21/09/20

Che fatica andare sul Sole **

Questo articolo è stato inserito nella pagina di approfondimento dedicata alla Meccanica Celeste.

 

Il problema che andiamo ad affrontare non si risolve certo con poche parole e necessiterebbe di un approccio molto complicato di Meccanica Celeste. Tuttavia, possiamo semplificarlo in modo che sia comprensibile a tutti. Il concetto finale rimane quello giusto. Morale della favola: forse è per questo che Icaro non è arrivato fino al Sole!

Potremmo iniziare col farci qualche domanda...

(1) Perché non mandare tutti i nostri rifiuti nucleari a cadere sul Sole?

(2) Se andassimo su Mercurio, sarebbe più facile mandare una navicella sul Sole?

(3) Perché mai la missione Parker Solar Probe, che si è avvicinata moltissimo al Sole, ha dovuto sfruttare molti incontri ravvicinati con Venere?

(4) E' più facile mandare una sonda verso una certa stella (a parte il tempo necessario per arrivarci) o mandarla a cadere sul Sole?

Potremmo rispondere alla prima domanda facendo quello che fanno molti, anzi moltissimi, naviganti (e più hanno soldi e più lo fanno): buttiamo pure tutta la plastica nel mare e quello che sarà sarà..."occhio non vede, cuore non duole", basta allontanarsi dal luogo del misfatto e "chi se ne frega?". Si potrebbero, perciò, gettare i rifiuti radioattivi nel mare e se le acque diventeranno radioattive, saranno fatti delle future generazioni. Anche la politica ci insegna, in fondo, a fare così... rimandiamo i problemi... qualcosa succederà o qualcuno -forse- li risolverà. Noi pensiamo a cose più urgenti e immediate, soprattutto se hanno un ritorno economico molto personale. Questa risposta evita - e rimanda- il problema, ma è sicuramente un segno di INCIVILTA'.

Alla seconda domanda si potrebbe rispondere: per raggiungere il Sole sarebbe bene percorrere una distanza minore e la distanza di Mercurio dal Sole è nettamente minore. Questa risposta non tiene conto che per continuare a sfruttare i benefici dell'energia solare è bene continuare a girarci intorno. In altre parole dobbiamo muoverci a una velocità molto alta, anche se non ce ne accorgiamo... La risposta è, in questa caso, un segno di enorme IGNORANZA sul moto dei pianeti (povero Keplero e povero Newton!).

Ammettendo di sapere cos'è la missione Parker Solar Probe, bisognerebbe conoscere un po' di astrodinamica. Altrimenti si potrebbe rispondere: "Beh, intanto che eravamo sulla strada, tanto valeva visitare qualche volta Venere (magari vedremmo veramente i suoi batteri danzare tra le nuvole!). Beh... se non proprio ignoranza, questa volta daremmo segni di IMPREPARAZIONE.

Alla quarta domanda sarebbe un po' più difficile rispondere, ma potremmo cavarcela col dire: "La faccenda ha poco interesse, dato che per  arrivare alla prima stella ci vorrebbero secoli e secoli... lasciamo perdere" Una risposta in cui predomina l'INDIFFERENZA.

Insomma, inciviltà, ignoranza, indifferenza, impreparazione... tutti difetti tipici del nostro presente e, probabilmente, anche del futuro, magari anche ingigantiti.

Per rispondere in modo corretto non c'è bisogno di fare grande fatica, basta pensare a cosa sono costretti a fare i pianeti - e la nostra Terra, in particolare -  per restare a debita distanza dal Sole e farsi riscaldare per miliardi di anni. In altre parole, basta sapere come si muove un pianeta attorno al Sole. Keplero si è risvegliato e sta sorridendo di noi. Addirittura, gli basta scrollare la testa e dire: "Usate pure una traiettoria circolare per la Terra e tutto risulterà banale".

Inseriamo, allora, la Terra attorno al Sole e vediamo a che velocità deve muoversi  per stare "in equilibrio", ossia per continuare a cadere verso il Sole per effetto della sua gravità, ma non riuscirci mai. Beh... una velocità niente male: 30 km/s. Questa è la sua velocità di crociera.

Noi che abbiamo un po' di preparazione sappiamo anche che per uscire dal campo gravitazionale della Terra è necessaria una velocità di circa 11 km/s, impartita nella stessa direzione del moto della Terra attorno al Sole. Se volessimo lasciare il Sistema Solare dovremmo faticare un po' di più, ma si riuscirebbe a fare con una velocità di circa 17 km/s.

Bello, molto bello... ma noi vogliamo, invece, cadere sul Sole. Beh... la faccenda si complica abbastanza.

Quale sarebbe, infatti, il metodo più rapido e sicuro? Impartire alla sonda spaziale una velocità uguale e contraria a quella della Terra intorno al Sole. In poche parole lanciare una sonda con velocità pari a 30 km/s in direzione opposta al moto della Terra. In tal modo, la velocità relativa al Sole sarebbe nulla e la sonda non potrebbe fare altro che cadere sul Sole: Newton ce lo dice (ma anche Einstein) in parole molto chiare.

A parole è facile, ma non con i fatti. Ci vorrebbe un'energia enorme che non siamo capaci di  raggiungere. Se dessimo una velocità minore cosa riusciremmo a combinare? Qualcosa sì, ma non poi tanto, dato che avremmo un oggetto con una velocità orbitale minore di quella della Terra a cui corrisponderebbe una traiettoria ellittica che la avvicinerebbe al Sole al perielio.

"Fortunatamente" il Sole ha dimensioni considerevoli e non è un punto. Ciò vuol dire che basterebbe arrivare a circa 600 000 km dal suo centro per cadere sulla sua superficie.  Potremmo perciò anche adattarci ad un'orbita con un perielio inferiore al raggio solare, ma non sarebbe una gran vantaggio... 600 000 chilometri contro i 150 milioni della distanza Terra-Sole sono ben poca cosa. Non  risparmieremmo una grande energia.

In fondo, è ciò che fanno molte comete e molti asteroidi in regime caotico: continuano a orbitare attorno al Sole, ma su orbite sempre più ellittiche fino a che il loro perielio viene a cadere all'interno del Sole.

Quanto detto ci fa subito capire che se fossimo su Mercurio la faccenda sarebbe ancora più complicata, dato che la velocità orbitale del piccolo pianeta è ben maggiore della nostra (circa 50 km/s). Se sulla Terra si deve riuscire a lanciare qualcosa a 30 km/s, su Mercurio dovremmo lanciarla a 50 km/s. Missione impossibile!

Molto meglio, allora, andare su un pianeta lontano. Per raggiungerlo non ci sono grandi problemi (l'abbiamo già fatto un mucchio di volte), dato che basta uscire anche di poco dal campo gravitazionale terrestre, ossia superare di poco gli 11 km/s e poi ci sono tanti sistemi per raggiungere Giove, Saturno e addirittura Plutone o anche il nono pianeta se veramente ci fosse.

In realtà, per avvicinarsi di molto al Sole, la sonda Ulisse era andata proprio vicina a Giove, dove aveva poi utilizzato la fionda gravitazionale non per accelerare, ma per rallentare e quindi "cadere" verso il Sole o -meglio- per immettersi su un'orbita con un perielio relativamente piccolo. Pensiamo che se andassimo su Plutone, basterebbe poi "annullare" una velocità orbitale di soli 5 km/s per iniziare la caduta diretta verso il Sole.

La faccenda è veramente ovvia e Keplero riderebbe sguaiatamente: "Per le mie leggi, sappiamo benissimo che se aumentiamo la distanza dal Sole,  la velocità orbitale deve decrescere anche prendendo orbite perfettamente circolari".

E veniamo alla missione Parker Solar Probe. Essa ha usato Venere per rallentare gradatamente (effetto fionda "al contrario"), immettendosi su orbite il cui perielio era sempre più vicino al Sole, senza però caderci dentro. Nel video che segue vediamo in dettaglio la strategia usata da questa sonda.

La mitologia greca racconta di Icaro che ha cercato di avvicinarsi al Sole, ma è caduto miseramente nel mare terrestre. Nessun eroe ha mai tentato veramente di raggiungere il Sole o c'è finito dentro per disgrazia. Forse, forse, i greci conoscevano già le basi della Meccanica Celeste!

 

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