Aspettando il lancio di GOCE, il primo Esploratore della Terra

Come funziona?

GOCE, il cui nome è un acronimo per Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (Esploratore del campo gravitazionale e dello stato stazionario della circolazione oceanica), è il primo satellite della serie degli Earth Explorer, Esploratori della Terra, e inaugura il programma Living Planet dell’Agenzia Spaziale Europea.

GOCE ha un compito molto preciso per i suo 20 mesi di missione nello spazio: fornire le informazioni più dettagliate mai ottenute finora sul campo gravitazionale della Terra. GOCE sorvolerà il nostro pianeta da un’orbita ad appena 250 kilometri di quota: è il più basso di tutti i satelliti mai lanciati dall’ESA, perché più vicino si muoverà alla superficie terrestre e meglio sarà in grado di misurare le variazioni della forza di gravità della Terra.

Il satellite “sentirà” il campo gravitazione della Terra attraverso un insieme di “masse campione”, che determineranno le variazioni di valore, direzione e verso della accelerazione di gravità. La strumentazione di GOCE prevede accelerometri molto sensibili orientati in tre direzioni e in grado di misurare le variazioni dell’accelerazione lungo una ben precisa direzione: nel complesso anche variazioni di una parte su centomila del campo gravitazionale potranno essere determinate lungo le tre direzioni.

Questo strumento è sensibile a variazioni di lunghezza di circa 1% di un Angstrom, che è circa il diametro di un atomo. La struttura rigida ed estremamente stabile su cui lo strumento poggia è stata sviluppata appositamente per questa missione da Thales Alenia Space Italia: è una struttura in fibra di carbonio, che risente pochissimo di variazioni ambientali come per esempio il tasso di umidità o la temperatura.

Ma perché un satellite per studiare la forza di gravità terrestre? La forza di gravità è responsabile del peso di tutti noi, come ben sappiamo, quindi è la forza che ci fa stare – letteralmente – con i piedi per Terra. Ma che cosa c’è ancora da capire?

Se la Terra fosse perfettamente sferica e il materiale al suo interno anch’esso distribuito con la stessa simmetria sferica, non ci sarebbe molto da approfondire. Ma le cose non stanno affatto in questo modo. La Terra è schiacciata ai poli in modo non trascurabile – e questo è l’effetto principale di distorsione del campo gravitazionale – e, inoltre, non è omogenea al suo interno.

Ma perché è importante conoscere bene il campo gravitazionale della Terra? Il “peso” non è solo la forza che ci tiene vincolati a questo pianeta: è anche la forza che fa cadere la pioggia, che fa scendere le correnti di aria fredda verso la superficie terrestre, che fa scorrere l’acqua dei fiumi, sia sulle terre emerse che sui fondali oceanici. Ma non solo: è la forza responsabile della cosiddetta “deriva dei continenti”, cioè il galleggiamento dei continenti solidi sul magma al di sotto della crosta terrestre, della subsidenza delle terre emerse e dei fondali oceanici. È responsabile del riempimento e dello svuotamento del caverne laviche. Sto citando solo alcuni elementi, ma come si vede sono tutti legati al funzionamento complessivo della Terra.

In particolare, ci aspettiamo un grande contributo nel settore della oceanografia: con altri satelliti possiamo misurare l’altezza del livello del mare, ma per capire – per esempio – se ci sono state variazioni imputabili al cambiamento climatico, occorre poter determinare con un’accuratezza a livello del centimetro quale sarebbe l’altezza del mare solo per ragioni legate ad effetti gravitazionali.

I risultati di GOCE ci permetteranno anche di avere informazioni più precise sull’effetto della gravità sulle correnti oceaniche, fondamentali per la redistribuzione dell’energia e dell’umidità a livello globale.

L’altro settore in cui ci aspettiamo risultati significativi è la geofisica, come accennavo prima, per esempio per quanti riguarda la dinamica delle placche oceaniche.

A volte si compie un errore grossolano, dicendo che nello spazio non c’è peso. Che cosa c’è di vero in questa affermazione?

Tutto nasce da un’ambiguità. Il peso è il nome che si dà alla forza di gravità quando la si valuta sulla superficie terrestre. È chiaro che se andiamo sulla Luna o su Marte il peso in questo senso si annulla, perché la forza di gravità esercitata dalla Terra su Marte è molto piccola. Ma più ci avviciniamo a Marte, più aumenta la forza di gravità di Marte, il “peso marziano”, potremmo dire. E lo stesso vale per la Luna.

In generale, nello spazio, la gravità è molto piccola solo se ci troviamo estremamente distanti da stelle o da galassie. Una situazione non esattamente quotidiana!

Quando ci si riferisce all’assenza di peso degli astronauti, invece, la faccenda è un po’ diversa. Gli astronauti sentirebbero un peso praticamente identico a quello che proverebbero sulla Terra, se la Stazione Spaziale Internazionale non ruotasse intorno alla Terra stessa: questo movimento di rivoluzione origina una forza apparente, la forza centrifuga, che equilibra esattamente il “peso”.

Quindi: il “peso” inteso come forza gravitazionale c’è anche sulla ISS, ma il suo effetto viene quasi esattamente compensato dalla forza centrifuga. La conseguenza è che quando un astronauta beve un sorso d’acqua, deve deglutirla con forza, altrimenti l’acqua non “cade” nel suo stomaco!

Aspettando GOCE, lo spazio nei giorni scorsi ci ha regalato lo spettacolo delle stelle cadenti. Note anche come lacrime di San Lorenzo, quest’anno invece che il tradizionale 10 agosto sono arrivate il 12. Che cosa è successo?

In effetti, sono molto anni che il maggior numero delle stelle cadenti è atteso nei giorni che vanno dal 10 al 13. Anche in questo caso, in ultima analisi, la responsabilità è della forza di gravità.

Le stelle cadenti, come è ormai noto, sono frammenti di comete che la Terra incrocia nel corso della sua rivoluzione intorno al Sole. In particolare, le Perseidi sono legate ai frammenti della cometa Swift- Tuttle, che ha un periodo di circa 130 anni, e che la seguono nella sua orbita. Poiché l’orbita della cometa è determinata principalmente dal Sole, ma anche dagli incontri con gli altri pianeti del sistema solare, accade che la sua traiettoria non è ogni volta precisamente la stessa.

La Terra inizia a tuffarsi fra i frammenti della Swift-Tuttle a metà luglio e ne esce definitivamente a fine agosto. È un po’ come se la cometa si lasciasse dietro di sé una scia, come il vapore acqueo che produce un aereo. Anche considerando una medesima linea aerea, la traiettoria di volo non è sempre esattamente la stessa. Se le strisce rimanessero in cielo, dopo qualche giorno, assisteremmo a una distribuzione piuttosto larga di vapore acqueo. Per la Swift-Tuttle vale una cosa analoga.

Una curiosità: a capire che le stelle cadenti sono frammenti di cometa fu un italiano, Giovanni Virginio Schiaparelli, negli anni ’60 dell’Ottocento.

Le interviste

Dal maggio 2000, con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività nello spazio.

I servizi vengono ritrasmessi ulteriormente su RAI International e RAI 3. Si va dagli approfondimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, alle scoperte scientifiche dei satelliti dedicati all'astronomia, alle applicazioni concrete legate alle osservazioni della Terra dallo spazio.

I giornalisti della Rai, Lorenzo di Las Plassas, Stefano Masi, Marco Dedola si alternano nel discutere con il giornalista scientifico che collabora con l'ESA, Stefano Sandrelli, per dare un'idea dell'argomento e per approfondirne un aspetto, in modo che, leggendo di seguito le interviste relative a uno stesso settore se ne abbia uno spaccato sempre più ampio, venendo a conoscenza di cose sempre nuove.

Per ulteriori informazioni, rivolgersi a: Dieter.Isakeit@esa.int.