domenica 14 luglio 2013

Nell'attesa della cometa ISON

Quest'anno, probabilmente, avremo la possibilità verso gli ultimi mesi di questo 2013 di osservare nei nostri cieli la ormai celeberrima cometa ISON. Il Telescopio spaziale Hubble ha già catturato qualche dettaglio:


Nell'attesa vediamo un attimo cos'è una cometa. Probabilmente tutta il romanticismo o la delicatezza verranno distrutte in una sola frase ma del resto la verità è che una cometa non è altro che un pezzo di ghiaccio. La cosa sembra triste ma in realtà è proprio per questo che le comete ci offrono tale meraviglioso spettacolo.
Infatti la chiave di tutto è in un processo fisico chiamato sublimazione. 
La sublimazione si ha quando un qualcosa passa dallo stato solido direttamente allo stato gassoso. Pensiamo un attimo all'acqua. Sotto zero gradi Celsius (e in condizioni standard di pressione) l'acqua si trova allo stato solido (ghiaccio); al di sopra di tale temperatura abbiamo l'acqua liquida e infine sopra i 100 gradi l'acqua diventa vapore. 
Quello che accade nelle comete è che il passaggio allo stato liquido viene saltato completamente è il materiale di cui è composta la cometa passa direttamente da stato solido a vapore. Tutto ciò è dovuto alla radiazione proveniente dal Sole. Infatti l'aumentare della temperatura in prossimità della nostra stella fa sublimare il ghiaccio mentre la radiazione (ovvero i fotoni) esercita una pressione su questo gas tale che quest'ultimo assume la caratteristica forma "a coda" che punta nella direzione opposta a quella del Sole.
Tutto questo spiega in maniera fisica la meraviglia delle code delle comete ma spiega anche che vi è un'oggettiva difficoltà nel riconoscere le comete quando esse sono lontane dal Sole. Infatti alcune comete sono periodiche (cioè è possibile osservarle di nuovo dopo un certo intervallo di tempo) altre invece non lo sono e passano una volta sola e mai più. Inoltre, dopo un certo numero di passaggi, a causa dei ripetuti fenomeni di sublimazione, lo strato di ghiaccio che circonda il nucleo roccioso della cometa si assottiglia sempre più fino al punto che dopo svariati passaggi la cometa non è più in grado di emettere la sua meravigliosa coda. Nei casi più drammatici i "resti" di una ex-cometa possono finire in frantumi causa urti o forze mareali dovuti ad altri corpi più grandi. 
A questo punto vi è una domanda obbligata a cui dobbiamo rispondere (la quale tra l'altro rende l'esistenza di questo post sensata visto che finora abbiamo parlato di cose che più o meno tutti sanno). La domanda è: come si possono riconoscere le comete dagli asteroidi dato che lontano dal Sole le comete non mostrano la famigerata coda?
Come nei casi più disperati anche stavolta è la matematica combinata con la fisica che ci viene in aiuto. Quello che si fa è considerare il cosiddetto problema dei tre corpi dove, in questo caso, i tre corpi sarebbero il Sole, il pianeta Giove e la cometa considerata. In particolare questo è chiamato problema "ristretto" dei tre corpi in quanto uno dei tre (nella fattispecie la cometa) è di massa molto, ma molto minore delle masse degli altri due corpi. L'impostazione per la risoluzione di questo problema è scrivere le equazioni che governano il moto dei tre corpi e quindi praticamente buttare giù le formule che riguardano l'interazione gravitazionale. Una volta fatto ciò, giocando un po' con la matematica e la fisica e dando un botta di conti si arriva a definire una quantità chiamata invariante di Tisserand. Ora mentre gli altri parametri dell'orbita di un oggetto magari cambiano anche di parecchio, questo invariante di Tisserand resta praticamente lo stesso per un oggetto e dunque calcolarlo diventa molto importante per un successivo avvistamento della cometa. Quindi in pratica una volta calcolato questo parametro per una cometa si ha come un indicatore per riconoscerla nella selva di asteroidi quando la cometa non presenta la coda perché lontana dal calore del Sole.
Sicuramente ne riparleremo di comete visto che come da titolo, siamo in attesa. Se volete sapere come è fatto matematicamente l'invariante di Tisserand allora ecco il link da Wikipedia che poi vi permette di andare in giro per il web a cercare maggiori dettagli anche sul problema dei tre corpi (suggerisco anche le pagine in inglese di Wikipedia!).
Da tutto ciò si può ammirare anche la bellezza della fisica e in particolare il fatto che la matematica è proprio il linguaggio della scienza. Certamente è fantastico poter osservare una cometa da vicino, scoprire di cosa è composta perché tutto questo ci aiuta a capire come funziona l'universo e in particolare il nostro sistema Solare. Ma indubbiamente è altrettanto sconcertante che buttando giù due conti e utilizzando una teoria come la gravitazione di Newton siamo in grado di poter riconoscere e capire il moto delle comete. Da qualunque punto la si veda, la scienza è meravigliosa!