La teoria dei fluidi confermata da un esperimento spaziale a bordo di Foton

False colour images from the Single fluid study
Fluttuazioni di temperature in un fluido organico semplice, sulla Terra (a sinistra) e a bordo del Foton-M3 (a destra)
26 Settembre 2007

ESA PR 29-2007. Nella ricerca scientifica grande è la soddisfazione quando una teoria è, alla fine, supportata dai risultati sperimentali. Questa settimana è stata la volta di un gruppo di ricercatori italiani e statunitensi, che hanno ricevuto conferma preliminare di una teoria decennale da parte di un esperimento sulla scienza dei fluidi che attualmente sta orbitando intorno alla Terra a bordo di una navicella Foton-M3.

Sebbene il Foton sia stato lanciato solo una settimana fa, gli scienziati sono già molto soddisfatti dei dati che hanno fin qui ricevuto dal loro esperimento GRADFLEX (GRAdient-Driven FLuctuation EXperiment). I primi risultati sono qualitativamente consistenti con le dettagliate predizioni teoriche fatte nel decennio precedente.

Tutti i liquidi sperimentano piccolissime fluttuazioni nella temperatura o nella concentrazione come risultato delle diverse velocità delle singole molecole. Queste fluttuazioni sono di solito così piccole da essere estremamente difficili da osservare.

Foton-M3
Foton M3

In Negli anni ’90, gli scienziati hanno scoperto che – a patto di introdurre un forte gradiente - queste minuscole fluttuazioni nei fluidi e nei gas possono aumentare in forma e persino divenire visibili a occhio nudo. Un modo per farlo è aumentare la temperatura alla base di un sottile strato liquido, tale però da non causare moti convettivi. In alternativa, riscaldando il fluido da sopra, si sopprime la convezione, rendendo possibile ottenere misure ancora più accurate.

Sebbene la ricerca di partenza coinvolgesse misure a terra, era stato suggerito che le fluttuazioni sarebbero state molto più facilmente osservabili in un ambiente privo di peso. Ora, grazie alla missione Foton, è arrivata l’opportunità di mettere alla prova la previsione, e i risultati ottenuti sostengono in tutto le previsioni precedenti.

Although the early research involved ground-based measurements, it was suggested that the fluctuations would become much more noticeable in a weightless environment. Now, thanks to the Foton mission, the opportunity to test this prediction has come about, and the results completely support the earlier forecast.

Concentration fluctuations for the Mixture fluid sample
Fluttuazioni di concentrazione per il campione a fluidi mescolati sulla Terra (a sinistra) e a bordo del Foton-M3 (a destra)

“Le prime immagini dell’esperimento sono state scaricate al Payload Operations Centre di Kiruna, in Svezia, e ricevute a Terra appena dopo qualche orbita,” ha spiegato il Professor Marzio Giglio, leader del team del Dipartimento di Fisica e del CNR-INFM (Istituto Nazionale per la Fisica della Materia), Università di Milano, Italia.

Per la gioia del team scientifico, le immagini supportano le previsioni mostrando un grande aumento nelle dimensioni delle fluttuazioni. L’analisi dei dati ha mostrato anche che l’ampiezza delle fluttuazioni in temperatura e in concentrazione aumenta di molto.

“È raro che una missione spaziale sia in grado di confermare una previsione teorica in tempi record come questi,” ha dichiarato Olivier Minster, Responsabile della ESA’s Physical Sciences Unit. “Questi risultati sono importanti perché sono le prime verifiche di effetti previsti.

Preparation of the Foton-M3 spacecraft
 Foton M3

“La disponibilità di queste immagini dalla navicella ci ha permesso di modificare quel che stiamo facendo, in modo da poter ottimizzare il ritorno scientifico della missione,” ha dichiarato il Professor David Cannell, University of California di Santa Barbara (UCSB). “Dopo che l’esperimento sarà tornato a terra, avremo ancora molte migliaia di immagini da analizzare in laboratorio. Ci terranno occupati per un bel po’.”

“Può darsi che i nostri risultati influenzino altri tipi di ricerca in microgravità, come la crescita dei cristalli. La nostra ricerca può persino portare a qualche nuovo spin-off tecnologico,” sostiene il Professor Giglio.

GRADFLEX è uno dei 43 esperimenti scientifici e tecnologici dell’ESA a bordo della missione Foton-M3, della durata di 12 giorni. Secondo i piani, la missione dovrebbe terminare il 26 settembre, quando la capsula per il rientro atterrerà in Kazakhstan. Gli esperimenti saranno riportati presso le istituzioni che li hanno progettati, dove i dati saranno attentamente analizzati nel corso dei prossimi mesi.

Per ulteriori informazioni:

Olivier Minster
Head of ESA's Physical Sciences Unit
Human Spaceflight, Microgravity and Exploration Programme
+31 71 565 4764
Olivier.Minster@esa.int

Stefano Mazzoni
ESA GRADFLEX project scientist
Human Spaceflight, Microgravity and Exploration Programme
+31 71 565 8377
Stefano.Mazzoni@esa.int

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