Il Vuoto, questo sconosciuto: allacciati le cinture, visto che stai per abbandonare TUTTE le certezze del tuo mondo quotidiano.
astronauti in EVA (attività extra-veicolare) sulla ISS, galleggianti nel vuoto sopra un panorama mozzafiato – ingrandisci, enlarge
Conosci veramente cosa ti aspetta là fuori? Potresti non saperlo, ed è per questo che ho pensato di dedicare alcuni post specifici a questo argomento così affascinante, creando una Serie.
Ti presento il VUOTO: estraneo e spietato Killer al di là della rassicurante bassa Troposfera!
finché restiamo in bassa Troposfera siamo “al sicuro” dai pericoli che ci minacciano appena superati alcuni km di quota
Nel post La Grande Illusione: Cosmo “tranquillo ed immobile” ho cercato di spiegarti in 7 punti come là fuori cambi tutto. Come avrai già intuito quindi, lo spazio cosmico è un ambiente completamente diverso ed estremo rispetto a quanto siamo abituati qui sulla Terra, e la potente illusione che sia tutto “calmo e tranquillo” come quando guardi il cielo notturno è assolutamente fuorviante.
È un ambiente che non ci è familiare…
È assolutamente estraneo al nostro vissuto quotidiano…
Noi comuni terrestri non possiamo nemmeno comprenderlo…
Dovresti spingerti nelle aree geografiche più estreme del nostro pianeta per avere un’idea più realistica di quanto sia alieno, ti do qualche esempio:
altopiano ghiacciato nell’Antartide Orientale dove si è registrato il record di temperatura, -98° C
antartico dove non piove mai e i forti venti impietosi fanno evaporare tutta l’acqua compresi il ghiaccio e la neve
le Valli Secche a Victoria Land nell’Antartico Orientale
la Fossa delle Marianne, la più profonda fossa degli oceani, 11 km sotto la superficie
la catena montuosa dell’Himalaya con la montagna più alta del mondo, l’Everest con i suoi 8849 mt
l’artico, il polo nord, un territorio estremo e dinamico, dove in pochi secondi il paesaggio può cambiare radicalmente in modo drammatico in base alle condizioni meteo
il deserto di Atacama, il luogo meno piovoso della Terra…
il deserto del Sahara, una distesa sconfinata di sabbia in movimento
Tuttavia vedere e sperimentare questi luoghi così estremi proprio non basterebbe… non basterebbe, soprattutto perché devi considerare queste 11 caratteristiche che cambiano completamente le carte in gioco e che sono oggetto di studio e ricerca da sempre:
… e stabilizzala temperatura media attorno alla superficie che altrimenti sarebbe più bassa e molto vicina a quella di un era glaciale (che poi lo strato che interessa particolarmente a noi, come detto, è il più basso, chiamato Troposfera e arriva fino ad una media di circa 15 km)
“Senza gravità” o “in microgravità”?
Insomma, ci si può trovare “senza gravità”?
NO, si dice in “micro-gravità”. Gli astronauti fluttuano perché stanno “costantemente cadendo” verso la Terra, e tutto ciò che è in orbita fluttuasenza precipitare perché si muove alla giustavelocità (circa 28000 km/h) che contrasta l’attrazione gravitazionale terrestre.
meraviglioso scatto che da perfettamente l’idea del “galleggiare” sopra un intero mondo – ingrandisci, enlarge
“La Stazione Spaziale Internazionale, i suoi occupanti e tutti i satelliti in orbita sono in realtà “in caduta libera” e un corpo che cade è come fosse privo di peso. Nel vuoto, la gravità fa sì che tutti gli oggetti cadano alla stessa velocità, la massa dell’oggetto non importa.”
una palla da bowling (conosci bene quanto pesa…) e una piuma, nella nostra esperienza terrestre ben consolidata sappiamo perfettamente chi cade per prima e quanto velocemente; ma nel vuoto, che succede?! Lasciati incantare dall’esperimento nel post sulla Grande Illusione
La tua massa quindi resta la stessa, ma a seconda del corpo astronomico sul quale ti trovi e dalla sua forza gravitazionale, cambia il tuo peso relativo…
Non esiste “assenza di gravità”: SEMPRE siamo attirati e cadiamo verso qualche oggetto
Dovunque noi siamo, subiamo SEMPRE l’effetto gravitazionale di qualche oggetto astronomico, che sia la Terra, la Luna, il Sole (il quale domina fino a distanza inimmaginabile, vedi “Nube di Oort”, da dove provengono le comete).
non perdere l’utilissimo Diario di bordo di Samantha Cristoforetti (“astroSamantha”), in foto nel laboratorio Destiny della ISS, credit: NASA – ingrandisci, enlarge
2 – Microgravità: movimento all’infinito
11/05/2013, gli astronauti americani Thomas Marshburn e Christopher Cassidy escono in passeggiata spaziale (EVA) di almeno 6 ore per compiere una riparazione per fermare la perdita di ammoniaca che impedisce il funzionamento di uno dei canali dell’alimentazione elettrica, credits NASA – ingrandisci, enlarge
Galleggi, fluttui, non hai più un pesoe non ti puoi più muovere nel modo che conosci…
astronauta fissato ad un supporto sul braccio robotico, per poter lavorare più agevolmente, credit NASA – ingrandisci, enlarge
… perché l’ultimo movimento che fai, prima di tutto ti spinge dalla parte opposta e poi dura all’infinito (certo, a meno che non incontri un ostacolo o hai qualcosa a cui afferrarti o a cui sei fissato), consideralo.
astronauta fissato ad un supporto sul braccio robotico, per poter lavorare più agevolmente, credit NASA – ingrandisci, enlarge
Mi raccomando, non perdere MAI la presa…
Devi sempre assicurare il moschettone del tuo cavo salva-vita …
astronauta in EVA (attività extra-veicolare) che avanza tenendosi agganciato ai vari supporti che sulla superficie della ISS sono stati posizionati dappertutto per consentire gli spostamenti in sicurezza. Perdere l’appiglio significa infatti sempre rischiare la vita nello spazio, per questo gli astronauti si devono anche costantemente assicurare con un cavo lungo e resistente con moschettone, credit NASA – ingrandisci, enlarge
… oppure agganciare alla tuta lo speciale MMU (Unità di Manovra con Equipaggio), una poltrona a razzo che permette di muoversi liberamente nello spazio e quindi ti rende autonomo.
astronauta in navigazione solitaria con lo speciale zaino, su uno sfondo da estasi e commozione, credit NASA – ingrandisci, enlarge
Altrimenti… Il minimo errore e la più piccola distrazione può costarti la vita…
… “sotto”: qualsiasi riferimento che conoscevi sulla Terra qui non esiste più (nota che l’astronauta in EVA – uscita extra-veicolare – ha i piedi fissati su un braccio robotico, altrimenti non potrebbe lavorare e “volerebbe via” perché ogni movimento avrebbe una reazione contraria ed opposta).
Su legittima obiezione di quella meravigliosa creatura curiosa e brillante che è mia moglie Tiziana, do un chiarimento: quando gli astronauti sono in EVA oppure quando guardano la Terra dagli oblò, in quel caso la Terra rappresenta il “sotto” poiché è il centro gravitazionale attorno a cui orbitano. Nel momento in cui invece non la possono vedere perché sono all’interno della ISS tra le pareti chiuse oppure perché le rivolgono la schiena, perdendo quel riferimento importante, effettivamente “sotto” e “sopra” nello spazio non esistono più.
dottoressa in Tecniche Psicologiche Cognitive, artista multidisciplinare e appassionata di AI (Intelligenza Artificiale), Tiziana “Tirtha” Giammetta
3 – Micro-gravità: deterioramento fisico
Considera che ovviamente il tuo corpo, visto che è nato e cresciuto sulla Terra adattandosi alle sue condizioni, trovandosi ora nel vuoto che è un ambiente altamente ostile, inizia ad andare incontro a deterioramento fisico su più versanti, e devi costantemente tenerlo in allenamento per cercare di minimizzare i danni inevitabili:
– invecchiamento precoce – muscoli e ossa si indeboliscono con importante perdita di calcio nelle ossa (osteoporosi) – i fluidi corporei, per mancanza di pressione idrostatica si spostano “verso l’alto del corpo” determinando l’effetto caratteristico del volo spaziale “puffy face and chicken legs” = “visi gonfi e gambe sottili” – tutto l’organismo è soggetto a modifiche più o meno importanti in relazione alla durata di permanenza nello Spazio – ogni membro dell’equipaggio trascorre fino a 2 ore al giorno allenandosi “in palestra” (per contrastare il declino fisico durante la permanenza nello spazio, ma anche per facilitare il riadattamento alla normale gravità una volta rientrati sulla Terra) – costante monitoraggio medico da Terra e correzioni di programma giornaliero a discrezione del team medico, e ovviamente monitoraggio durante le sessioni di allenamento tramite computer portatile per controllare frequenza cardiaca e altri segni vitali – aspetto non di poco conto, per ogni macchinario esistente in palestra gli astronauti devono essere legati all’attrezzo per non volare via(avrai poi notato che tutto nella ISS è fissato, ancorato e legato alle pareti, tranne gli oggetti in uso che servono liberi)
La micro-gravità ci ricorda ogni giorno, ogni singolo secondo, mantenendo la massa ma perdendo temporaneamente il nostro peso, che noi apparteniamo alla Terra!
“… leggeri come piume… a velocità impensabili … nel buio completo e nel silenzio assoluto!”
Se hai mai seguito in televisione o sui social le dirette dove le navicelle si apprestano ad attraccare alla Stazione Spaziale Internazionale, avrai notato con un certo inevitabile senso di frustrazione, che le operazioni durano tempi lunghissimi, l’avvicinamento sembra non concludersi mai, va avanti per ore fino allo sfinimento…
Dalla telemetria noi sappiamo bene che l’incredibile velocità è di quasi 28000 km all’ora, una velocità pazzesca se paragonata agli aeromobili nell’atmosfera terrestre…
… ma quando segui le operazioni davanti allo schermo tv o del pc o dello smartphone sembrano praticamente immobili (nella sequenza sottostante la manovra di attracco della Crew Dragon 2 alla ISS) …
Solo il riferimento dell’enorme disco terrestre sottostante che piano piano scorre può darti una vaga idea che si stanno muovendo. Stessa cosa vale per gli astronauti che escono per lavorare in EVA – Extra Vehicular Activities:
li vedi galleggiare, muoversi e rimbalzare goffamente, vedi la Terra scorrere lentamente 400 km più in basso, ma sembra tutto tranquillo e “noiosamente lento”. Quando sei nel vuoto (senza riferimenti) non ti accorgi della velocità che hai, sfrecci a quasi 28000 km/h insieme alla ISS ma ti sembra di essere fermo se non hai altri riferimenti e visto che non c’è alcun attrito a darti un’impressione diversa.
a 400 km di quota, essendo l’atmosfera estremamente rarefatta non si propagano i suoni: nel filmato sentirai dei rumori, questi provengono dalla telecamera GoPro dell’astronauta che registra anche tutti i suoni degli attrezzi che continuano a sbattere contro la tuta, e quindi secondo me è un sottofondo interessante, che al limite se ti da fastidio puoi sempre escludere – credit NASA
Nello spazio, infatti, anche corpi che da noi sarebbero mostruosamente pesanti vagano rotolando leggeri come piume e sfrecciando a velocità impensabili per noi, nel silenzio assoluto!
la stessa enorme cometa 67-P “Churyumov-Gerasimenko”, fotografata dalla missione dell’ESA Rosetta, e a fianco comparata alla città di Los Angeles
5 – Micro-gravità: silenzio totale
Questi oggetti astronomici sfrecciano “silenziosamente” proprio perché non c’è più atmosfera, è infatti l’aria a trasmettere il suono e se manca l’aria non c’è più il mezzo che conduce…
se in una campana si toglie tutta l’aria, il campanello pur vibrando non trasmetterà più le onde sonore veicolate dall’aria
Per tale ragione puoi capire perché tutti i film di fantascienza che propongono suoni di esplosioni non siano realistici su questo punto… non sentiresti alcun suono, o meglio alcun suono che possa essere percepito dal nostro limitato sistema uditivo.
Tanto per fare un esempio, te lo ricordi l’assordante caratteristico suono del caccia TIE di Dart Vader in Star Wars? Ecco il mio modellino: questo è ciò che sentiresti nel vuoto…………… senti qualcosa? Appunto, niente!
6 – Micro-gravità: buio, luce accecante o luce riflessa
Ti trovi poi nel buio più totale …
navicella Dragon nel buio totale oppure illuminata dalla luce solare…
… finché una qualche sorgente non ti illumina di luce diretta (Sole)…
Una spettacolare immagine della Base Spaziale Internazionale (ISS) illuminata da una splendida alba che fa risaltare gli strati dell’atmosfera terrestre – credit NASA, ingrandisci, enlarge
… oppure riflessa, quella cioè che emettono pianeti e Lune o astronavi e satelliti: ricordi ad esempio i maestosi pannelli solari della Stazione Spaziale Internazionale? Quando vengono colpiti dalla potente luce solare si illuminano regalando emozioni…
Quest’altra immagine meravigliosa ti da una chiara idea di quanto la luce riflessa da un pianeta, in questo caso la Terra, possa diventare accecante (è definita albèdo e dipende dal tipo di materiale e dal suo potere riflettente), ma ti fa anche intuire come mai la Terra sia stata definita in modo così poetico “Blue Marble”, cioè “Biglia Blu”.
La luce del Sole(radiazione elettromagnetica contenente contemporaneamente onde Radio, Microonde, Infrarossi, luce visibile, Ultravioletti, raggi X e raggi Gamma)senza il filtro dell’atmosfera diventa micidiale poiché le componenti ionizzanti sono per noi letali se non si hanno adeguate schermature…
…e le schermature devono essere speciali e potenti, di sicuro non bastano un paio di occhiali da Sole lassù…
Astronauti a sinistra Luca Parmitano, a destra Mike Hopkins, crediti NASA
7 – Temperature cinetiche estreme
Ti ricordo che, mentre sulla Terrail trasporto di calore avviene per “conduzione” (contatto tra due corpi) e per “convezione” (nei liquidi), sistemi che hanno bisogno di materia per verificarsi, quindi contatto tra gli scambiatori e mezzo per propagarsi…
Shining con Jack Nicholson
… al contrario nel vuoto il trasporto di calore avviene solo per “irraggiamento” cioè emissioni di radiazioni (sapevi che le tute spaziali sono internamente riscaldate perché nonostante le migliaia di gradi cinetici, lassù fa un gran freddo?).
Apollo 12, 6^ missione con equipaggio del programma Apollo e la 2^ ad atterrare sulla Luna dopo l’Apollo 11, novembre 1969: comandante Charles “Pete” Conrad, pilota modulo lunare Alan Bean e pilota modulo di comando Richard Gordon, credit NASA – ingrandisci, enlarge
Così succede che sulla Terra abbiamo queste temperature record registrate in superficie e nell’aria appena sopra il terreno, cioè: – 98° C(= – 144° F) in Antartide (nuovo record maggio 2023) e – 56° C(=132,8° F) nella “Valle della morte” in California
il termometro nella Valle della morte segna qualche grado Centigrado in più probabilmente per l’eccesso di calore del supporto in metallo del termometro
Tali record terrestri estremi tuttavia non sono niente in confronto alle temperature (cinetiche) presenti nello spazio siderale:
– 270,15° C(= – 454,27° F, +3 K, temperatura base, radiazione cosmica di Fondo)
+ fino ad oltre il milione di K(Corone stellari, lasciando perdere i dintorni di una Supernova…)
C’è però una grossa differenza tra le temperature che ti ho appena esposto, quelle sulla superficie del nostro pianeta e quelle che si trovano quando si comincia a salire di quota: mano a mano che sali e che attraversi i vari strati di cui ho parlato nel post sull’atmosfera, aumenta la rarefazione dei gas presenti, cioè la distanza tra gli atomi (tra le varie conseguenze che provoca, oltre al calo della pressione atmosferica, 1/10 ogni 20 km, diventa di conseguenza anche più difficile respirare, già dai 4 km in su…).
gli strati atmosferici che ci sovrastano, Troposfera (arancio), Stratosfera (bianco-rosa) e quelli dell’atmosfera superiore che vanno gradatamente nell’azzurro-blu
In termosfera, tra i 100 e i 400 km, la temperatura può arrivare fino ai 1300° C e a quel punto tu ti immagineresti un inferno di fuoco, ma ciò non accade perché si parla di temperature “cinetiche”, vale a dire (detto in modo molto semplicistico) la temperatura che gli atomi avrebbero se portassi quella loro energia a livello della superficie.
comparazione tra ipotetico cielo infuocato e un “normale” cielo stellato, crediti Cristina Bressan
Quindi nello spazio, avvenendo il trasporto di calore solo per irraggiamento, la temperatura percepita dipende principalmente dall’essere o meno colpiti dai raggi solari, e le tute spaziali di conseguenza sono bianche e realizzate in modo da proteggere da escursioni termiche esagerate (da -150° C a + 120° C a pochi cm di distanza).
Comprendi così che il vuoto è decisamente, terribilmente ed istantaneamente FREDDO(anche se come vedrai ciò non significa che congeleresti all’istante, assolutamente no), ma può anche diventare ultra-caldo e può arrostire all’improvviso se si viene esposti senza protezioni adeguate a determinate condizioni come nell’area dove si sta formando una protostella o peggio dove esplode una Supernova: pensa anche soltanto al nostro Sole la cui temperatura superficiale è circa 5500° C ma la cui Corona (atmosfera solare) supera il milione di K…
… oppure ancora dove vortica, accumulandosi, a temperature e pressioni allucinanti il materiale nel disco di accrescimento di un Buco Nero, tanto per fare ipotesi suggestive ma altamente improbabili nei dintorni del Sistema Solare…
8 – Pressione killer
La pressione è “killer” perché in grado di ucciderti in poche decine di secondi, lo vedrai meglio nel prossimo post dedicato.
Sii consapevole: VIVI sul fondo di un vasto OCEANO di ARIA
L’atmosfera terrestrein ogni istante preme addosso al tuo corpo da ogni direzione con un peso pari ad una colonna d’acqua di ben 10 metri!
Per compensare tale forza senza esserne schiacciati, il cuore si è adattato a pompare sangue alla pressione di 1 atmosfera! Puoi immaginare cosa succede nel vuoto in microgravità quando, improvvisamente, la pressione esterna si annulla mentre il cuore continua a pompare? Te lo spiego bene nel capitolo dedicato, di cui il collage qui sotto è una “simpatica” anteprima.
Tute e navicelle spaziali devono essere pressurizzate poiché in questo modo la pressione preme in modo omogeneo sul corpo proprio come fa l’atmosfera terrestre sulla superficie.
9 – Stato di sospensione magnetica
Il Vuoto è magnetico
Non hai idea di cosa significhi: sappi che anche dove c’è il “nulla”, il “vuoto”, in realtà vi sono particelle in transito a varia velocità, cariche elettriche, magnetismo, tensioni potenziali latentipronte ad interagire alla prima occasione, che prima o poi arriva…
10 – Rischio di pericolosissimi micro-impatti
film Gravity
Vista la velocità di cui parlavo prima, accennando alla Stazione Spaziale Internazionale – parlando in modo crudo una velocità “fuori di testa” – subire un micro-impatto di un corpuscolo anche solo di pochi millimetri …
… può avere a queste velocità conseguenze serie e gravi non solo per i danni che causa ma anche per la depressurizzazione degli ambienti nello spazio. Se poi l’oggetto è più grande possono essere a dir poco sproporzionate, catastrofiche, devastanti…
zoom su un microcratere da impatto su un corrimano esterno della ISS, fonte AstronautiNEWS
impatti di dimensioni micrometriche (cioè centesimi di millimetro) = piccoli buchi superficiali
impatti di dimensioni millimetriche = penetrazioni di fori trasparenti
proiettili più grandi di 1 cm = danni critici per una missione
impatto di un oggetto di 10 cm = catastrofica disintegrazione del bersaglio in orbita
I detriti spaziali possono raggiungere 54000 km/h (15 km/s); meteoroidi possono raggiungere 259000 km/h (72 km/s)
MMOD: Micro Meteoroid and Orbital Debris = impatti con i detriti orbitali e micrometeoriti. Questi impatti producono sulle superfici in alluminio ad esempio dei corrimano esterni della ISS, usati dagli astronauti durante le EVA, minuscoli crateri che presentano bordi rialzati di alcuni millimetri e particolarmente affilati, e tali bordi costituiscono senza alcun dubbio un reale rischio di danneggiamento per i guanti delle tute pressurizzate, fonte AstronautiNEWS
Lo Spazio è pieno di oggetti in costante movimento
… ma non immaginare “oggetti” solo come di pochi cm o metri, perché anche corpuscoli di pochi millimetri hanno voce in capitolo là fuori, infatti si va dai granelli microscopici di polvere fino alle gigantesche comete passando attraverso tutta un’infinità di asteroidi, dalle forme e dimensioni più svariate.
Tutti questi “gentili” squilibrati viaggiatori del Cosmo hanno però la fastidiosa abitudine di sfrecciare costantemente a velocità spesso di gran lunga superiori ai 20000 km/h(5,5 km/s), e rappresentano quindi un vero e proprio pericolo per chi vive nello spazio come gli astronauti.
film Gravity
Ecco cosa succede, in un eloquente test dell’ESA, ad un blocco di alluminio di 18 cm di spessore quando viene colpito da una sfera anch’essa di alluminio che viaggia a 25000 km/h: l’impatto ha letteralmente vaporizzato la sfera!(una sfera identica, poco meno di 2 cm di diametro suppongo, è stata poi posizionata sul punto d’impatto per mostrare il colpevole).
Hai letto bene: la sfera di alluminio a quella velocità ha vaporizzato l’alluminio nel punto di impatto: l’alluminio fonde a 660 gradi e bolle a circa 2500 gradi, quindi l’impatto ha generato tanta energia da bollire e contemporaneamente frantumare la sfera in migliaia di micro gocce di materiale (temperatura prevista più di 900 K). La piastra di alluminio nel punto di impatto ha subito lo stesso destino, fondendosi e parte del materiale fuso vaporizzando. Per proteggersi da tutto questo, sulla ISS sono presenti un centinaio di schermature di tipo diverso a protezione delle varie componenti sensibili, e la ricerca nel perfezionare i materiali è continua.
Anche la Stazione Spaziale periodicamente subisce micro-impatti. Normalmente quando il Centro di Controllo rileva molte ore prima l’imminente arrivo di oggetti pericolosi viene attivata una manovra evasiva apposita per spostare l’intera Stazione ad una quota diversa (2 km sopra o 2 km sotto alla fascia di allerta) così da evitare il pericolo, ma quando si tratta di oggetti molto piccoli diventa impossibili prevedere o monitorare.
un sopralluogo investigativo nel 2021 ha scoperto il risultato di impatto che ha danneggiato il braccio robotico Canadarm2, senza tuttavia compromettere la funzionalità del braccio – ingrandisci, enlarge
“Oltre 23000 oggetti sono costantemente monitorati per rilevare potenziali collisioni con i satelliti e la Stazione Spaziale Internazionale (ISS); tuttavia, un certo numero di oggetti minuscoli (frammenti di satelliti, scaglie di vernici, polveri e materiali espulsi dai motori dai razzi etc) sono troppo piccoli per essere monitorati”
TOPO: Trajectory Operations Officer, Josh Parris, controllore di volo della ISS, attività di monitoraggio ed intervento, leggi la bellissima intervista sul centro di controllo
11 – Radiazioni e particelle ionizzanti
Lo spazio è intriso di radiazioni, non solo provenienti dalla nostra stella…
evidenziata la parte dove sono emesse radiazioni ionizzanti, quindi raggi UV, X e Gamma
… ma anche da tutto l’Universo con tutti i miliardi di fenomeni che sono avvenuti e continuano ad avvenire e i cui prodotti, come i raggi cosmici, viaggiano per anni luce ininterrotti nel vuoto… te ne parlavo già nel post all’interno della Serie sulle Aurore.
Grazie per avermi seguito fin qui, spero che l’argomento ti abbia affascinato come credo, arrivederci ai post successivi che tratteranno di quei gioielli di ingegneria spaziale che sono le Tute spaziali e dei sintomi da esposizione diretta al Vuoto cosmico nel brevissimo tempo che separa la vita dalla morte, poco più di 2 minuti, di cui solo 15 secondi in consapevolezza…
