Sparare biglie a 25.000 chilometri orari

Bill Cooke, l’ormai noto scienziato della NASA, sta giocando al “cerchio“, un gioco in cui delle biglie di vetro vengono scagliate contro quelle avversarie per farle proprie. Ma in questo caso il premio partita non consiste in biglie, bensì nell’acquisizione di conoscenze che permetteranno agli astronauti di vivere il ritorno sulla Luna in totale sicurezza.

Espolsione di una biglia in pyrex

all’interno di AVGR

Cooke sta sparando sfere di vetro – pyrex per l’esattezza – con un diametro di un quarto di pollice (circa 6,5 mm) su un suolo lunare artificiale. E non è possibile riutilizzare la biglia come avviene nel gioco perché ogni biglia lanciata, che viaggia a 25.700 Km/h (7Km al secondo), viene letteralmente disintegrata.

“Stiamo simulando l’impatto di meteoriti con la superficie lunare,” spiega Cooke. Il team dello Space Environments Group al Marshall Space Flight Center della NASA registra già da tempo gli impatti reali. I loro telescopi rilevano costantemente esplosioni sulla Luna provocate da meteoriti che impattano violentemente la sua superficie. Un bagliore tipico proviene da “un meteorite della misura di una palla da softball che colpisce la Luna a 27 km/s ed esplode con una potenza paragonabile a 70kg di TNT.”

“Pensate,” prosegue Cooke, “queste stime sono basate su lampi di luce osservati a 400.000 km di distanza (ndr: distanza media Terra-Luna), pertanto c’è molta incertezza nei calcoli per quanto riguarda velocità, massa ed energia sprigionata da tale impatto. Stiamo cercando di consolidare questi numeri.” Ed è a questo punto che entrano in gioco le biglie…

Per simulare impatti lunari viene usato l’ Ames Vertical Gun Range (AVGR), che si trova presso il centro di ricerche Ames della NASA a Mountain View, California. Il progetto viene finanziato dal Safety and Mission Assurance, l’ufficio preposto alla sicurezza delle missioni NASA. “Analizziamo il lampo in modo da poter capire la quantità di energia cinetica che viene trasformata in luce,” asserisce Bill. “Una volta quantificata l’efficienza luminosa, come la definiamo in gergo, possiamo applicare tale parametro ai veri impatti.” Camere ad alta velocità e fotometri (misuratori di luce) ne registreranno il risultato.

AVGR fu costruito nel 1960 per supportare il progetto Apollo, la prima missione americana sulla superficie lunare. AVGR può sparare oggetti di diversa forma e materiale, addirittura gruppi di molecole, ad una velocità che varia da 0.5 a 7 km/s. La “camera di scoppio”, una sorta di grosso barile, è in condizione di vuoto, ma l’aria circostante può essere impostata per simulare atmosfere di altri mondi o comete.

Sopra: un cratere da 30 cm di diamtero è ciò che rimane dopo un test da impatto all’interno di AVGR

Cosa molto importante è la mobilità del cannone che può essere inclinato per simulare impatti da sette diverse angolazioni, da verticale ad orizzontale, visto che le meteore raramente viaggiano perpendicolari al terreno. Una volta esploso il colpo, delle speciali valvole catturano i gas di scarico generati nell’impatto, in modo che non si disperdano e possano essere analizzati.

Gli esperimenti di Cooke vengono effettuati in 2 fasi. La prima, costituita da una serie di 12 impatti, è stata effettuata ad ottobre 2006 sparando proiettili di vetro Pyrex fino ad una velocità di 7km/s su una superficie di pietra pomice, una roccia vulcanica. Per i prossimi esperimenti verrà utilizzato il simulatore lunare JSC-1a, uno dei “falsi d’autore” sviluppato con materiali terrestri per simulare il suolo lunare.

Conoscere la velocità e la massa del proiettile permetterà a Cooke di misurare la luminosità del lampo e di stimare l’energia delle meteoriti che colpiranno la superficie lunare a circa 72km/s, che è sei volte la velocità di AVGR. Ma l’efficienza luminosa è solo parte della problematica. Molta dell’energia sprigionata durante l’impatto viene utilizzata nel disintegrare il proiettile e per spargere detriti ovunque – ed è la ragione più importante che ha portato ad utilizzare vetro piuttosto che metallo.

Ames Vertical Gun Range (AVGR)

“I frammenti da impatto possono viaggiare per centinaia di miglia,” spiega Cooke. “Dobbiamo saperne di più se vogliamo avere la certezza di soggiornare sulla Luna per mesi in totale sicurezza.” Sulla Luna, virtualmente priva di atmosfera, i detriti arrivano al bersaglio con la stessa velocità con cui sono schizzati via al momento dell’impatto. In questo modo potremmo schivare un oggetto ma non sfuggiremmo di certo alle sue schegge impazzite. E allora la domanda è: E’ più probabile essere colpiti all’altezza delle caviglie da detriti sparsi lungo l’orizzonte, o di essere colpito dall’alto da oggetti con traiettorie balistiche?

Per valutare tali pericoli, Cooke misurerà la velocità e la direzione di molecole secondarie con la tecnica dei fogli-laser. Questo metodo consiste in una serie di lenti e specchi che propagano un raggio laser formando dei fogli di luce sottili come carta, in modo che le molecole volanti vengano brevemente illuminate passando attraverso di esso. Tali elementi forniranno la misura, la direzione, e la velocità dei detriti generati dall’impatto. La tecnica richiede una lunga analisi delle immagini, ma è sicuramente più chiara ed efficiente della vecchia maniera, quando si appendevano fogli di alluminio all’interno della camera AVGR per poi contare i fori generati dai detriti.

Le risposte ottenute con l’ausilio di questi strumenti forniranno indicazioni per il tipo di protezione da adottare sui veicoli da esplorazione, al fine di poter proteggere gli esseri umani, là dove ogni giorno la natura gioca al “cerchio”.

Fonte: http://science.nasa.gov/headlines/y2007/14mar_marbles.htm