Un computer grande come il mondo

Quando i fisici hanno iniziato a pensare gli esperimenti di LHC, il più grande acceleratore di particelle del mondo (peraltro in procinto di essere riavviato per la seconda fase di presa dati), si sono resi rapidamente conto che avrebbero avuto bisogno di una potenza di calcolo enorme per gestire tutti i dati che sarebbero stati acquisiti dagli esperimenti. Per avere un’idea di quanti dati vengono prodotti, proviamo a dare qualche numero. Un disco fisso di un computer che possiamo comprare oggi ha una capacità di qualche centinaio di GigaByte (GB), fino a mille (un TeraByte, TB) o duemila, se si va su un prodotto di alto profilo. Nel solo 2010, i quattro esperimenti di LHC hanno prodotto oltre 13000 TB (13 Petabyte, PB) di dati. Se pensiamo in termini di DVD, si tratta di quasi tre milioni di film ad alta definizione! Dopo essere stati raccolti e scritti da qualche parte, poi questi dati devono anche essere analizzati e trasformati in qualcosa di utilizzabile per i ricercatori: questo richiede che, oltre ai dischi, ci siano anche un enorme numero di calcolatori che ricostruiscono, filtrano e riordinano gli eventi.

I computer che vengono utilizzati per questo task sono di solito server molto potenti, con processori con molti core (una configurazione molto comune è avere due processori con 8 core ciascuno e 2 GB di RAM per core), in grado di girare un job per core simultaneamente: ciononostante, le richieste della comunità scientifica sono così grandi, milioni di job al giorno, che un solo centro calcolo che contenesse tutte le risorse necessarie sarebbe impensabile. Per questo, già nel 1999, al CERN si resero conto che sarebbe stato necessario costruire un sistema di calcolo distribuito in diverse sedi in giro per il mondo. Nacque così la Grid, un progetto di calcolo distribuito estremamente ambizioso. I dati vengono prodotti al CERN, dagli esperimenti di LHC, e trasferiti con fibre ottiche ad un primo centro di elaborazione dati, ospitato internamente al laboratorio. Questo primo centro viene chiamato Tier0.

Alcuni dei rack che ospitano i dischi del Tier0 del CERN (foto CERN)

Alcuni dei rack che ospitano i dischi del Tier0 del CERN (foto CERN)

Ad oggi, il Tier0 occupa 1450 metri quadrati e può contare su 3.5MW di potenza elettrica: ciononostante, con i suoi oltre 50PB di capacità di archiviazione su disco (oltre ad altri 90PB su nastro) e i suoi circa 100000 core, la sua potenza di calcolo è solo circa il 20% del totale della Grid. Il Tier0 è collegato con una linea dedicata ad un secondo centro di calcolo “gemello”, chiamato Wigner, a Budapest. Grazie alla tecnologia cloud, Wigner è in tutto e per tutto un’estensione del Tier0, che fornisce altri 20000 core e 6PB di spazio disco. Da questo centro, partono delle altre connessioni a 10Gb/s verso 13 paesi, dove sono ospitati i centri di secondo livello, chiamati Tier1. In Italia, il Tier1 è ospitato a Bologna in una struttura dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, il CNAF. Al CNAF abbiamo circa 15000 core e 16PB di spazio disco. L’infrastruttura Grid italiana è completata da una ventina di centri più piccoli, chiamati Tier2 e Tier3. Analogamente, in altri 35 paesi ci sono strutture analoghe, per un totale di oltre 150 centri.

Ma per uno scienziato che ha bisogno di accedere a queste risorse che cosa significa tutto questo? Lo scopo principale della Grid è proprio quello di creare un solo ambiente per l’utente: ogni ricercatore, ovunque si trovi, può collegarsi con il suo computer ad un front-end e “sottomettere un job”. Questo significa, sostanzialmente, richiedere che un certo programma venga fatto girare su un certo set di dati, con determinati requisiti sul tipo di computer, sulla RAM eccetera, e che i risultati vengano messi a disposizione dell’utente. L’utente non sa né dove si trovano i dati né dove si trova il computer che eseguirà le operazioni: il sistema sa dove ci sono risorse disponibili e calcola un modo per avere nello stesso sito dati, software e un computer su cui farlo girare, minimizzando il tempo per gli eventuali trasferimenti di dati, e fa eseguire il job. Nel giro di qualche ora, il ricercatore riceve una notifica su dove andare a prendere i suoi risultati, continuando ad ignorare da dove vengano.

Il traffco della Grid in tempo reale su GoogleMaps: oltre 200000 job in contemporanea e 11GB/s di traffico complessivo

Il traffco della Grid in tempo reale su GoogleMaps: oltre 200000 job in contemporanea e 11GB/s di traffico complessivo

Tutto questo succede oltre due milioni di volte al giorno e molto spesso dal CERN escono dati ad una velocità di 10GB/s, sufficienti a trasmettere due DVD in un secondo: LHC è pronto a ripartire, la Worldwide LHC Computing Grid non si ferma mai.

Scientificast #66 – Protesi di complotto rivelato

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11087524_10153171949399583_304128223_oUna puntata da brividi. Coincidenze numerologiche come se non ci fosse un domani, piogge di orsetti gommosi, strani rumori nella notte e il recapito di una misteriosa busta fanno da contorno ad una delle puntate più angoscianti della storia di Scientificast. Siete pronti?

Iniziamo con uno speciale reportage da Famelab 2015, fase eliminatoria genovese. Giuliano e Ilaria hanno magistralmente presentato questa edizione e hanno raccolto per noi le voci dei vincitori e degli organizzatori del contest di comunicazione scientifica.

Torna la “Scienza in Padella”, oggi parliamo di fornelli ad induzione. Come funzionano? Sono sicuri? Il grande ritorno di Silvia  ci permetterà di dare risposta alle vostre domande.

Infine, ecco la parte clou di questa puntata: abbiamo intervistato colui che si cela dietro i maggiori complotti del pianeta. Timmo, Bakko, o come diavolo si chiama. In collegamento dalla sede NWO di Cassina De Pecchi abbiamo Protesi di Complotto. Non ci dormirete la notte…

>> SCARICA L’EPISODIO 66 <<

credits music: Mystery & Adventure theme by tyops (CC: by)

Primavera, tempo di allergie

Foto0194È iniziata la primavera, la natura si risveglia ed è tutta un’esplosione di germogli e fiori, e insieme alla fioritura tornano i pollini, tormento di tutte le persone allergiche. L’Istituto Superiore di Sanità stima che in Italia circa il 20% della popolazione soffra di disturbi allergici dovuti ai pollini e il trend è in crescita. Questo tipo di allergia è causato dalla reazione del sistema immunitario umano al contatto con il polline delle piante, infatti il nostro sistema di difesa, riconosce il polline come “agente esterno” e reagisce producendo anticorpi (IgE). Sono appunto gli anticorpi che causano l’irritazione delle mucose con starnuti e lacrimazione. Ancora una volta possiamo vedere come una reazione spropositata del nostro sistema immunitario sia la causa di un qualche malessere.

La stagione dei pollini è molto ampia, va da febbaio a luglio e comprende un ampio spettro di allergeni: si va dalle Betullacee e Cipressacee (periodo febbraio-aprile) che sono le prime a fiorire, alle Graminacee e Composite (periodo giugno-settebbre), fino ad arrivare alle Parietarie che arrivano fino all’autunno (periodo marzo-ottobre). Le allergie più comuni sono quelle alle Graminacee e Composite, anche se non è raro trovare persone allergiche alle Parietarie con sintomi che vanno dal comune starnuto all’asma.

Uno dei consigli è quello di limitare l’eposizione ai pollini, quindi, spiace dirlo, ma meno si va in giro per prati e meglio è. Esiste un centro di monitoraggio pollini, a cura dell’Associazione Italiana di Aerobiologia, nato per venire incontro alle persone allergiche e rilascia settimanalmente un bollettino pollinico che fa il punto della situazione dei pollini sul territorio nazionale. Il bollettino è consultabile anche su smartphone con l’apposita app.

Un altro aiuto a chi soffre di allergie da pollini viene dalla medicina. Esiste tutta una gamma di farmaci da banco utili ad alleviare i sintomi allergici. Naturalmente intervenire sul sintomo non significa eliminarne la causa. Tra l’altro questo tipo di farmaci, a lungo andare, crea assuefazione e la loro efficacia diminuisce. Da un po’ di tempo a questa parte hanno fatto la comparsa anche dei trattamenti contro le allergie: si tratta di una somministrazione dell’allergene per via sottocutanea o sublinguale, così da abituare l’organismo ai pollini. Il reparto di allergologia dell’ospedale Bambino Gesù di Roma è all’avanguardia nel trattamento delle allergie, dalla diagnosi alla terapia. Come dire, le eccellenze sanitarie in Italia non mancano.

Nella maggior parte dei casi, comunque, non si ha bisogno di trattamenti: bisogna portare un po’ di pazienza e magari, per farsi una bella passeggiata primaverile, uscire all’aria aperta subito dopo un acquazzone.

 

Eclissi e croci di Einstein

No, non stiamo per affrontare il tema della spiritualità di Albert Einstein, in generale non pensiamo che la fede di uno scienziato abbia molto a che fare con il suo genio: le croci di Einstein sono, invece, una spettacolare dimostrazione della validità della teoria della relatività generale.

La relatività generale non è un argomento semplice da mettere in un post: cercheremo qui di vederne un aspetto fondamentale e di capire come facciamo a “vederlo” nell’Universo intorno a noi. L’idea di fondo di Einstein, pubblicata quasi 100 anni fa, tra il 1915 e il 1916, è che la massa e la gravità hanno un legame particolarmente profondo con la geometria dello spazio-tempo che le circonda. Questo vuol dire che due corpi dotati di massa non interagiscono tra di loro scambiandosi qualcosa, con lo spazio-tempo che fa da sfondo a questa interazione, ma che interagendo con lo spazio-tempo lo modellano e risentono l’uno dell’effetto dell’altro.

La gravità è la forza fondamentale della natura che abbiamo iniziato a studiare per prima, con le famose riflessioni di Newton sotto l’albero di mele, ma è anche quella che, ad oggi, descriviamo con più difficoltà. La teoria della relatività generale descrive lo spazio-tempo come un qualcosa di “fluido”, che si deforma in presenza di distribuzioni di massa o di energia: per questo, la definizione di sistema inerziale che si insegna a scuola (in un sistema inerziale, un corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme se non è soggetto a forze esterne) va modificata per tener conto del fatto che l’Universo non può essere euclideo. Un sistema inerziale è quindi quello di un corpo “liberamente cadente”, cioè che cade senza deviare dalla traiettoria che gli compete essendo soggetto alle sole forze gravitazionali prodotte dai corpi che lo circondano. Queste traiettorie, stando in uno spazio tempo curvo, non saranno in generale segmenti di retta, ma curve caratterizzate dal fatto di collegare due punti con la distanza spaziotemporale minima (questo concetto è un po’ più complicato di così, per come le distanze spaziotemporali sono calcolate, ma per questo scopo la definizione di “cammino più breve” è sufficientemente accurata e semplice da essere utilizzabile).

Come è possibile osservare l’effetto di questa curvatura? Nel 1919, il fisico e astronomo Arthur Eddington si recò alla Isola di Principe, nel Golfo di Guinea, per osservare una eclissi di Sole. Non era l’eclissi in se stessa ad interessarlo, ma le stelle che sarebbero state visibili in prossimità del disco solare: se la teoria di Einstein fosse stata giusta, infatti, i raggi di luce emessi dalle stelle lontane non avrebbero seguito una linea retta, ma una geodetica, apparendo ad una distanza angolare maggiore rispetto a quello che si osserva normalmente di notte, quando il Sole è in un’altra posizione nel cielo.

Una delle immagini originali di Arthur Eddington dell'eclissi del 1919

Una delle immagini originali di Arthur Eddington dell’eclissi del 1919

Le osservazioni di Eddington confermarono l’ipotesi di Einstein: veramente la luce risente della presenza di un campo gravitazionale! Essendo i fotoni, i quanti di luce, privi di massa, questo non era per niente ovvio… e anche l’idea che una massa potesse deformare lo spazio-tempo non lo è, ma è proprio questo il modo migliore che abbiamo per descrivere la realtà che ci circonda. Negli anni, molte altre osservazioni hanno confermato la teoria della relatività generale: in particolare, un effetto simile a quello osservato da Eddington è rappresentato dalle cosiddette croci di Einstein. Quando osserviamo le galassie più lontane, può succedere che ce ne siano due allineate, a distanze molto diverse. La più vicina funge da “lente gravitazionale” per la più lontana, di cui appaiono una o più repliche deformate: in alcuni casi, si osservano quattro repliche molto simili, come se fossero ai vertici di una croce. In altri casi, l’immagine della galassie più lontana appare come un cerchio intorno alla più vicina, allora più propriamente si parla di “anelli di Einstein”, comunque uno spettacolo entusiasmante.

Alcuni esempi di "cerchi di Einstein" in immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble

Alcuni esempi di “anelli di Einstein” in immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble

Il 20 marzo 2015 un’eclissi di Sole interesserà tutta Europa, anche se la fascia di totalità passerà solo sulle isole Fær Øer e sulle isole Svalbard: in Italia la copertura del disco solare sarà del 50/70%, a seconda della latitudine, e il massimo dell’eclissi si verificherà intorno alle 10:30. Per osservare un’eclissi, ricordiamo di usare tutte le protezioni del caso, occhiali da saldatore ad alta protezione (DIN 13 o 14), filtri fotografici opportuni (una riduzione di un fattore 100000 della luce che arriva all’occhio non deve spaventare, ma rassicurare, si veda ad esempio qui), occhiali in mylar alluminato. Fissare il Sole senza protezioni, soprattutto con un binocolo o attraverso un obiettivo fotografico, può provocare danni anche molto gravi ai nostri occhi, lo spettacolo sarà sicuramente grandioso, ma godiamocelo nel modo giusto!

Mappa della visibilità dell'eclissi solare del 20 marzo 2015

Mappa della visibilità dell’eclissi solare del 20 marzo 2015

Frutta e verdura di stagione: marzo

Con il mese di marzo, finalmente, inizia il ciclo vegetativo del nuovo anno e le nostre tavole possono arricchirsi nuovamente, dopo il periodo invernale. Soprattutto per quello che riguarda le verdure, il risveglio delle piante pluriennali rappresenta il maggior contributo ai nuovi arrivi sui banchi dei mercati.

La stagione dei cavoli, colture impiantate nell’autunno precedente che arrivano a maturità nella primavera successiva, sta finendo: abbiamo ancora qualche varietà di cavolo nero e di cavolfiore. Di fatto, del cavolfiore e del broccolo, mangiamo l’infiorescenza prima della fioritura: per questo possiamo consumarli nei mesi invernali, in effetti ne blocchiamo la vegetazione ben prima che sia completa. Se lo lasciassimo fiorire, perderebbe la sua compattezza, diventerebbe più fibroso e sarebbe sostanzialmente immangiabile.

Il carciofo, che è apparso come primizia in febbraio, è ora nel pieno della produzione. La parte commestibile è il capolino che protegge l’infiorescenza della pianta, cioè noi lo raccogliamo prima che il fiore si sviluppi. Per questo possiamo mangiarlo così presto, prima della primavera: di fatto, mangiamo il bocciolo prima ancora che sia pienamente sviluppato… e questo nonostante la pianta abbia sviluppato le spine per proteggerlo! L’Italia produce circa il 30% di tutti i carciofi del mondo, in diverse regioni (primariamente Sicilia, Sardegna e Puglia, ma anche altrove) e in diverse varietà, dal romanesco tondo e senza spine al violetto di Albenga, conico e spinoso. Il suo ruolo nella cucina tradizionale è molto vario e ampio e ha una presenza notevole nei menù pasquali, sia nella variante “ebraica” del carciofo alla giudia che in quella “cristiana” ligure della torta pasqualina, in cui ai carciofi si aggiunge la cagliata e le uova, simbolo pasquale per eccellenza.

Un carciofo alla Giudia, tipico della tradizione romana (immagine da wikipedia).

Un carciofo alla Giudia, tipico della tradizione romana (immagine da wikipedia).

I carciofi hanno un ruolo notevole non solo in cucina, ma anche in farmacia e nell’industria alimentare. Dal punto di vista medico, il carciofo contiene un polifenolo chiamato cinarina, del quale si conoscono diversi effetti sull’organismo. La cinarina è digestiva e disintossicante, favorendo la produzione di bile e il corretto funzionamento del fegato. Un uso forse meno noto, ma altrettanto importante, del carciofo è nella produzione di formaggi: dal fiore si estrae un enzima, la chimosina, che ha il potere di digerire la caseina. Per questo, insieme al cardo (che dal punto di vista biologico gli è molto affine), il carciofo viene usato come caglio vegetale nella produzione di alcuni formaggi, in particolare di latte ovino. In generale, un formaggio prodotto con questo caglio vegetale ha un sapore leggermente amarognolo e non ha la piccantezza tipica dei formaggi prodotti con caglio ovino.

In serra e nelle regioni più calde iniziano, verso la fine del mese, ad essere prodotti anche altri ortaggi, come ad esempio asparagi, cipolline e ravanelli: questi saranno i protagonisti dei prossimi mesi, per ora possiamo soltanto parlare di primizie.

Il bergamotto in una illustrazione della fine del XIX secolo.

Il bergamotto in una illustrazione della fine del XIX secolo.

Per quel che riguarda la frutta, dovremo ancora aspettare qualche settimana, prima di dire addio al menù invernale, monopolizzato dagli agrumi. Arance e mandarini sono ancora quanto di meglio ci propone il mercato, mentre alcuni altri agrumi non appaiono mai sulle nostre tavole come frutta, ma tutti li conosciamo. Un esempio lampante, che nel mese di marzo vede la raccolta dei frutti della seconda fioritura, è il bergamotto. Il bergamotto è un agrume simile ad una piccola arancia amara, dal colore giallo simile a quello del pompelmo: la sua caratteristica principale è la buccia ricchissima di oli essenziali molto profumati, che vengono utilizzati sia in gastronomia che in cosmesi. L’essenza di bergamotto è molto presente in profumi e dopobarba, ad esempio, ma è soprattutto ciò che caratterizza il tè Earl Grey, una delle forme più comuni ed apprezzate del tè. Il bergamotto è molto coltivato in Calabria, dove viene utilizzato per produrre un liquore, il Bergamino, in modo simile al più famoso Limoncello: il Bergamino, nonostante sia molto meno famoso, ha ricevuto il riconoscimento di Prodotto Agroalimentare Tradizionale dal Ministero delle Politiche Agricole, a testimoniarne la tipicità e l’interesse che può suscitare.

3 domande dei bimbi sul cielo … e 3 risposte “alla Piero Angela”

Ogni giorno veniamo sottoposte dai pargoli a un’immane gragnola di domande: 288 secondo uno studio inglese, con una media di 23 all’ora, una domanda in più delle 22 cui deve rispondere il premier David Cameron durante il question-time. Con la differenza che le domande per Cameron vertono presumibilmente su politica ed economia, mentre quelle dei bambini toccano anche storia, scienza, arte, filosofia e religione.

Scriveva così Lia Celi sul blog “27ora” di Corriere.it  qualche tempo fa, e a buon diritto, oserei dire.

Se non siete mai stati assaliti dalle domande di uno o più bambini, beh congratulazioni, vi invidio sinceramente. Questo articolo sarà per voi solo una lettura curiosa.

Se invece siete genitori, educatori, insegnanti o qualunque altra cosa che vi renda vittima di vere e proprie aggressioni incontrollate di “perché?”, allora questo articolo è per voi.

Di seguito ho provato a pensare a quali fossero le tre domande scientifiche che potessero incuriosire di più un bambino. Inizialmente mi sono basato sulla mia esperienza, ma poi ho ritenuto che quando Sofia, di 7 anni, mi aveva chiesto di spiegarle la struttura del nucleo atomico e i principali decadimenti radioattivi, si trattasse di una felice (ma destabilizzante!) eccezione alla regola.

Allora ho deciso di partire dalle domande che facevo io a mio padre in giovine età. Ho ristretto il campo alle esperienze sensoriali e alla quotidianità, e ho alzato gli occhi al cielo. Perché è la cosa che più affascina grandi e piccini.

Dal cesto ho estratto le tre domande più semplici da porre ma che, se trattate con precisione, possono diventare tra le più difficili a cui rispondere.

Potrete porre voi i quesiti ai vostri pargoli per stimolare la loro curiosità e il loro spirito critico, o aspettare che siano loro a chiedere; e fare così modesto sfoggio della vostra onniscienza di adulto!

 

 

1-Che cos’è l’arcobaleno? Come si forma?

Tante sono le leggende sulla formazione dell’arcobaleno (arco + baleno, cioè l’arco che compare dopo i lampi): da quella biblica contenuta nella Genesi, che vuole l’arcobaleno come segno di Alleanza tra Dio e Noè dopo il diluvio universale, a svariate leggende orientali che vedono l’arcobaleno come una porta per accedere al paradiso.

 

Questo fenomeno così colorato e sublime però, non è esattamente la cosa più semplice da spiegare.

Il primo ad avanzare una teoria sulla sua formazione fu il monaco  tedesco Teodorico di Freiberg. Egli fu il primo a dimostrare come la formazione di questo evento sia legato a processi di rifrazione, riflessione e dispersione della luce nelle gocce d’acqua. Per verificare quanto ipotizzato, egli riempì grosse bocce di vetro di acqua, come modello di una goccia gigante, per esaminarne il comportamento dell’interazione con la luce.

 

Nel XVII secolo, lo scienziato e arcivescovo De Dominis e successivamente Cartesio, ripresero gli studi di Teodorico e ne definirono meglio il meccanismo di formazione.

 

Ciò che accade è schematizzato in Figura 1.

"Rainbow1". Con licenza CC BY-SA 3.0 tramite Wikimedia Commons

“Rainbow1″. Con licenza CC BY-SA 3.0 tramite Wikimedia Commons

 

 

 

 

 

 

 

 

La luce incide sulla goccia di acqua e si scompone in una parte riflessa ed una trasmessa (o rifratta) verso l’interno.

Una volta nella goccia, la luce “rimbalza” internamente per riflessione, fuoriuscendo scomposta in diversi colori per dispersione.

Storicamente però bisognerà aspettare Newton per cominciare a considerare l’idea che la luce bianca venga scomposta in colori. Fino ad allora si credeva più ad una sorta di “trasmutazione” della luce nelle varie tinte a causa dell’urto.

 

Inoltre, affinché si verifichi tale fenomeno, il raggio di incidenza deve arrivare secondo un parametro ottimale e il raggio di uscita complessivo dei colori deve avere un angolo medio di circa 42° rispetto alla linea di vista dell’osservatore che, pertanto, deve avere necessariamente il sole alle spalle.

 

Piccola curiosità: i 7 colori dell’arcobaleno sono 6! Non è una barzelletta, giuro. A combinare il fattaccio fu Newton che, da buon esteta e ricercatore della perfezione, introdusse l’indaco tra il viola e il blu.

Pertanto gli unici colori in cui viene scomposta la luce sono (dall’esterno all’interno dell’arco): rosso, arancione, giallo, verde, blu e violetto.

 

Il fatto che Newton avesse intravisto l’indaco, probabilmente è da ricollegare a questioni  di simbolismi vari: 7 è il numero perfetto nella Bibbia, è il numero delle note musicali, ma è anche un numero importante nell’alchimia (scienza alla quale Newton si dedicò durante gli ultimi anni della sua vita).

La luce, quindi, non poteva far altro che esprimere la sua “armonia spirituale” con il resto del creato.

(http://arcobaleno.wikispaces.com/Lezione+3+-+La+fisica+dell%27arcobaleno)

 

2-Perché il cielo è blu?

Per spiegare le tinte azzurre del cielo dobbiamo far riferimento ad un altro fenomeno ottico: quello della diffusione.

Quando un raggio luminoso entra nell’atmosfera terrestre impatta o, per utilizzare un termine fisico, scattera (dall’inglese scatter – spargimento) contro le particelle costituenti l’aria (azoto, ossigeno ecc …) e, seguendo il modello introdotto da Lord Rayleigh, rimbalza via con una lunghezza d’onda diversa da quella che aveva in partenza.

Proviamo a trattare la questione con un po’ più di pignoleria e in modo leggermente più complicato.

Alla luce, come a qualunque fascio elettromagnetico di particelle, è associato un campo elettrico che porta gli atomi contro i quali scattera ad oscillare secondo un modello classico di oscillatore armonico.

Ne deriva la formazione di un dipolo elettrico parallelo all’onda incidente che ha potenza inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d’onda.

In parole semplici, possiamo immaginare la particella come una pallina da tennis che si trasforma in una piccola palla da Rugby e comincia a saltellare sulle due punte. Più velocemente rimbalza più è piccola la lunghezza d’onda (Figura 2) associata.

 

Facendo dei calcoli “allucinogeni” viene fuori che la diffusione del colore blu/violetto avviene circa 7 volte di più rispetto alla componente rossastra.

Ovviamente la tinta del blu dipende anche dall’angolo di osservazione e dall’intensità del fascio di luce nell’atmosfera. È questo il motivo per cui il cielo non appare blu ovunque allo stesso modo.

Guardando il cielo in prossimità del sole a mezzo giorno (evitate di farlo, per favore!) il colore tenderà ad essere giallastro/biancastro. Allo stesso modo, e proprio a causa dell’assenza di atmosfera, Samanta Cristoforetti vede il cielo nero nello spazio.

 

A questo punto domande come: perché al crepuscolo il cielo appare rossastro?  e perché quando piove il cielo è grigiastro?, sono facilmente intuibili.

 

Figura 2

Figura 2

 

 

3-Perché, se ci sono tante stelle luminose, il cielo notturno è così nero?

La questione, tutt’altro che banale, è meglio conosciuta con il nome di “paradosso di Olbers”, dal nome del fisico che nel 1826 provò a dare una soluzione al problema.

 

Il paradosso sorge nel momento in cui calcoliamo la luminosità complessiva di tutte le stelle nel cielo di tutte le galassie. Il risultato ci fornisce un valore, visto dalla Terra, maggiore della luminosità complessiva del sole. Questo vorrebbe dire che di notte … dovrebbe esserci più luce che di giorno!

L’interpretazione di Olbers era legata all’assorbimento luminoso da parte delle polveri interstellari. Purtroppo la risposta non è così semplice e bisogna aspettare il 1929 e le teorie cosmologiche avanzate da Edwin Hubble per avere una giustificazione legittima.

 

La prima spiegazione è legata all’assunzione di un universo in  continua espansione: le stelle e le galassie si allontanano le une dalle altre e, quindi, anche da noi (come se fossimo tanti puntini disegnati sulla superficie di un palloncino che si gonfia). Ciò provoca una riduzione della luce che riceviamo per effetto Doppler (lo stesso effetto che porta alla riduzione del suono della sirena di un’ambulanza che ci passa accanto sfrecciando).

 

Con la luce il fenomeno è analogo e gli astrofisici chiamano questo effetto con il nome di red shift gravitazionale. Quello che si verifica è riassunto in figura 3. Una sorgente luminosa che si allontana da noi viene registrata con una lunghezza d’onda maggiore, e quindi con uno spostamento (shift) verso il rosso (red). Le stelle più lontane risentono maggiormente di questo fenomeno emettendo luce nella zona infrarossa o delle microonde, che i nostri occhi non sono in grado di percepire.

Figura 3: Il cielo stellato in West Virginia non è più luminoso di quello ad Abbiategrasso (MI). Colpa del Paradosso di Olbers!

Figura 3: Il cielo stellato in West Virginia non è più luminoso di quello ad Abbiategrasso (MI). Colpa del Paradosso di Olbers!

 

Il secondo motivo tira in ballo la relatività di Einstein e, in particolare, il concetto della dilatazione dei tempi. Per farla semplice prendiamo due amici, Pino e Pina, entrambi con un bel Rolex da polso. Pino resta seduto a casa a poltrire, mentre Pina va a correre ad una velocità prossima alla velocità della luce (altro che Bolt!).

Pino guarda il suo orologio e vede Pina tornare, ad esempio, dopo 30 minuti; mentre Pina ha cronometrato, diciamo, 20 minuti di corsa.

Questo perché chi resta a casa a poltrire ha i ticchettii dell’orologio “più lenti” rispetto a chi si muove.

Nel nostro caso, la luce ha bisogno di tempo per arrivare ad illuminare la nostra superficie terrestre.

Avendo assunto che le stelle tendono ad allontanarsi da noi, il nostro pianeta (che da ora in poi potrete liberamente chiamare signor Pino) riceverà luce durante un intervallo di tempo maggiore rispetto al tempo misurato nella stella (o signorina Pina), o nella galassia di appartenenza delle sorgenti luminose. Alterando così la quantità di luce ricevuta sulla Terra.

 

 

Ormai è chiaro, la strategia consigliata è: stendete i bambini con una risposta scientificamente accurata ma non troppo matematica e poi vediamo se continuano imperterriti a chiedere “why?”.

E se lo fanno …  rassegnatevi, da grandi saranno scienziati!

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