1/11/14

Orbite ballerine e astrofili intelligenti *

1/11/2014

La mente umana riesce sempre a battere la macchina. Anche quando non è nel cervello di un genio come Einstein o Newton. Il computer risponde solo se qualcuno gli ha già fornito la risposta, ma non può certo prevedere l’insospettabile. I fanatici dei marchingegni moderni e di internet a tutti i costi lo sanno ancora?

Studiando un po’ a fondo la meccanica celeste si scoprono tante cose interessanti. Innanzitutto che le orbite sono tutto tranne che stabili. Cambia un po’ tutto… le orbite ruotano per effetto dei moti di precessione, ma si schiacciano e si allargano a causa delle variazioni dell’eccentricità. Analogamente si alzano e si abbassano rispetto a un piano di riferimento. Basterebbe integrare un’orbita nel tempo per vedere andamenti governati da cicli periodici, ma anche da variazioni del tutto caotiche.

Un classico esempio di variazione senza controllo è ciò che capita a un oggetto che finisce in un risonanza con un pianeta di massa ben maggiore. L’eccentricità e l’inclinazione variano in modo inaspettato e incontrollabile portandoli a variazioni macroscopiche. E’ il caso dell’origine dei NEA, nati da asteroidi che hanno avuto la sventura di cadere nelle risonanze di moto medio con Giove.

Le variazioni sono soprattutto dovute alle perturbazioni dei compagni di viaggio, ossia a spinte e a trattenute più o meno ricorrenti che deformano la povera orbita kepleriana. Essa rimane un sogno teorico che mai e poi mai può realmente avverarsi. Fortunatamente, a parte alcuni asteroidi, nessun pianeta del nostro sistema solare rischia variazioni esagerate. Molte volte possono anche essere trascurate, soprattutto quelle che riguardano gli elementi orbitali. Tra questi, poi, ce n’è uno particolarmente robusto e quasi indistruttibile: il semiasse maggiore.

Anche una risonanza di moto medio, estremamente violenta, cambia facilmente l’eccentricità e l’inclinazione, ma non riesce a toccare il semiasse maggiore. In pratica, l’orbita si deforma, allungandosi, stirandosi, oscillando, ma il semiasse maggiore rimane costante. La spiegazione è che l’energia orbitale è decisamente molto grande e dipende direttamente dal semiasse: per cambiarla ci vuole qualcosa di veramente potente.

Se è difficile cambiare il semiasse è altrettanto difficile cambiare il periodo di rivoluzione che è legato al semiasse in modo indissolubile. Una prova di ciò si ha negli urti tra corpi celesti. Due asteroidi possono anche distruggersi a vicenda, farne di tutti i colori, ma i frammenti della collisione rimangono su orbite con semiassi maggiori molto simili (le famiglie asteroidali). In altra parole, è relativamente facile distruggere un pianeta come la Terra (basta un proiettile un po’ più grande di Marte) ma non ci si può illudere che lo si sposti più di tanto.

Ben altre sono le cause che determinano le variazioni del periodo di rivoluzione. Nel nostro Sistema Solare, il semiasse resta, perciò, un qualcosa di quasi intoccabile. Tuttavia, se un asteroide passa troppo vicino a un pianeta, le cose cambiano e le perturbazioni indotte riescono a modificare anche il semiasse. La gravità, quando vuole, è una forza estremamente potente. Si potrebbero scrivere formule e  formule per mostrare queste interazioni, ma la meccanica celeste è una brutta bestia, forse anche peggio dell’espansione dell’Universo!

Pensiamo, comunque, a un asteroide che ci passi troppo vicino: non solo la Terra può cambiargli l’orbita, compreso il semiasse, ma addirittura acchiapparlo al volo e farlo precipitare su di lei…

Comunque, c’è sempre una via di mezzo. Da un lato l’apparente tranquillità dei nostri pianeti attuali (ma fino a quando?), dall’altro un’evoluzione violenta e catastrofica. Nel mezzo la possibilità di avere orbite molto ballerine, instabilmente stabili (una specie di caos ordinato o di ordine caotico, come preferite). Se un pianeta si trova molto vicino a grandi fratelli posti nei punti giusti si può innescare uno scambio di favori perturbativi che può dar luogo a variazioni, magari periodiche, di grande ampiezza.

Tutte queste parole per fare i complimenti a quegli astrofili e/o appassionati che si sono dedicati allo studio dei dati immagazzinati da Kepler. Chiunque poteva partecipare (avendo il tempo) e mettersi a cercare se vi erano cadute di luce che nascondevano pianeti in transito davanti a stelle lontane. Un lavoro sicuramente di pazienza, di attenzione e -forse- a prima vista monotono e inutile (per moltissimi italiani, sempre i più "furbi" al mondo, sicuramente sì). Ho detto inutile perché da loro si chiedeva soprattutto una conferma, dato che esistevano già algoritmi costruiti per rivelare, attraverso computer predisposti, abbassamenti di luce improvvisi e periodici.

Questi astrofili, però, hanno battuto 10-0 il computer e i suoi algoritmi. I programmi e i modelli si rifanno a ciò che conosciamo per i nostri pianeti. Un po’ di perturbazioni reciproche, qualche piccolo cambiamento, ma praticamente zero nel periodo di tempo in cui ha osservato Kepler. D’altra parte, se non si conosce come è  “piazzato” il sistema planetario non si possono certo sapere le regole del gioco. Bisogna fare delle ipotesi e, ovviamente, quelle più comuni (almeno per il nostro metro).

In poche parole, anche nel mondo dominato dai cellulari e dai loro nipoti e pronipoti che danno le risposte a tutte le domande tanto da non avere nemmeno più voglia di chiedere qualcosa, la mente umana ha battuto il computer alla grande! Quest’ultimo, poverino, risponde se conosce la risposta, ma non è capace di scoprire ciò che è completamente inaspettato. E così non poteva certo intuire una variazione del periodo di transito del tutto fuori dagli schemi. L’occhio umano, invece, insieme alla fantasia e all’intuizione (esistono ancora, anche se rare…) ci è riuscito e ha scoperto un’imprevedibile e scherzoso pianeta ben 2300 anni luce lontano da noi: PH3c.

Mentre la Terra cambia il suo periodo di rivoluzione su tempi lunghissimi e per frazioni di secondo ogni orbita, il nuovo arrivato cambia il proprio periodo di ben 10.5 ore nel giro di 10 orbite soltanto! Fantastico risultato, veramente “umano”, che non si è fermato solo al pianeta ballerino, ma ha aperto la strada per fare migliore conoscenza dei suoi due compagni e… non solo.

Affinché succeda quello che è stato osservato è ovvio che i pianeti già scoperti siano i maestri del ballo. A questo punto i calcoli di meccanica celeste fanno il resto e permettono di calcolare le masse dei compagni di brigata. Il nostro ha dimensione modeste ed è di bassa densità, quello più interno rispetto a lui è invece roccioso, mentre quello più esterno è poco più grande di Saturno. Anch’esso cambia notevolmente il proprio periodo anche se in modo più contenuto.

I tre dispettosi fratellini hanno anche un’altra caratteristica che farà lavorare duramente gli astronomi professionisti: il pianeta centrale rivolve con un periodo che è 1.9 volte quello del pianeta più interno, mentre quello più esterno fa esattamente lo stesso rispetto a quello centrale. Risonanze sicuramente, ma come si sono create? E’ veramente un caso unico o può aiutarci a capire le strade necessarie per costruire un sistema planetario…?

dispettosi
Rappresentazione "artistica" dell'insolito (per noi) sistema planetario

Comunque… grazie di cuore ai tanti volontari che si sono immersi occhi e cervello nei dati di Kepler. Sapete cosa hanno deciso di fare adesso i “planet hunters”? Di vedere se esiste una qualche correlazione tra tipo di pianeta e tipo di stella centrale. Un lavoro da certosini, forse inutile… ma chissà?

Articolo originale QUI

 

QUI parliamo di altri importanti contributi di VERI astrofili alla ricerca scientifica.

Non solo esopianeti, ma anche stelle e addirittura esocomete "nascosti" tra i dati raccolti da Kepler!

 

15 commenti

  1. davide1334

    bellissimo articolo,grazie enzo :wink:

  2. beppe

    E' incredibile la quantità di informazioni che ci porta la luce se si ha la pazienza certosina di osservare...

  3. La ringrazio per la premura che ha avuto nel rispondermi in un precedente commento.

    Ora ne approfitto ... ma non si deve sentire in dovere, in fondo ho trovato questo sito perché sto cercando di perfezionare la correttezza di un lavoro didattico.

    Un po' per divertimento, un po' perché una mia amica che insegna scienze nella scuola secondaria mi aveva chiesto di utilizzare Scratch per simulare i moti planetari, ho provato a simulare le traiettorie di un oggetto che si muove in prossimità di un campo gravitazionale risolvendo il moto con l'integrazione della legge della gravitazione universale.

    https://scratch.mit.edu/projects/104921727/

    Si può arrivare a generare traiettorie ellittiche, paraboliche e iperboliche, c'è una simulazione della precessione del perigeo ed anche uno schema per utilizzare la grafica per verificare le leggi di Kepler.

    Dato che sarà utilizzato a lezione mi piacerebbe avere un conforto sulla correttezza scientifica della simulazione e delle argomentazioni adottate.

  4. Daniela

    Ciao Gianni,

    in attesa che Enzo ti risponda (e lo farà senz'altro, ma ci metterà un po' più del solito perchè in questi giorni è "fuori sede"), mi permetto di intervenire solo per confermarti che hai trovato il posto giusto per chiarire i tuoi dubbi!

    Se, poi, vuoi approfondire la conoscenza della meccanica celeste, hai solo l'imbarazzo della scelta, scegliendo tra questi articoli, quelli che più ti interessano.

    Colgo, inoltre, l'occasione per segnalarti questa sezione che potrebbe essere utile alla tua amica insegnante per trovare qualche idea su come stimolare l'interesse dei suoi studenti, facendoli divertire!

     

  5. Gianni Mastropaolo

    Ancora un po' e mi rispondete prima di avere posto la domanda. Grazie!

    PS: E' già così, ho scoperto un pozzo di informazioni stupendo.

  6. Daniela

    Non arriviamo a tanto... ma se vorrai farti catturare dall'attrazione gravitazionale del nostro Prof., sono certa che non te ne pentirai!  :wink:

     

  7. caro Gianni,

    penso che il programma funzioni bene (a occhio) anche se non mi è facile capire i criteri adottati e le formule tenute in conto per il calcolo della precessione e nel caso si volesse cambiare orbita (non per un satellite, ma per un asteroide o quello che si vuole). Tieni conto di tutti i pianeti (n corpi) o che approssimazioni fai per un orbita non kepleriana, come quella che fai disegnare?

  8. Gianni Mastropaolo

    Grazie per la risposta.

    Le spiegazioni sono disponibili all'indirizzo

    https://drive.google.com/file/d/0B2pMljvhpf1GUjNFT3pLSEJpT2c/view

    Nello specifico, per la precessione ho immaginato un corpo celeste, la luna, che si trova a notevole distanza a che orbita intorno al corpo centrale, la terra, più lentamente del satellite e produce una componente aggiuntiva all'attrazione gravitazionale data dalla terra.

    Per la precisione ho scomposto entrambe le accelerazioni nelle due direzioni x e y, ho sommato le componenti per dedurre la velocità al termine dell'intervallo di tempo ∆t per ricalcolare la posizione.

     

  9. gianni mastropaolo

    ???

  10. peppe

    marko banniamo sto auto insurence ....sta spammando un pò troppo

  11. Daniela

    Non farci caso, Gianni, si tratta di spam che, evidentemente, non è stato bloccato in automatico. Lo eliminerà Enzo domattina (o Marko stasera, se lo vedrà).

  12. gianni mastropaolo

    lo supponevo

    era solo per mandare un feedback

    buona serata

  13. Gianni Bolzonella

    Anche se centra poco con il cuore dell'argomento,mi vengono in mente la caduta dell'aereo in Etiopia e alcuni incidenti con le automobili intelligenti...

  14. Daniela

    La tua osservazione, Gianni, c'entra senz'altro con l'argomento anche se esce dall'astrofisica, perché lo generalizza.

    Certamente gli incidenti provocati dalle macchine "intelligenti" fanno scalpore e generano indignazione e sconforto, ma, al di là della comprensibile reazione emotiva, bisognerebbe sapere quanti incidenti tali macchine hanno evitato e se sono di più di quelli che hanno provocato. E se anche riuscissimo a fare una statistica del genere, non so quanto sarebbe attendibile dati gli innumerevoli elementi da tenere in considerazione, non ultimo il caos.

    A me, per esempio, viene in mente il pilota tedesco che si è suicidato insieme ai suoi passeggeri, senza che l'altro pilota riuscisse ad intervenire...

    Mi viene anche in mente un episodio realmente accaduto: un signore paga il conto in albergo e torna in camera per finire di fare le valigie. L'ultima cosa da prendere è l'antibiotico per la figlia conservato nel frigobar... peccato che il frigobar non si apra perchè il software di gestione "intelligente" impedisce che il cliente prenda qualcosa dal frigobar e vada via senza pagarlo. In questo caso, l'unico inconveniente è stata una perdita di tempo di pochi minuti (telefonata alla reception con conseguente sblocco del frigo), ma se al posto dell'antibiotico ci fosse stato un farmaco salvavita...???

    Diciamo che un "giusto" mix tra uomo e macchina sarebbe l'obiettivo da perseguire e proprio stabilire i confini di quel "giusto" credo sia la sfida più importante che l'uomo dovrà vincere nel prossimo futuro, se vorrà continuare a considerarsi Uomo.

     

  15. Gianni Bolzonella

    Ovvio che bisogna usare la bilancia per pesare i pro e i contro.Sono in sintonia con quello che scrivi.

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