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Umberto Guidoni

Astronauta - Scrittore - Divulgatore

15

set

2017

LA LEZIONE DI CASSINI

Come è cambiato la ricerca di vita extraterrestre nel nostro sistema solare

Mentre si avvicina “l’ultimo atto” della missione Cassini-Huygens, vale la pena di riflettere sull’eredità, sul patrimonio di conoscenze, che ha cambiato sensibilmente il modo di cercare forme di vita extraterrestri nel nostro sistema solare.

15

nov

2015

Dalla teoria di Einstein al traffico cittadino

Un secolo dopo la sua pubblicazione, la Teoria della Relatività è parte della nostra vita quotidiana

Esattamente un secolo fa, a Berlino, veniva presentata la Teoria della Relatività Generale dove Albert Einstein introduceva la nozione di curvatura dello spazio-tempo e generalizzava il lavoro, condotto dieci anni prima, della Teoria della Relatività Ristretta. Per decenni si è creduto che il contributo di Einstein fosse un grande capolavoro dell’ingegno umano privo, però, di qualsiasi uso pratico al di fuori dell'ambito strettamente scientifico.

 
Niente di più sbagliato! Le astruse (per la maggior parte di noi) equazioni dello scienziato tedesco trovano applicazione in uno dei più utilizzati gadget degli ultimi anni: il navigatore satellitare.
 
Il ricevitore portatile che abbiamo nelle nostre auto raccoglie i segnali emessi da costellazioni di satelliti (come l’americano Global Positioning System – GPS o come il sistema europeo Galileo) che orbitano a migliaia di chilometri dalla superficie terrestre. Grazie a questi segnali il ricevitore è in grado di localizzare la nostra posizione sulla superficie della Terra con una precisione di qualche decina di centimetri. E’ grazie a questa elevata precisione che possiamo svoltare sulla strada giusta ad un incrocio o trovare l’uscita anche quando ci muoviamo a grande velocità in autostrada.
 
In realtà, ciascun satellite si limita ad inviare al nostro ricevitore l’ora misurata con estrema precisione dall’orologio di bordo. Questa informazione è utilizzata dal dispositivo sull’auto per calcolare quanto dista da ciascun satellite. Con questa informazione, ricavata da quattro o più satelliti, il ricevitore può ricostruire la sua posizione sulla Terra con la precisione richiesta. Servono almeno quattro satelliti perché ci sono quattro grandezze da calcolare: latitudine, longitudine, altitudine e l'ora esatta. L'ora esatta è necessaria perché l'orologio del ricevitore portatile non è accurato come quelli dei satelliti. Per calcolare la distanza tra satellite e ricevitore, la misura di tempo deve essere particolarmente precisa: un’inesattezza di 1 nanosecondo (1ns = 1 miliardesimo di secondo) porterebbe ad un errore nella posizione di 30 cm (lo spazio che la luce percorre in quel brevissimo lasso di tempo). Gli orologi utilizzati a bordo dei satelliti GPS sono perciò orologi atomici, talmente precisi da perdere un secondo ogni milione anni.
 
E’ proprio a causa della notevole precisione richiesta che entra in gioco la teoria di Einstein!  Secondo la relatività, infatti, ci sono due effetti contrapposti che influenzano gli orologi dei satelliti in orbita.
Il primo riguarda la relatività speciale e il fatto che il tempo “rallenti” in un riferimento in movimento. I satelliti orbitano a grande velocità e i loro orologi “sono in ritardo” di circa 7 milionesimi di secondo al giorno rispetto a quelli dei ricevitori sulla Terra. Il secondo, invece deriva dalla relatività generale che prevede che la gravità “rallenti” lo scorrere del tempo. In questo caso la gravità è più forte sulla superficie terrestre che a migliaia di km di distanza. Quindi  gli orologi a bordo dei satelliti “vanno avanti” di circa 45 milionesimi di secondo al giorno. 
 
L'effetto netto è che gli orologi dei satelliti “sono in anticipo” di circa 38 microsecondi al giorno, rispetto a orologi identici sulla Terra. Un tempo impercettibile ma, se non fosse corretto, porterebbe ad un errore di chilometri e renderebbe praticamente impossibile trovare la nostra destinazione. 
 
La prossima volta che usate il vostro navigatore satellitare pensate a Einstein e a come la conoscenza, anche la più astratta, possa un giorno cambiare la nostra vita quotidiana. 
E’ questo il grande fascino e, allo stesso tempo, il grande valore della ricerca scientifica.  
 

 

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