Scienza Orienta 2014 11/2/2014 Paperfisica! M. Casolino [email protected] @casolinomarco www.casolino.it INFN Roma Tor Vergata Università di Roma Tor Vergata RIKEN Ricerca in fisica delle particelle nello spazio PAMELA MASS-89, 91, TS-93, CAPRICE 94-97-98 NINA-2 JEM-EUSO NINA-1 M 89 M 91 TS 93 C 94 C 97 PAMELA C 98 … 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 LAZIO-SIRAD 2005 2006 ... NINA-1 SILEYE-1 NINA-2 SILEYE-2 M. Casolino, INFN & University SILEYE-3/ Roma Tor Vergata ALTEINO: SILEYESILEYE-2 SILEYE-3 ALTEA LAZIO-SIRAD SILEYE4/ALTEA Carl Barks, l’uomo dei paperi (Merril, 27 marzo 1901 – Grant Pass, 25 agosto 2000) 695 avventure di Paperi, 6241 pagine Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Gioachino "Keno" Don Hugo Rosa Louisville, 29 giugno 1951 Erede di Barks Di origini italiane “Solo” 85 storie, 1512 pagine Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Paperi e Razzi Il primo incontro di Paperino con i razzi è con una V2 di origine tedesca… Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Infatti l’astronautica ha origine nelle armi della Seconda Guerra mondiale La V1 pesava 2100kg, ed era dotata di un pulsoreattore da 300kg di spinta. Inizialmente portava una testata bellica da 830kg, poi ridotta per aumentare l'autonomia, che inizialmente era di soli 240 km. Degli oltre 29000 esemplari costruiti, circa 9000 vennero lanciate verso l'Inghilterra. Di queste oltre 4000 furono abbattute dai caccia alleati. V1 V2 Raggio d'azione 240 km Velocità massima 550 –640 km/h La velocità di crociera era di circa 550-640kmh, il che rendeva possibile l'intercettazione da parte dei caccia alleati più veloci. Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Raggio d'azione 320-360 km Velocità massima 5200 km/h Werhner von Braun (Wirsitz, 23 marzo 1912 – Alexandria, 16 giugno 1977) Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Sergei Pavlovich Korolev 12 January 1907 - 14 January 1966. Padre dell’astronautica sovietica, dello Sputnik, del programma primo uomo nello spazio, Yuri Gagarin. Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Gagarinsky Start PAMELA: Rivelatore lanciato Il giugno 15th 2006 razzo Soyuz-U Metodi di lancio L’unico sistema utilizzato è con l’uso di razzi a combustibile. Tuttavia la corsa allo spazio del dopoguerra ha visto la messa a punto di due sistemi diversi, frutto di diversi approcci dei due blocchi contrapposti, pur partendo entrambi dalle V2 tedesche Von Braun (USA) Korolev (URSS) Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Per Paperino non è un problema. Nel 1944 con un carburante di sua invenzione ed un razzo di sua costruzione… Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata …abbandona la Terra. Evviva! Sto lasciando la terra a mille miglia al secondo! Ma la 1 2 GM terra m velocità di mv = 2 Rterra fuga dalla Terra è 2GM terra sovrastimata v = = 2 gRterra = 11.2 km/s Rterra da Paperino, anche se è una velocità minima… Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata C’è un piccolo errore (licenza artistica) in questa vignetta, forse due… Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Orbita intorno alla Luna 33 anni prima dell’Apollo 8 Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Soyuz: Il lanciatore Il più affidabile al giorno d’oggi, • utilizzato per lanci con equipaggio e cargo verso la Stazione Spaziale. •Utilizzato per lancio di satelliti in versione modificata. (il più affidabile in assoluto fu il Saturno V): Lanci 708. Failures: 19. Success Rate: 97.32% (dal 1973) Varie versioni: con cargo, per personale umano, da Plesetsk, (dalla Guyana Francese) Altezza 45 m Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Capsula Soyuz (3 astronauti) e Progress (cargo: 2500 kg) Massa: 6560 kg Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Assemblaggio Progress m-52 su vettore Soyuz TMA-6 Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Vettore Souyz: 13/4/2005 Terzo st. Capsula Secondo stadio Primo stadio (4 booster) Torre di espulsione Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Capsula Soyuz (3 astronauti) e Progress (cargo: 2500 kg) Massa: 6560 kg Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Ne “Il Papero che cadde sulla Terra” Paperone chiede di andare nello spazio, a 400 km sopra Paperopoli. Utilizza un aereo modificato con motori a razzo… Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata …e manda Paperino a recuperare i satelliti… Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata r r Fcentr + Fgrav = 0 mv 2 GM T m = r r2 GM T GM T v= = ≅ g (r − h ) r rt + h RTerra = 6380km h ≅ 400km v = 7.6km / s = 27000km / h Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata SpaceShip One 4 Ottobre 2004 Vince l’X prize (primo volo 21 giugno 2004) Mojave, California Batte il record dell’X-15 >100 km altezza (con tre persone equivalenti e senza rimpiazzare più del 10% della massa eccetto carburante) Secondo volo in 14 giorni 10 milioni $ •Crew: one pilot (capable of taking 3) •Length: 5 m •Wingspan: 5 m •Height: •Core Diameter: 1.52 m •Wing area: 15 m² •Empty: 1,200 kg •Loaded: 3,600 kg •Brian Binnie / Mike Melvill Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Design innovativo •Lanciatore •Feather fall •(caduta a piuma) •Rientro nell’atmosfera (ma energia cinetica molto inferiore dal rientro dall’orbita) Costo: 200.000 $ / biglietto (3 minuti) Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Stazioni Spaziali Paperopoli Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Le stazioni spaziali di Carl Barks rispecchiano i progetti della NASA del tempo. Ruote spaziali nel cielo che trasmettono continuamente notizie e previsioni del tempo Perché circolari? 2 v m = mω 2 r = mg r g ω= = 0.07 rot / s = r (r = 83m) − − > 13s / rotazione 1,075 miglia Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata di altezza (1700 km) 83 metri di diametro Permanenza a lungo termine nello spazio 1969-1972 : Apollo 1972: Skylab 1975: Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Apollo Soyuz 1995-2001: Mir 2002-2010: ISS Stazioni Spaziali – Skylab Peso: 90 tonnellate (737-800 41 tonn 747: da 135 a 186 tonn) Volume interno: 1143 m3 Lunghezza 35.1 m Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata La stazione spaziale MIR Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Sileye-1 e 2 sulla Mir – 1995-2000 •Rivelatore di raggi cosmici e radiazione ambientale •Studio dei Lampi di Luce e loro cause Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Altea •Lanciata Luglio 2006 •Acquisizione dati Agosto 2006 •Raggi cosmici: 6 elementi doppi •Lampi di Luce •Elettroencefalografo •Acquisizione continua di rc •Anisotropie rc in tempo reale Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Centro di controllo a Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata !"#$%&$'()$'*++ •!"#$%&'"(&%)*(+'*,•.)-/(&0(&)1'(2#3&,"'•!""#$%%&&&'!()*(+,-)./*('0/1% •!""#$%%,#)0(2345!"'+),)'5/*%6()37)")%,45!"4+5,%4+7(8'!"13 Il più grande scavo del Mondo Per assicurarsi che il suo deposito è al sicuro dai terremoti, Paperone fa scavare per più di 4 miglia, almeno 6.4 km di solida roccia. All’epoca era lo scavo più profondo del mondo, ancora oggi il più vasto Abbiamo scavato tre chilometri, singor De Paperoni ma abbiamo trovato solo solida roccia! Continuate a scavare! Un terremoto potrebbe spaccare tre chilometri come un guscio d’uovo! Zio Paperone fa scavare il pozzo in una enorme spirale per verificare più terreno possibile! Siaomo a 6 chilometri e ancora nessun segno di fessura! Giorno e notte lo scavo avanza! Continuate a scavare! 1956, Paperopoli Lo scavo di Kola 1967, 12km Si voleva raggiungere la discontinuità di Mohorovičić, che scoperta da un geofisico croato nel 1909, osservando una variazione della velocità delle onde sismiche. La temperatura sale verso il centro della Terra: 27 gradi/ km I terremoti secondo Barks… In fondo scavo i Paperi scoprono il mondo sotterraneo di TeryFermy, in cui vi sono due razze, i Terrini ed i Fermini, che si sfidano causando terremoti di tipo sussultorio ed ondulatorio, rispettivamente. Onde longitudinali o di compressione (P) è costituito da onde di compressione del tutto simili a quelle acustiche. L'illustrazione a lato mostra la rappresentazione di questo tipo di onde: le rocce vengono compresse (colore scuro) e poi dilatate (colore chiaro) nella stessa direzione del loro movimento. Onde di taglio o trasversali (S) le onde S progrediscono nel terreno, comprimendo e dilatando le rocce perpendicolarmente alla direzione d'avanzamento, dando vita a vibrazioni della superficie terrestre di tipo "ondulatorio" I terrremoti possono essere anche causati da eruzioni vulcaniche, come ha modo di scoprire un giovane Paperone a bordo del Cutty Sark. Il vulcano Krakatoa esplose il 27 agosto 1883 con una potenza equivalente a 200 megatoni provocando il suono più forte mai udito sul pianeta, un boato che arrivò a quasi 5000 km di distanza. L'esplosione polverizzò completamente l'isola sulla quale sorgeva il vulcano. Lo tsunami, onda del porto, successiva era alta 40 metri e causò distruzione in tutta la zona indonesiana. Fu misurato persino nel Canale della Manica Il maremoto dell'Oceano Indiano, del dicembre 2004. Viaggio al centro della Terra Jules Verne, prolifico autore di fantascienza (la Guerra dei mondi, l’uomo invisibile, dalla Terra alla Luna), immagina un viaggio al centro della Terra. Ne fu realizzata una prima trasposizione cinematografica nel 1959 ed una più recente nel 2008 Impossibile a realizzarsi perché la terra ha un nucleo fuso al suo interno. Al tempo di Jules Verne non era chiara neanche la teoria della deriva dei continenti Nessuno potrà mai raggiungere il centro del nostro pianeta… Salvo i Paperi, ovviamente Ma che succederebbe se ci si trovasse al centro della terra? Si galleggerebbe come nello spazio. La forza di gravità che percepiamo è dovuta alla massa di tutte le particelle della Terra. Al centro la distribuzione sferica fa sì che tutte le forze si annullano e Paperone galleggi nell’aria. Strumenti! (2) Galileo inventa il microscopio, inizia l’indagine del mondo microscopico Probabilmente Galileo (1564-1642), Ne «Il Saggiatore» (scritto 1619-1622), pubbl. 1623, menziona un !telescopio adattato per oggetti molto vicini". Giovanni Faber (1574-1629), amico di Galileo, lo chiama !microscopio", !occhialino", !cannoncino", !perspicillo", !occhiale" Il microscopio di Galileoda Giuseppe Campani, (Seconda metà XVII sec.) Nuovi Strumenti • Dai fotoni della luce alla radioattività • Uno dei primi acceleratori naturali fu quello di Rutherford • Utilizzò un nucleo di elio proveniente da un decadimento radioattivo per colpire una lamina d’oro ! Comprese la struttura del nucleo ! Aprì le porte alla meccanica quantistica (anche legge di Planck sulla luce) !sino al modello standard di particelle e campi In un’avventura al campeggio Paperino applica un bottone d’Uranio sui berretti dei nipoti per non perderseli… Un uso molto pericoloso delle sostanze radioattive, ma che mostra come le conoscenze dei rischi delle radiazioni non fossero ben note, soprattutto al pubblico non specializzato Camping Confusion, 1956 Gli acceleratori di particelle sono l’evoluzione del microscopio, per osservare eventi rari Aumentando l’energia sondiamo scale sempre più piccole e possiamo produrre nuove particelle Aumentando l’intensità del fascio di particelle aumentiamo il numero di interazioni e possiamo studiare eventi rari (Tutte applicazioni della forza elettromagnetica) Forza nucleare debole • Responsabile del decadimento beta dei nuclei radioattivi • Decadimento del neutrone • Mediato da particelle pesanti (bosoni) W+ W- Zo Zio Paperone, la Pietra Filosofale e la Fisica Nucleare •Tramuta tutto quello che tocca in oro •Miraggio di alchimisti (ma anche Newton l’ha cercata) •Centinaia di anni ma nulla •Seconda solo al Santo Graal •Harry Potter Paperone la trova, dopo una lunga serie di avventure a Creta, nelle sale del trono di Minosse. Tuttavia non è tutt’oro quel che luccica La fissione della pietra lo tramuterà in oro se la userà troppo a lungo! Barks avverte dei rischi della pietra filosofale ed ne ha chiara la sua vera natura. Anche qui c’è una piccola imprecisione… La trasmutazione è stata possibile per la prima volta nel XX secolo: 1. decadimento di nuclei 2. Irraggiamento di Uranio con neutroni (Fermi 1934) 3. Uso di acceleratori per collisione di nuclei Marvo Casolino INFN e Tutte dileRoma immagini © Università Tor Vergata Disney