Nella fantascienza esistono parecchi esempi di stazioni spaziali che ruotano per ottenere la gravità artificiale e dunque permettere alle persone che le abitano di poter camminare dimenticandosi di fluttuare nello spazio: il primo esempio classico è il mitico “2001 Odissea nello Spazio“, con il suo seguito “2010 L’Anno del contatto” e poi ad esempio “Passengers“, “Solaris“, la serie TV “The Expanse“, ecc. E poi c’è la serie di film di “Star Trek“, sulla quale ritornerò tra breve.
Intanto vediamo insieme cosa scrive Marcus Chown in un suo interessante articolo apparso tantissimi anni fa (nel 2006 ma recentemente riproposto) su SkyatNightMagazine, nel quale si domanda cosa dice la scienza in merito alle stazioni spaziali che ruotano sul proprio asse: come sempre la mia è una traduzione ragionata e non certo artificiale.
Può una stazione spaziale generare la gravità artificiale? Ecco cosa ne pensa la scienza
Nella fantascienza la risposta è positiva, ma potrà essere generata la gravità artificiale per i futuri viaggiatori spaziali?
Il punto centrale della Teoria Generale della Relatività formulata da Albert Einstein è la sua osservazione che la gravità e l’accelerazione sono indistinguibili. Mettete un astronauta in un razzo che accelera attraverso lo spazio a 9.8 m/s2 (il valore dell’accelerazione di gravità sulla Terra) e i suoi piedi rimarranno ancorati al pavimento della cabina, proprio come sperimenterebbe sulla superficie della Terra.
(ndr: in “Star Trek” i vari astronauti che si avvicendano nelle puntate delle infinite serie TV e nei film al cinema, camminano sempre agevolmente nei vari locali delle astronavi Enterprise, siano essi i ponti di comando, che gli alloggi, che le sale motori: ma le astronavi non stanno ruotando! Viaggiano nello spazio a velocità curvatura e anche quando si fermano in un qualunque punto dello spazio i vari personaggi non fluttuano in aria… Come mai? Ve lo siete mai chiesto? Pura Fantascienza)
Ovviamente accelerare a 9.8 m/s2 in linea retta per tutto il tempo non è un modo pratico di simulare la gravità: un metodo più pratico è sfruttare l’accelerazione centrifuga, l’effetto secondo il quale una persona, ad esempio un bambino in una giostra che ruota, sembra essere spinto verso l’esterno.
Questo è l’effetto che Stanley Kubrick ha abilmente sfruttato nel famosissimo capolavoro del cinema “2001 Odissea nello Spazio”: nel film, lo shuttle con a bordo il Dr. Floyd si aggancia in corrispondenza dell’asse di rotazione della Stazione Spaziale 1, una ruota di 275 metri di diametro che gira lentamente intorno al proprio asse.
Mentre lo scienziato cammina lungo uno dei corridoi disposti a raggiera (ndr: ma questa cosa non si vede nel film!) il suo peso (che è una misura di quanto la forza di gravità agisce sul suo corpo) gradualmente aumenta fino ad arrivare, al bordo della stazione spaziale, proprio al suo peso sulla Terra.
Ma questo non è ovviamente la stessa cosa della gravità sulla Terra. (ndr: sappiamo che sulla Luna l’accelerazione di gravità è un sesto di quella terrestre ed infatti gli astronauti dell’Apollo non svolazzavano nel cielo, ma camminavano a balzelloni sulla superficie del nostro satellite)
Se il Dr. Floyd avesse lasciato cadere un oggetto, questo non sarebbe caduto sul pavimento, ma sarebbe stato deflesso in direzione opposta a quella della rotazione della stazione spaziale. (ndr: ed anche questo non si vede mai nel film! Ci avete mai fatto caso? Ed invece quando è a bordo della navetta che lo porta sulla base lunare di Clavius, lo scienziato è ben ancorato al sedile e mentre dorme la sua pena sfuggitagli di mano inizia a fluttuare, raccolta da una dell’equipaggio, che cammina ancorandosi al pavimento con le scarpe adesive in velcro)
Tutto questo è noto come “effetto Coriolis”, che illustra un punto chiave individuato da Einstein secondo il quale la gravità è indistinguibile dall’accelerazione in piccoli ambienti dello spazio: ciò significa che, sebbene sia effettivamente possibile simulare qualcosa di simile alla gravità terrestre, non sarà mai possibile ottenerlo in modo perfetto.
Parliamo di Gravità, Newton e Einstein
Visto che ci siamo, mi riaggancio ad un altro interessante articolo dello stesso autore (decisamente più recente, visto che è dell’anno scorso), accompagnato dalle foto dei due scienziati
e più prosaicamente di un campo con una marea di mele cadute sul terreno
Lascio la parola a Marcus con la mia traduzione ragionata.
Le differenze principali tra la gravità di Newton e quella di Einstein
La gravità è uno dei concetti più complicati da capire: nella vita di tutti i giorni la gravità appare relativamente debole, mentre su scala cosmologica è la più forte, la più potente ad influire su tutto l’Universo. È stata una delle prime forze ad essere riconosciuta (ndr: la famosa mela caduta a fianco di Newton, che se ne stava appoggiato tranquillamente ad un melo) ed è alla base della prima legge del moto definita in Fisica.
Sì, è vero, la gravità fa cadere le mele dagli alberi, fa ancorare i nostri piedi al terreno e permette alla Stazione Spaziale Internazionale (la ben nota ISS) di orbitare intorno al nostro pianeta, ma se l’andiamo ad analizzare bene, una tale forza non esiste. (ndr: mormorio generale da parte dei 25 lettori…) e mentre qualcuno potrebbe pensare che la gravità esiste sulla Terra, ma non nello spazio (ndr: gli astronauti fluttuano nel vuoto!) , in realtà la gravità esiste dappertutto.
I due scienziati in questione (Newton e Einstein) hanno contribuito a farci conoscere la gravità, ma abbiamo senz’altro sentito che ci sono molti aspetti differenti nelle loro teorie.
Ad esempio la teoria newtoniana non è in grado di spiegare le variazioni dell’orbita del pianeta Mercurio (spiegate invece da Einstein), portando per esempio alla ricerca del pianeta teorico Vulcano (ndr: niente a che vedere con il pianeta natale del celeberrimo Spock, con le orecchie da elfo…)
La differenza principale tra le due teorie sulla gravità è che quella di Einstein prevede un limite alla velocità del cosmo, la velocità della luce. Newton aveva assunto che la gravità si sente in ogni luogo dell’Universo istantaneamente, viaggiando cioè a velocità infinita: avrebbe perciò predetto che se il Sole svanisse in questo istante, la Terra noterebbe la mancanza di attrazione gravitazionale istantaneamente e verrebbe immediatamente sbalzata fuori dal Sistema Solare.
Invece secondo Einstein nulla, compresa la gravità, può viaggiare più veloce della luce e la povera Terra non noterebbe l’assenza della gravità per 8 minuti e mezzo, il tempo che impiega la gravità a viaggiare dal Sole alla Terra alla ben nota velocità di 300.000 km/sec.
Un’altra differenza tra Newton ed Einstein è che la Teoria della Relatività prevede che la sorgente della gravità non è la massa, come credeva Newton, ma l’energia, una forma della quale è proprio la massa. (ndr: vi ricordate la famosissima formula E= mc2 che lega la massa all’energia, per mezzo di “c” la velocità della luce?)
Ciò significa che (ndr: prevedo altri mormorii…) tutte le forma di energia possiedono un gravità, l’energia sonora, il calore, eccetera.
Ma in modo cruciale la stessa gravità è una forma di energia, cosicché la gravità essa stessa crea altra gravità.
Questo fatto comporta che vicino al Sole, dove la gravità solare è davvero potente, la gravità è ancora più grande di quanto previsto da Newton. (ndr: concetto da digerire lentamente…)
Secondo la gravità Newtoniana, un pianeta può solamente seguire un’orbita ellittica, ma l’orbita di Mercurio continuamente sposta il proprio perielio in modo tale che il pianeta percorre un’orbita non ellittica, ma a forma di rosetta.
La predizione della precessione del perielio di Mercurio è stato uno dei trionfi della Teoria di Einstein.
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