmente – come recuperarla ove sia possibile riparare i danni. Uno studio uscito su Nature ha scoperto un nuovo metodo per deviare i detriti orbitanti senza toccarli mediante l’utilizzo di magneti rotanti.

Il vantaggio della manipolazione magnetica è appunto la possibilità di eseguirla senza contatto, evitando collisioni pericolose e distruttive fra oggetto manipolatore e target. Il concetto è ben collaudato e raggiunge anche sei gradi di libertà di movimento nel caso di materiale ferromagnetico. Nel caso dei detriti spaziali, però, il metallo di cui sono composti è elettricamente conduttivo ma non contiene una quantità apprezzabile di materiale ferromagnetico.

Quando i detriti metallici sono sottoposti a un campo magnetico variabile nel tempo però, gli elettroni circolano all’interno in cicli circolari, generando correnti parassite che interagiscono con il campo magnetico stesso. Nel nuovo studio, gli scienziati hanno dimostrato che questa caratteristica fisica consente la manipolazione, con sei gradi di libertà, di oggetti conduttivi mediante magnetici rotanti: il processo trasforma il detrito in un vero e proprio elettromagnete, il cui moto può essere quindi controllato a distanza.

L’idea di utilizzare le correnti magnetiche indotte per spostare gli oggetti nello spazio non è nuova, ma finora si limitava a un solo grado di libertà, come ad esempio una spinta orizzontale.

Utilizzando più fonti di campo magnetico in modo coordinato, invece, i ricercatori hanno capito come spostare oggetti in sei gradi di movimento, compresa la rotazione. “Quello che volevamo fare era manipolare la cosa, non solo spingerla, proprio come si fa sulla Terra” dice Jake J. Abbott, professore di ingegneria meccanica dell’Università dello Utah e a capo del team che ha ideato questo nuovo metodo. “Questa forma di manipolazione abile non è mai stata fatta prima”.

Con questa nuova tecnica, sarebbe possibile, ad esempio, fermare un satellite danneggiato in rotazione incontrollata per ripararlo, una manovra che – in condizioni normali – sarebbe altamente rischiosa. “Bisogna prendere questo oggetto pazzo che galleggia nello spazio, e portarlo in una posizione in cui può essere riparato da un braccio robotico”, spiega Abbott. “Ma se sta girando fuori controllo, si potrebbe rompere il braccio del robot, creando ancora più detriti”.

Questo metodo permette inoltre di manipolare oggetti particolarmente fragili. Mentre un braccio robotico potrebbe danneggiare un oggetto applicando una forza eccessiva, questi magneti applicherebbero una forza più dolce all’intero oggetto in modo che nessuna sezione risulti danneggiata. Per testare la nuova tecnica, – prosegue Media Inaf – il team ha utilizzato una serie di magneti per spostare una sfera di rame su una zattera di plastica in un serbatoio d’acqua (il modo migliore per simulare oggetti lenti in microgravità). I magneti non solo hanno spostato la sfera facendole percorrere un quadrato, ma sono anche riusciti a ruotarla.

La Nasa sta tracciando migliaia di detriti spaziali nello stesso modo in cui i controllori del traffico aereo tracciano gli aerei. Bisogna sapere con precisione dove si trovano per evitare di schiantarsi accidentalmente contro di essi”, dice Abbott. “Il governo degli Stati Uniti e i governi del mondo sanno di questo problema perché c’è sempre più roba che si accumula ogni giorno che passa”.

La “macchia rossa” di Giove adesso è un po’ meno misteriosa

Svelati nuovi misteri sulla iconica ‘macchia rossa’ di Giove. La Grande macchia rossa di Giove è infatti una tempesta anticiclonica dalla profondità ‘contenuta’ ed i nuovi risultati delle misurazioni di gravità del pianeta sono state ottenute dalla sonda Juno della Nasa e rivelano, in uno studio pubblicato su Science, che la grande macchia rossa di Giove, pur molto estesa, non è profonda come si immaginava. Questa scoperta potrebbe spiegare i motivi della sua evoluzione e forse della possibile scomparsa.

“I risultati del nostro studio attestano una massa della tempesta paria circa la metà dell’intera atmosfera terrestre e poco meno di quella di tutta l’acqua del Mar Mediterraneo, e rappresentano la Grande macchia rossa come un oggetto molto simile a un disco assai esteso (lasua dimensione minore è pari all’incirca al diametro della Terra) ma piuttosto sottile, con caratteristiche che ricordano quelle delle più grandi tempeste terrestri” spiega Daniele Durante del dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale dell’Università la Sapienza di Roma.

I ricercatori della Sapienza ricordano che Giove è il più grande pianeta del sistema solare, con un raggio equatoriale di 71.492 km, ed è composto principalmente da idrogeno ed elio e per questo viene definito ‘‘gigante gassoso’’. La caratteristica forse più iconica del pianeta è la Grande macchia rossa, una tempesta anticiclonica scoperta probabilmente da Giandomenico Cassini nel 1665. Oggi questa assomiglia a un ovale di dimensioni approssimativamente pari a 16000 x 12000 km, che ne fanno la più grande tempesta del sistema solare, seppur negli ultimi 100 anni, per cause ancora ignote, si sia ridotta considerevolmente.

La Grande macchia rossa porta con sé ancora molti interrogativi: uno di questi riguarda la profondità con cui questa tempesta si inabissa dentro Giove. A questo come ad altri quesiti sulla dimensione del nucleo ha risposto la sonda Juno, realizzata dalla Nasa con un importante contributo italiano. Durante due sorvoli ravvicinati di Giove (febbraio e luglio 2019), la missione Juno della Nasa (in orbita intorno a Giove dal 5 luglio 2016 per studiare i meccanismi di formazione, la struttura interna, la magnetosfera e l’atmosfera del gigante gassoso) ha osservato per la prima volta da vicino la Grande macchia rossa. Poiché l’interno del pianeta non è direttamente osservabile, per comprenderne la struttura più intima si ricorre a misurazioni accurate del campo gravitazionale, che è espressione della distribuzione della massa all’interno del pianeta.

Le misure del campo gravitazionale del pianeta avevano mostrato che i forti venti est-ovest (con velocità fino a 360 km/h), visibili tracciando il moto delle nubi, si spingono alla profondità di circa 3000 km. Oggi, una nuova ricerca, finanziata in parte dall’Agenzia Spaziale Italiana (Asi) e coordinata da Marzia Parisi, ex-dottoranda della Sapienza, ora post-doc al California Institute of Technology/JetPropulsion Laboratory, insieme a un gruppo internazionale di cui fanno parte Daniele Durante e Luciano Iess del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza, mostra come invece i venti della Grande macchina rossa abbiano una profondità di penetrazione verticale piuttosto contenuta, pari a circa 300 km, assai inferiore a quella dei venti che soffiano nelle bande visibili del pianeta.

I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Science. Con un’orbita molto eccentrica, la sonda Juno è riuscita ad avvicinarsi molto al gigante gassoso, fino a 4- 5000 km al di sopra delle nubi: a queste distanze è possibile avere una elevata sensibilità all’accelerazione gravitazionale esercitata principalmente dalle strutture dell’atmosfera del pianeta.

La sonda ha utilizzato lo strumento di radioscienza KaT – Ka-Band Translator, realizzato da Thales Alenia Space-I e finanziato dall’Agenzia spaziale italiana – il cuore dell’esperimento che ha permesso di determinare l’estensione verticale della Grande macchia rossa. La Grande macchia rossa ha perturbato impercettibilmente l’orbita di Juno, ma l’estrema accuratezza della misura (fino a 0.01 mm/s) ha permesso di catturarne il debolissimo segnale gravitazionale e di stimare così la profondità a circa 300 km.

“Le misure di Juno – conclude Luciano Iess del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale dell’Università la Sapienza di Roma – hanno fornito la terza dimensione a quel fenomeno dell’atmosfera di Giove che ha attratto l’attenzione di molti di noi, come anche quella degli astronomi da più di trecento anni, mostrando come sia una tempesta superficiale certamente molto estesa, ma ben poco profonda. Questa nuova misura contribuirà a capirne la natura, l’evoluzione e, forse, la sua possibile scomparsa”.

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