Curiosità nella Fisica


   4. La luce cinerea e il movimento dei corpi celesti

   Avete osservato qualche volta la Luna al primo quarto? Una sottile falce luminosissima, e accanto il resto del disco fortemente ombreggiato, ma visibile. E' uno spettacolo strano, per molti inspiegabile.

   La Luna, corpo opaco come tutti i pianeti e i satelliti del Sistema solare, diventa visibile nel cielo solo perché è illuminata dal Sole. La parte del satellite che non è colpita dai raggi solari, dovrebbe scomparire alla nostra vista, e rimanere completamente buia e invisibile. Nel caso del quarto di Luna, noi vediamo una parte dell'emisfero illuminato - c'è sempre, in ogni momento, un emisfero lunare completamente illuminato - mentre il resto dell'emisfero colpito dai raggi del sole è nascosto alla nostra vista, è dall'altra parte.

   Allora, perché mai dovremmo scorgere, anche se soltanto come un'ombra leggera, la parte di emisfero lunare immersa nel completo buio siderale?

   La risposta a questa domanda è: a causa della "Terra piena".

   Infatti, come la Luna è ben visibile dal nostro pianeta, così la Terra è ben visibile dalla Luna. Anzi appare molto più grande e luminosa di quanto il disco lunare appaia a noi terrestri. Talvolta la Terra, vista dalla Luna, è tutta illuminata, perché la Luna ha il sole "alle spalle", e da lì si puo' osservare l'emisfero illuminato del nostro pianeta in modo completo. Talvolta, invece, la Luna si trova di lato, su uno dei vertici di un triangolo con Sole e Terra, e dal suolo lunare si vede, nel cielo stellato, un quarto di Terra.

   Se poi la Luna si trova nella fase "piena", e si trova al di là della Terra rispetto al Sole, ecco che della Terra un eventuale "lunatico" vedrebbe solo l'emisfero oscuro, immerso nella notte e circondato dalla sottile atmosfera luminosa, e disposto accanto al disco sfolgorante del Sole. E punteggiato dalle luci delle grandi metropoli, e forse con i bagliori della luna piena riflessa dagli oceani terrestri.

   Durante le eclissi totali di Luna, quando la Terra intercetta i raggi solari, e impedisce loro di arrivare sulla superficie del satellite, dovremmo parimenti non poter osservare il globo della Luna. Invece, come molti ricordano, si vede, scuro e rossastro, ma si riesce a vedere. Il motivo è proprio l'anello di atmosfera luminosa che circonda come un'aureola la Terra vista dalla Luna, e che lascia passare, dopo averli piegati, "rifratti", i raggi solari, che alla fine arrivano al nostro satellite.

   Ma torniamo alla Terra vista interamente illuminata, e proprio quando la Luna si trova fra il Sole e noi, più precisamente un po' spostata, in modo che possiamo scorgere un'esilissima falce lunare.

   Questa "Terra piena", luminosissima, riesce a schiarire un poco le desolate pianure e i freddi picchi e crateri del nostro satellite, rendendoli lievemente luminosi! Quella luce debolissima, che ci fa scorgere la superficie lunare che dovrebbe essere nera come la pece, in realtà proviene dal pianeta su cui viviamo. La Terra riflette la sua potente luce che le proviene dalla nostra stella; e la Luna ce la rimanda indietro, attenuata, ma bastevole per scorgere l'emisfero buio. Un gioco di ping pong.

   Questa luce è detta dagli astronomi "luce cinerea", proprio perchè è grigiastra come la cenere.

   Già che siamo in argomento lunare, è bene aggiungere un particolare pochissimo noto. Siccome la Luna, girando attorno al nostro pianeta, ruota contemporaneamente su se stessa, nello stesso senso del moto di rivoluzione, e nel medesimo tempo, abbiamo la conseguenza, a tutti nota, che il nostro satellite volge verso di noi sempre e solo la medesima faccia, o meglio il medesimo emisfero. Ecco perché nessuno aveva mai visto com'era fatto l'emisfero invisibile, e solo nel 1959 una sonda sovietica riuscì per la prima volta a circumnavigare la Luna, e mandarci una foto, pessima e approssimativa, dell'emisfero a noi ignoto.

   Ma ecco il particolare poco noto; appunto per il fatto che la Luna ci volge sempre la stessa faccia, un osservatore posto su Selene vedrebbe, dal posto in cui si trova, la Terra immobile nel cielo lunare - che è buio e stellato anche se è giorno, dato che non esiste l'atmosfera.

   La Terra, in altre parole, non sorgerebbe nè tramonterebbe mai, ma rimarrebbe incastonata, per così dire, nel firmamento. Sempre nel medesimo posto. Con le stelle che, piano piano, le passano dietro, giorno dopo giorno; e apparendoci alle volte piena, alle volte a metà, e altre volte completamente buia. Se l'osservatore, invece, si sposta di molto sul terreno lunare, anche la Terra va spostandosi nel cielo, ed è osservabile in un'altra posizione dal luogo che il viaggiatore raggiunge, per fermarsi e soggiornare.

   Per cui, se un giorno ormai non lontano, si costruisse un'abitazione, una stazione scientifica su di una pianura lunare, essa certamente avrebbe un salone con una finestra circolare, con la vista perenne sulla nostra vecchia, cara Terra, sempre lì, visibile nell'oblò dai vetri spessissimi, mentre ruota su se stessa lentamente, e che passa dalle sue varie fasi nel corso di 29 giorni circa.

   La "finestra sulla Terra".


   5. I satelliti artificiali geostazionari

   Si sente parlare spesso di satelliti geostazionari. Sono quelli che trasmettono programmi televisivi, e verso cui sono dirette le migliaia di antenne paraboliche visibili sui balconi e sui tetti delle nostre case.

   Vediamoli un po' più da vicino, perché sono interessantissimi.

   Innanzitutto, come funzionano i satelliti artificiali, considerandone tutti i tipi? Essi funzionano proprio come i satelliti naturali, che ruotano da milioni di anni attorno ai pianeti del Sistema Solare. Non attorno a tutti i pianeti, perché i più vicini al Sole, Mercurio e Venere, ne sono privi.

   Il concetto è abbastanza semplice, e ce lo ha insegnato l'osservazione della natura.

   Un corpo che si trova ad una certa altezza sulla superficie della Terra, se abbandonato a se stesso, precipita verso il basso, e finisce con lo schiantarsi al suolo. Questo, perché, come noto, è sottoposto alla gravità terrestre, "ha un peso". Se fosse tenuto da una gigantesca mano, lassù in alto, non cadrebbe, ma rimarrebbe fermo dove si trova. Ebbene, la gigantesca mano è proprio la forza centrifuga, ottenuta facendo ruotare velocemente il corpo attorno al nostro pianeta. Si puo' calcolare facilmente il peso di una capsula spaziale all'altezza di 150 km. dalla superficie. Si calcola poi la velocità orbitale che bisogna imprimere alla capsula per ottenere, esattamente, una forza centrifuga pari in valore al peso dell'oggetto a quella quota.

   Il gioco è fatto. Imprimendole quella velocità, dopo averla portata con un vettore all'altezza desiderata, la capsula si mette a girare attorno alla Terra per sempre, attratta verso il basso da una forza X e attratta verso l'alto da una forza Y, uguali fra loro come valore. Basta che non rallenti o addirittura si fermi.

   La Luna gira attorno alla Terra, da milioni e milioni di anni, proprio grazie a questo principio.

   La grande maggioranza dei satelliti artificiali ruota attorno al nostro pianeta a una distanza piccola, se paragonata al diametro terrestre: 100-200 km. Ricordiamo che il diametro nella nostra Terra è superiore a 12.700 km. E' come se ruotassero ad una distanza che ha uno spessore come la buccia di una mela, rispetto a tutto il frutto. La buccia misura circa mezzo millimetro.

   Beninteso, fuori dall'atmosfera, se no la resistenza che l'aria oppone al moto veloce li farebbero cadere e bruciare in pochi minuti.

   Vicino al suolo, i satelliti pesano molto di più che quando sono lontani migliaia di km. Perciò bisogna imprimere loro una velocità molto alta, per fare in modo che la risultante forza centrifuga abbia una grandezza uguale al loro peso. Perciò questi satelliti ruotano attorno alla Terra compiendo un intero giro in un'ora e mezzo, o poco più.

   Anche lo storico Sputnik sovietico, lanciato, primo nella storia dell'Uomo, il 4 ottobre del 1957, compieva un giro intero in novanta minuti.

   Così stando le cose, ogni satellite continua a girare indefinitamente, finché la minima resistenza delle molecole di aria vaganti nello spazio pressocché vuoto, o il pulviscolo cosmico, o addirittura lo scontro con piccoli meteoriti, non ne alteri irrimediabilmente l'orbita, buttando all'aria tutti i precisi calcoli. Il satellite finisce per cadere sul suolo, disintegrandosi nell'atmosfera. Solo i più grandi, com'è successo negli ultimi decenni, giungono a terra sotto forma di grossi rottami bruciacchiati, e potrebbero anche causare danni rilevanti e numerose vittime, se piombassero su centri abitati.

   Questi satelliti, che passano velocemente sulle nostre teste, e talvolta, se sono grandi, si rendono visibili al tramonto - illuminati ancora dal sole mentre da noi è scesa la notte - non sono per niente adatti a ricevere segnali radio o tv, per rilanciarli ad altre stazioni lontane. Innanzitutto per la loro esigua altezza, che potrebbe permettere di coprire solo scarse porzioni di territorio. E poi, perché dovrebbero essere seguiti, al loro rapido passaggio, da parabole semoventi, che ne dovrebbero seguire gli spostamenti in cielo, e che presto, nel giro di pochi minuti, perderebbero il contatto, poiché il satellite è scomparso verso est. Ruotano infatti tutti come la Terra, da ovest verso est.

   Allora si è pensato di lanciare altri satelliti ad altezze moltissimo superiori, in modo che la loro visuale abbracci quasi un emisfero terrestre, e che il loro movimento sia lento e facilmente collegabile alle antenne.

   Il grande scrittore Arthur C. Clarke, che vive, vecchissimo, nello Sri Lanka, ha ideato, fin dagli anni Cinquanta, un ingegnoso meccanismo che si chiama, appunto, satellite geostazionario. Clarke ha riflettuto: se il satellite lo poniamo a grande distanza dal nostro pianeta, ed esso gira, come la superficie terrestre, da ovest ad est, si puo' calcolare un'altezza tale che la velocità impressa al satellite sia uguale a quella della Terra: un giro completo in 24 ore? In altre parole, i geostazionari sono satelliti che, come dice la parola, stazionano sempre su di un determinato punto della Terra, posto vicino all'Equatore. Essi infatti ruotano attorno alla Terra in 24 ore, e vanno nella stessa direzione. Risultato, appaiono fermi nel cielo, a un osservatore posto sulla superficie. Ovviamente non si vedono, ma speciali apparecchi permettono di captare il segnale radio, orientare la parabola, e ricevere le onde elettromagnetiche.

   Ma qual è la distanza? Questi satelliti sono lontanissimi dalla Terra, ed anche per questo si discostano da tutti gli altri, che sono molto più vicini e girano molto più veloci. La distanza è di circa 36.000 km, pari a quasi tre volte il diametro terrestre. Sistemandone tre, posti ai vertici di un triangolo equilatero, essi riescono comodamente a coprire tutta la superficie terrestre; e, comunicando anche tra di loro (si vedono reciprocamente) possono ricevere messaggi, immagini, musica e altre cose e ritrasmetterli in tutto il mondo.

   Appunto facendo raccogliere i loro fasci di onde elettromagnetiche dalle apposite parabole. Che poi concentrano in un punto, al centro, i segnali ricevuti, li ampliano, e li fanno pervenire al decoder e allo schermo o al computer.