GOCE, l’attrazione fatale della Terra

GOCE
10 Novembre 2006

INTERVISTA 39-2006. Qualche settimana fa l’ESA ha lanciato il satellite MetOp, dedicato alla meteorologia operativa. Nel prossimo anno, invece, sarà la volta del lancio di GOCE, un satellite dedicato allo studio della Terra. Quali sono gli obiettivi di GOCE?

L’obiettivo di GOCE è la misura accurata del campo gravitazionale terrestre, responsabile della forza di gravità terrestre che determina il peso di ciascuno di noi.

Nessuno di noi ci pensa, nella quotidianità, ma il nostro peso non è una proprietà assoluta: non pesiamo allo stesso modo in tutti i punti della Terra. Per fare un esempio: supponiamo di essere all’equatore e di pesarci con una bilancia a molle, una di quelle bilance che troviamo un po’ in tutte le case. E supponiamo che la bilancia ci dia come risposta 100 kg. Facciamo poi un piccolo viaggio al Polo Nord e siccome ci fidiamo solo della nostra bilancia, ce la portiamo dietro. Se ripetiamo la misura del peso, una volta al Polo Nord, scopriremo che la bilancia ci dà una risposta un po’ diversa, un po’ maggiore. Qualche grammo in più, niente di eccezionale.

Non è un errore; la bilancia non si è rotta nel corso del viaggio: è proprio la Terra che al Polo Nord ci attrae con una forza leggermente maggiore di quella con cui ci attrae all’equatore.

Questo ci fa capire che il peso, cioè la forza di gravità terrestre, non è lo stesso in tutti i punti della superficie del nostro pianeta. In parte, come nel caso che abbiamo visto, questa variazione è dovuta al fatto che la Terra non è perfettamente sferica, ma, com’è noto, è schiacciata ai poli a causa della rotazione intorno al proprio asse.

Ma se queste cose sono ben note, quale è la novità di un satellite come GOCE?

The geoid
Grazie a GOCE otterremo una conoscenza molto più dettagliata del campo gravitazionale terrestre

GOCE è stato progettato per ottenere dati di grande precisione e con elevata risoluzione spaziale. Così facendo otterremo una conoscenza sufficientemente dettagliata del campo gravitazionale del pianeta da poter andare a caccia delle sue anomalie. È proprio la scoperta delle anomalie uno degli aspetti più interessanti della missione.

Il peso di una persona dipende, oltre che dalla latitudine, anche dalla distribuzione delle masse terrestri nelle immediate vicinanze della persona stessa. Per fare un esempio, se il luogo dove mi peso con la solita bilancia si trova sopra immense grotte sotterranee, il mio peso sarebbe leggermente inferiore di quello che misurerei se mi trovassi sopra un' altrettanto enorme miniera di ferro.

Misurando dall’orbita il campo gravitazionale terrestre con un dettaglio mai raggiunto prima, GOCE potrebbe realizzare una mappatura delle disomogeneità che ancora non ci sono note e gli scienziati impegnati a seguire la missione dovrebbero comprendere che sotto la superficie c’è qualche cosa di ancora non noto.

GOCE Indonesian Archipelago
Dati della gravità nella superficie, gradienti di gravità e topografia digitale di GOCE

La missione sembra essere di interesse puramente scientifico, ma l’ultimo esempio sembra suggerire anche possibili applicazioni. È così? Che tipo di contributo ci aspettiamo da GOCE?

GOCE è stato progettato innanzi tutto per aumentare la conoscenza del nostro pianeta, e conoscere di più e meglio questo pianeta ha in sé il seme di possibili applicazioni.

GOCE probabilmente non porterà alla scoperta diretta di giacimenti petroliferi o di miniere di metalli preziosi. Certamente però ci aiuterà a capire come sono fatte le radici delle montagne o perché si muovono le placche tettoniche causando terremoti. Mettendo insieme i dati sismici e i rilievi da satellite processi come questi saranno capiti meglio: è un passo verso una possibile previsione delle catastrofi.

Una misura accurata del campo gravitazionale terrestre ci aiuterà a capire meglio anche la circolazione oceanica, che giocano un ruolo cruciale nella distribuzione del calore nelle varie zone del pianeta, e dunque nella determinazione del clima: basti pensare alla corrente del Golfo, per fare l’esempio più noto a noi europei. Per studiare in dettaglio la circolazione oceanica, e dunque i flussi di calore, è necessaria una conoscenza del campo gravitazionale terrestre più accurata di quanto non sia oggi.

Gradiometer instrument (excluding harness)
Gradiometro di GOCE

Siamo abituati a satelliti che raccolgono luce emessa dalle stelle o riflessa dai pianeti o che, per esempio, illuminano la Terra con onde radio per osservarla anche di notte. Ma con quali strumenti si misura un campo gravitazionale?

Lo strumento principale di GOCE è composto da tre accelerometri combinati. Per capirsi, immaginate tre molle lunghe una cinquantina di centimetri e disposte perpendicolarmente una all’altra. Alle estremità delle sei braccia sono appese sei piccole masse identiche. Se le due piccole masse alle estremità della molla sono soggette a pesi diversi, la molla si accorcia o si allunga.

Bene, lo strumento su GOCE è sensibile a variazioni di lunghezza di circa 1% di un Ǻngstrom, che è circa il diametro di un atomo. Si tratta dunque di misure delicatissime, che richiedono sensori che poggiano su una struttura rigida ed estremamente stabile, sviluppata da Alcatel Alenia Industries appositamente per questa missione: è una struttura in fibra di carbonio, che risente pochissimo di variazioni ambientali come per esempio il tasso di umidità o la temperatura.

L’utilizzo della fibra di carbonio per lo spazio in sé non è una novità, così come non lo è per le applicazioni sulla Terra, come per esempio nell’equipaggiamento sportivo o nelle auto di Formula 1.

Nota:

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 e Stefano Masi, si alternano nel discutere con il rappresentante dell'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: Simonetta.Cheli@esa.int.

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