AstroLuca sei ore nel vuoto per l’antimateria

Luca Parmitano durante l’Eva del 9 luglio 2013. Crediti: Nasa

La prossima attività extra-veicolare di Luca Parmitano, in programma venerdì 15 novembre a partire dalle 13.05 ora italiana, sarà una fra le più difficili operazioni nel vuoto cosmico dai tempi delle riparazioni sul telescopio spaziale Hubble.

Questa sarà solo l’inizio di una serie di complesse “passeggiate spaziali” per la manutenzione dello strumento Alpha Magnetic Spectrometer (Ams-02), un rilevatore di particelle di antimateria e di materia oscura situato in cima alla struttura a traliccio S3 della Stazione spaziale internazionale, tra una coppia di pannelli solari e radiatori. La Nasa considera queste uscite, chiamate tecnicamente Eva (da Extra-Vehicular Activity), particolarmente impegnative, in quanto Ams-02 non era stato inizialmente progettato per operazioni straordinarie di mantenimento. Sarà per Parmitano, attualmente comandante della Stazione spaziale, la terza Eva dopo quelle effettuate nel 2013 nel corso della missione “Volare” dell’Agenzia spaziale italiana. La sua seconda uscita fu caratterizzata da un pericoloso incidente che concluse l’uscita poco dopo il suo avvio.

L’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) è un rilevatore di particelle operante come modulo esterno della Stazione spaziale. Si tratta di un laboratorio orbitante per la fisica delle particelle, sviluppato dall’Asi e dall’Infn, il cui scopo è quello di studiare con precisione la composizione e l’abbondanza dei raggi cosmici nello spazio in cerca di tracce di antimateria primordiale e materia oscura ad energie estreme fino a qualche TeV (“tera-elettronvolt”). La maggior parte dei raggi cosmici, circa il 99 per cento, è formato da materia “ordinaria” quali protoni e nuclei elio. Lo strumento AMms-02 è stato progettato per misurare con precisione la rarissima componente di antimateria nei raggi cosmici, come positroni ed anti-protoni, e scovare particelle di antimateria pesante, come nuclei di anti-elio. L’Asi contribuisce alle attività di operazione dello strumento e di analisi dati con la partecipazione di ricercatori presso l’Unità di ricerca scientifica (Asi-Urs) e lo Space Science Data Center (Asi-Ssdc).

Zero Robotics 2018, Vercelli sul tetto del mondo

Il Dark Team dell’Avogadro di Vercelli sul palco di Alicante per la premiazione – foto via iisavogadrovc.gov.it

Zero Robotics è una competizione tra studenti delle scuole superiori per programmare dei piccoli robot presenti sulla Stazione spaziale internazionale chiamati Spheres (Synchronized Position Hold Engage and Reorient Experimental Satellites). Creata nel 2009 dal Mit Space System Laboratory in collaborazione con l’astronauta Greg Chamitoff, ha l’obiettivo di aprire il modo di fare ricerca sulla Stazione spaziale agli studenti delle scuole superiori. Fortemente ispirata a FirstI (For Inspiration and Recognition of Science and Technology), altra competizione per studenti fondata nel 1989 dall’inventore Dean Kamen, prevede che i team di studenti si impegnino per la programmazione dei robot che assistono gli astronauti sulla Stazione spaziale durante gli esperimenti che ogni giorno conducono. Inoltre i vari team nazionali si aggregano in macro-team internazionali costituiti da scuole di diverse nazioni, promuovendo così la collaborazione tra studenti di paesi differenti.

Punti di forza della Zero Robotics sono lo sviluppo delle competenze di fisica e matematica necessarie per muovere le Spheres in un ambiente a bassa gravità e lo sviluppo nelle capacità di progettazione dell’algoritmo ottimale e di programmazione dello stesso in un linguaggio simile a C/C++. Altrettanto importante per il raggiungimento della vittoria sono le scelte strategiche, spesso controintuitive se ragioniamo con l’ottica di esseri ancorati alla superficie di un pianeta e che è possibile raggiungere attraverso le analisi matematiche e fisiche dell’ambiente della Stazione spaziale, permettendo così agli studenti di mettere in pratica le conoscenze acquisite in un vero e proprio dialogo multidisciplinare.

Dopo un paio di edizioni sperimentali condotte con scuole statunitensi, la Zero Robotics è stata aperta anche alle scuole di tutto il mondo e oggi vede la collaborazione, al fianco del Mit, di altre istituzioni prima fra tutte la Nasa. Tra i paesi più attivi c’è, invece, l’Italia, con ben 25 scuole iscritte alla competizione, tanto che è stato istituito anche un campionato italiano di Zero Robotics (l’unico al mondo) che, come si legge nel comunicato rilasciato da Leonardo Reyneri del Politecnico di Torino e presidente del Comitato Guida Italiano di Zero Robotics, sta iniziando e terminerà con la fase finale a metà aprile.

Le finali internazionali dell’edizione 2018, tenutesi a fine gennaio presso le tre sedi dell’Università di Alicante, del Mit di Boston e del Seymour Centre dell’Università di Sydney, hanno visto il quinto successo consecutivo di una scuola italiana grazie al Dark Team del Liceo Scientifico Avogadro di Vercelli in collaborazione con Stuy-Naught della Stuyvesant High School di New York e dello Spaghetti Code della Cedarburg High School di Cedarburg.

Anche gli altri team italiani hanno ben figurato nella competizione di quest’anno, consolidando così la tradizione delle nostre scuole: al secondo posto, infatti, si è classificato il Crab Nebula del Liceo Cecioni di Livorno in collaborazione con il Proof Robotics della Proof School di San Francisco e il Rock Rovers della Council Rock High School South di Holland. Nella categoria Virtual, invece, al secondo posto dietro il team vincitore, costituito da una scuola rumena e due australiane, troviamo l’House of Coders del Liceo Scientifico Francesco Vercelli di Asti in collaborazione con il Tea Party sempre dell’Iss Avogadro e del Gucci Ganghis Khan della Winston Churchill High School di Potomac.

Iss, 20 anni vissuti a 400 km dalla Terra

Luca Parmitano nella Cupola, sulla Stazione Spaziale Internazionale. Crediti: Esa

Era il 20 novembre 1998 quando venne lanciato nello spazio il modulo russo Zarya, il primo tassello della Stazione spaziale internazionale (Iss). Oggi presso l’Agenzia spaziale italiana (Asi) si celebrano proprio i 20 anni di questa storica impresa umana e tecnologica, in preparazione della prossima missione di Luca Parmitano, il quale si è augurato che la Stazione «possa portarci ancora più lontano», aggiungendo che «è il più grande esempio di come sia possibile raggiungere un obiettivo importante al di là di qualsiasi ideologia».

«L’augurio è che possa portarci ancora più lontano», ha aggiunto AstroLuca dalla base di Baikonur, nel Kazakhstan, dove si sta addestrando come membro dell’equipaggio di riserva dei tre colleghi che partiranno il 3 dicembre. La Stazione spaziale, ha proseguito, «rappresenta un percorso che dal sogno mi ha portato al primo volo e che ora mi porta vicino al raggiungimento di un altro obiettivo importante, che è il comando della stazione orbitale».

Con le sue 400 tonnellate di peso, un volume abitabile di 1.200 m3 e un’area paragonabile a quella di un campo di caldo, la “casa degli astronauti nello spazio” è l’oggetto più complesso progettato a oggi. Perfetto esempio di collaborazione internazionale e frutto del lavoro di Stati Uniti (Nasa), Russia (Roscosmos), Giappone (Jaxa), Canada (Csa) ed Europa (Esa), la Iss non dà segni di cedimento e le operazioni dovrebbero continuare nominalmente almeno fino al 2028.

Sono stati necessari più di 50 voli con diversi vettori (Shuttle, Soyuz, etc.) per assemblare le numerose parti (più di 100) che compongono la Iss. Ricordiamo che nel 2011 l’Italia ha lanciato il suo modulo abitativo permanente Leonardo: la Iss è, infatti, per oltre il 50 per cento italiana, da alcuni dei moduli pressurizzati alla Cupola da cui gli astronauti si “affacciano” per fotografare la Terra. Si tratta di un grande laboratorio a 400 chilometri dalla superficie terrestre dove gli astronauti, per un massimo di sei per volta, hanno il compito di effettuare svariati esperimenti scientifici, dalla fisica alla chimica, passando per medicina, biologia e molti altri ambiti scientifici. Questi esperimenti hanno quasi sempre una ricaduta utile nella nostra vita quotidiana.

L’esperimento Ams-02 a bordo della Stazione spaziale internazionale. Crediti: Nasa/Ams Collaboration

In questi anni la Stazione spaziale è stata visitata da 230 persone di 18 Paesi diversi – i primi furono i cosmonauti russi Jurij Pavlovič Gidzenko e Sergej Konstantinovič Krikalëv il 30 ottobre 2000 – e non è mai rimasta disabitata neanche un giorno. Gli italiani nella lista sono molti: Umberto Guidoni (il primo astronauta europeo sulla Iss), Roberto Vittori (il primo europeo a visitare due volte la Iss), Paolo Nespoli (salito tre volte sulla Iss), Samantha Cristoforetti (la prima donna italiana nello spazio e la seconda al mondo per tempo di permanenza in orbita).

E poi Parmitano, appunto, che con la missione Beyond, tornerà in orbita nel luglio 2019 per la seconda volta (dopo la missione Volare del 2013) diventando il primo italiano e il secondo europeo a salire sulla Stazione spaziale con il ruolo di comandante. L’astronauta dell’Esa e tenente colonnello pilota sperimentatore dell’Aeronautica militare sarà responsabile di 7 esperimenti italiani.

Durante la celebrazione dell’anniversario della Iss è intervenuto anche Piero Benvenuti, nominato dal Miur da qualche giorno commissario dell’Asi: «Mi propongo di garantire la continuità», ha detto.

Sfida tra robot spaziali, vince un team italiano

Gli studenti delle tre scuole del team BeachPin1701, primo a pari merito. Dall’alto: Itis “Pininfarina” di Moncalieri, Itis “Galileo Galilei” di Livorno e Liceo “Leonardo da Vinci” di Treviso

Un torneo tra studenti delle scuole superiori di tutto il mondo che si sfidano nella programmazione degli Spheres, piccoli satelliti sferici ospitati all’interno della Stazione spaziale internazionale (Iss): la Zero Robotics Competition, organizzata per l’Europa da Politecnico di Torino, Asi, Università degli studi di Padova, Ufficio scolastico regionale del Piemonte e Rete Robotica a scuola e coordinata da Leonardo Reyneri del Politecnico, si è conclusa ieri, giovedì 12 gennaio, proprio al Politecnico, che ha ospitato 150 ragazzi arrivati in finale e provenienti da 8 paesi europei: Italia (13 scuole), Federazione Russa, Francia, Germania, Grecia, Polonia, Romania, Regno Unito. Tra questi, gli alunni di tre scuole piemontesi: l’Itis Pininfarina di Moncalieri, l’Istituto internazionale Edoardo Agnelli di Torino e il Liceo scientifico F. Vercelli di Asti.

Il testa a testa finale ha visto protagoniste due alleanze di scuole: l’americana Naughty Prions and Lions e il team tutto italiano BeachPin1701, composto da studenti dell’Itis “Pininfarina” di Moncalieri, dell’Itis “Galileo Galilei” di Livorno e del Liceo “Leonardo da Vinci” di Treviso. La sfida si è conclusa con un pari merito tra i due team, entrambi vincitori dell’edizione 2017 di Zero Robotics. Premiati anche i ragazzi del Liceo “Cecioni” di Livorno e del Liceo “Agnelli” di Torino, vincitori della virtual final, la finale della seconda categoria del campionato.

Gli studenti finalisti hanno potuto assistere in diretta alle ultime fasi della competizione, che si sono svolte a bordo della Iss e in collegamento con il Mit di Boston e con l’Università di Sidney, dove si sono ritrovati per assistere alla finale gli studenti provenienti da Stati Uniti e dall’Australia. I finalisti si sono misurati nella programmazione degli Spheres (Synchronised Position Hold, Engage, Reorient, Experimental Satellites), robot spaziali della dimensione di una palla da bowling, già utilizzati dalla Nasa all’interno della Stazione spaziale per collaudare cicli di istruzioni, per eseguire rendezvous autonomi e operazioni di attracco. Queste macchine vengono inoltre utilizzate sperimentalmente per la manutenzione e l’assemblaggio di satelliti e per il volo di formazione.

La competizione, nata nel 2009 nel Laboratorio di sistemi spaziali del famoso Massachusetts Institute of Technology di Boston (Mit), ha coinvolto quest’anno circa 70 istituti europei, 100 americani e 50 australiani, per un totale di circa 2000 studenti. Ogni squadra è composta da 5 a 10 studenti e coordinata da un docente della scuola esperto di programmazione. Ogni anno ai team viene affidata una missione. Quest’anno i ragazzi dovevano cimentarsi con la ricerca di forme di vita primordiale (batteri) sulla luna Encedalus di Saturno, trivellando campioni per riportarli a terra.

Per vincere la gara è richiesta la cooperazione tra squadre di diverse scuole, in gironi che vedono schierarsi alleanze di diversi istituti di vari continenti. La prima fase prevede lo sviluppo di simulazioni al computer attraverso l’uso di un server del Mit. In questo modo è possibile rilevare eventuali errori nella programmazione dei robot. Al termine di questa fase, le squadre possono allearsi e collaborare fra loro per ottenere assieme un programma più efficace. La fase successiva è costituita da una gara preliminare a eliminazione, dalla quale solo 42 squadre hanno passato il turno; i programmi di questi team sono stati caricati direttamente sugli Spheres presenti sulla Stazione spaziale per la finale, dove i programmi dei gruppi vincitori sono stati eseguiti sotto l’attenta supervisione degli astronauti.

La finale mondiale, che si è tenuta quest’anno a Torino, è stata organizzata da Politecnico di Torino con il sostegno finanziario e organizzativo della Fondazione Its Aerospazio Meccatronica, insieme ad Amma, Unione Industriale di Torino, Camera di commercio di Torino, Turismo Torino e Città Metropolitana.

Febbre da astronauta

Correlazione tra concentrazione di IL-1RA e temperatura corporea del corpo a riposo (a) e dopo l’esercizio (b) durante un volo spaziale di lunga durata. Fonte: Alexander C. Stahn et al., Scientific Reports, 2017

Ti verrà la febbre! Normale, se sei nello spazio. L’incremento della temperatura corporea media, nel corso di missioni di lunga durata, sembrerebbe essere una condizione quasi naturale per il corpo umano. Vari studi hanno indagato l’impatto dell’attività fisica, dell’abbigliamento e dei fattori ambientali sulla regolazione della cosiddetta core body temperature (Cbt, la temperatura interna del corpo, cervello compreso) qui sulla Terra. Alla stessa maniera, si sta studiando come la Cbt cambi in assenza di peso, quindi nello spazio. E in particolare sulla Stazione spaziale internazionale (iss),  quando gli astronauti sono a riposo o in movimento. Ora, quali siano gli effetti dell’assenza di peso sulla termoregolazione del corpo non è ancora chiaro, ma uno studio pubblicato su Scientific Reports mostra come, durante l’esercizio fisico, nello spazio la Cbt aumenti più velocemente e tocchi livelli più elevati – non di rado oltre i 40 °C – rispetto a quanto avviene sulla Terra.

E a riposo? I ricercatori della Charité – Universitätsmedizin di Berlino hanno registrato come la temperatura corporea degli astronauti impegnati in missioni di lunga durata aumenti, rispetto all’ambiente terrestre, anche quando non sono sottoposti a sforzo. È infatti stato osservato lo sviluppo progressivo, nel corso dei primi due mesi e mezzo di permanenza in microgravità, di un incremento medio di circa un grado. Incremento che è stato associato all’aumento della concentrazione dell’antagonista del recettore dell’interleuchina-1 (IL-1RA), una proteina anti-infiammatoria che svolge un ruolo chiave nel sistema immunitario.

L’astronauta Paolo Nespoli. Crediti: Esa

«In condizioni di assenza di peso, i nostri corpi trovano estremamente difficile eliminare il calore in eccesso. Il trasferimento di calore tra il corpo e l’ambiente diventa significativamente più difficile in queste condizioni», osserva Hanns-Christian Gunga della Charité – Universitätsmediz, uno degli autori dello studio. Nello spazio, il sudore evapora più lentamente che sulla Terra, e questo spiega perché gli astronauti tendano a surriscaldarsi con tanta rapidità durante i test sotto sforzo eseguiti sulla Stazione spaziale

Ma gli astronauti che dicono? Raggiunto da Media InafPaolo Nespoli, l’astronauta Esa appena rientrato dopo sei mesi di permanenza a bordo della Iss, conferma: «da un punto di vista personale, sulla stazione spaziale ho quasi sempre avuto l’impressione di avere la febbre».

Per saperne di più:

  • Leggi su Scientific Reports l’articolo “Increased core body temperature in astronauts during long-duration space missions“, di Alexander C. Stahn, Andreas Werner, Oliver Opatz, Martina A. Maggioni, Mathias Steinach, Victoria Weller von Ahlefeld, Alan Moore, Brian E. Crucian, Scott M. Smith, Sara R. Zwart, Thomas Schlabs, Stefan Mendt, Tobias Trippel, Eberhard Koralewski, Jochim Koch, Alexander Choukèr, Günther Reitz, Peng Shang, Lothar Röcker, Karl A. Kirsch e Hanns-Christian Gunga

È Halloween anche a bordo della Iss

Da sinistra, in senso orario: Sergey Ryazansky, Paolo Nespoli, Joe Acaba, Mark Vande Hei, Alexander Misurkin e Randy Bresnik in posa per Halloween 2017 sulla International Space Station. Crediti: Randy Bresnik/Twitter

Sarà mica che anche lassù a 400 km sopra le nostre teste, fra un esperimento in microgravità e una passeggiata spaziale, si stanno guardando la nuova stagione di Stranger Things? Quel che è certo è che anche gli astronauti ora a bordo della Stazione spaziale, proprio come i quattro giovani protagonisti della serie firmata dai fratelli Duffer, non si sono lasciati sfuggire l’occasione della notte di Halloween per travestirsi come si deve.

Ma invece di indossare tutti la stessa improbabile tenuta da Ghostbuster, ognuno dei sei membri dell’equipaggio s’è scelto un costume diverso dagli altri. E hanno postato le foto su Twitter. Mark Vande Hei, per esempio, ha optato per Wolverine. Randy Bresnik, cedendo alle richieste dei figli Wyatt e Abigail, ha preferito una più sobria tenuta da Minion.

E il nostro Paolo Nespoli? Certo non poteva tirarsi indietro, soprattutto dopo aver portato Rat-Man nello spazio: conscio che una grande responsabilità porta con sé come bonus un grande potere, eccolo dunque volteggiare tra le pareti della Iss nelle vesti d’uno Spiderman in versione estiva.

Happy Halloween 2017!

Mettete dei fiori nelle vostre astronavi

T.J. Creamer, astronauta Nasa e ingegnere di volo della Expedition 23, mentre raccoglie un campione di tessuti da germogli di abete bianco (Picea glauca) coltivati a bordo della Stazione spaziale internazionale. Crediti: Nasa

Giardinaggio e orticoltura non sono certo l’argomento più ricorrente, su queste pagine. Ma il loro impiego in ambiente spaziale è un tema di sempre maggior interesse. Già si è dimostrato, con numerosi esperimenti sulla Iss, che le piante possono crescere e sbocciare in assenza di microgravità. Ora si cerca di capire fino a che punto possano essere coltivate come riserva di cibo fresco, o per altri scopi quali, per esempio, la purificazione dell’aria e la produzione di ossigeno. Ma potrebbero contribuire anche al benessere psichico degli astronauti? È la domanda che si sono posti Raymond Odeh e Charles Guy, autori di uno studio, “Gardening for Therapeutic People-Plant Interactions during Long-Duration Space Missions”, pubblicato sull’ultimo numero di Open Agriculture.

Conosciamo circa 7mila specie di piante commestibili, 600 delle quali produttive dal punto di vista economico, scrivono i due scienziati dell’Università della Florida. Ma quelle utilizzate per giardinaggio e a fini paesaggistici sono assai più numerose: circa 28mila specie, che abbiamo diffuso su tutto il pianeta e adattato ai climi più disparati. È dunque forte il sospetto che le piante non abbiano da offrirci soltanto cibo e principi attivi a uso farmacologico. Gli autori dello studio hanno dunque cercato di capire quali siano gli altri vantaggi della presenza di piante per noi umani, e in che modo possano estendersi ai viaggi spaziali.

A questo proposito, i due autori sottolineano come ci siano numerosi studi che dimostrano l’effetto positivo delle piante e dell’attività di giardinaggio sull’umore delle persone. Un’ipotesi presa in considerazione è quella della cosiddetta biofilia: la tendenza innata in noi umani a provare interesse per tutto ciò che riguarda la vita e i processi vitali.  E arrivano a concludere che, se il contatto con le piante ci rende più felici e sereni qui sulla Terra, lo stesso dovrebbe valere anche su nello spazio, suggerendo quindi di tenerne conto nella progettazione delle future missioni di lunga durata.

Denise Giuliana Ferravante in missione in Antartide

Media Inaf ne ha parlato con un’esperta di “psicologia dello spazio”, Denise Ferravante, psicologa e ricercatrice all’Enea, alla quale già ci eravamo rivolti per Mars 500 e per gli studi sulle emozioni degli astronauti.

Ferravante, come si studiano le conseguenze che i lunghi viaggi spaziali possono avere sull’umore degli astronauti?

«Gli effetti psicologici delle missioni di lunga durata nello spazio possono essere assimilabili a quelli delle spedizioni invernali in Antartide, di cui mi occupo in qualità di psicologa e ricercatrice Enea per lo studio degli effetti psicologici in condizioni estreme di isolamento. Ogni anno presso la base italo-francese Concordia un gruppo di circa 13 persone, ricercatori e tecnici, trascorre 9 mesi in totale isolamento, a circa 80° sotto zero, con 6 mesi di buio, a 3300 metri di altitudine sul plateau antartico».

E risentono della presenza o meno di piante, come suggerisce lo studio di Odeh e Guy?

«Da quanto emerso dagli studi finora effettuati, uno dei fattori di stress è quello della privazione di frutta e verdura fresca nell’alimentazione. I partecipanti alle spedizioni invernali aspettano con ansia l’arrivo del primo volo, agli inizi di novembre di ogni anno, che interrompe l’isolamento portando nuove persone ma anche viveri e frutta fresca. Una delle domande che vengono poste è: “con il nuovo volo arriveranno anche le mele?” che è indicativa di quanto ciò sia importante per il benessere psicofisico delle persone».

Dunque quella di prevedere la presenza di piante nelle future astronavi è un’indicazione che condivide?

«Sicuramente la possibilità di coltivare piante permetterà agli astronauti che parteciperanno alle missioni di lunga durata sulla Stazione spaziale, e in futuro su Marte, di avere cibo fresco con cui integrare la loro alimentazione. Ipotizzo, inoltre, che il benessere legato alla coltivazione delle piante possa essere dovuto alla soddisfazione del vederle crescere e trasformarsi, al piacere di sentirne il profumo, di vederne i colori: in sintesi, al piacere dovuto alla varietà di stimoli per i diversi canali sensoriali (olfatto, vista, gusto, tatto) che in condizioni di ambiente deprivato sono particolarmente rari e perciò graditi».

E se le piante muoiono? Non c’è il rischio d’un effetto boomerang, deprimente invece che di conforto?

«Non credo che la perdita di una pianta crei effetto boomerang: fa parte del ciclo della vita, e anche se in condizioni di stress, i dati di realtà permangono nella consapevolezza delle persone. Un altro elemento importante, come sottolineato nell’articolo, è l’effetto di coesione nel gruppo che la cura delle piante può incrementare. Ciò ha a che fare con il piacere che procura il prendersi cura di altri esseri viventi oltre che di se stessi. L’attenzione all’ambiente “esterno” permette di ampliare lo sguardo distaccandosi dai propri problemi e difficoltà che la situazione di isolamento può comportare».

Ma stando così le cose, più che una pianta, non è meglio portarsi un cucciolo, per esempio?

«Quello degli animali, che al momento non sono contemplati nelle missioni di lunga durata, è un discorso completamente diverso. La loro presenza, per l’elevato coinvolgimento affettivo ed emotivo, sarebbe sicuramente positiva per gli umani, membri della missione. Ma forse non altrettanto per gli animali stessi, i quali farebbero fatica ad accettare l’assenza di gravità, la ridotta dimensione degli spazi e le altre condizioni restrittive che le missioni di lunga durata nello spazio comportano. Condizioni che possono essere sopportate perché siamo consapevoli del valore e dell’importanza che la ricerca spaziale ha per il bene e il futuro dell’umanità».