Corsa allo spazio

Origini: i RAZZI

I razzi interessarono per secoli gli scienziati. I cinesi li usarono come armi fin dall'XI secolo, e dei rudimentali razzi furono utilizzati come armi nel XIX secolo. Lo scienziato russo Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935) teorizzò nel 1880 dei razzi con diversi stadi alimentati a carburante liquido che potessero raggiungere lo spazio. Attraverso la sua equazione dei razzi, che determinava la velocità di volo, stabilì le basi della scienza missilistica e viene ancora utilizzata nel progetto dei moderni razzi. Tsiolkovsky scrisse anche la prima descrizione teorica di un satellite artificiale costruito dall'uomo. Tuttavia solo nel 1926 lo scienziato americano Robert Goddard progettò un razzo a combustibile liquido realizzabile in pratica.

Guerra Fredda
La Corsa allo spazio è un aspetto della guerra fredda tra USA e URSS. I due blocchi si sfidarono nella rincorsa a sempre maggiori successi nel lancio di missili, satelliti e nella conquista della luna nel periodo che all'incirca va dal 1957 al 1975. Anche se le radici affondano nelle tensioni internazionali che seguirono la seconda guerra mondiale, la corsa allo spazio iniziò dopo il lancio dello Sputnik 1 sovietico il 4 ottobre 1957. Essa divenne una parte importante della rivalità culturale, tecnologica e ideologica tra gli Stati Uniti e l'Unione Sovietica durante la guerra fredda. La tecnologia spaziale divenne una importante arena per questo conflitto a distanza, sia per le potenziali applicazioni militari(missili balistici intercontinentali e spionaggio della nazione nemica) che per i benefici psicologici derivanti dalla propaganda.

I progressi spaziali vennero interpretati come un indicatore delle capacità economiche e tecnologiche, dimostrando la superiorità dell'ideologia appartenente ad una data nazione.
La tecnologia spaziale è infatti del tipo Dual-use, essendo in grado di raggiungere sia obiettivi pacifici che militari.

Animali nello spazio

• moscerini della frutta lanciati dagli Stati Uniti nello spazio per studi scientifici su dei razzi V-2 tedeschi catturati nel 1946

cani sovietici Belka e Strelka

• cane Laika viaggiò nello Sputnik 2 nel 1957, morendo di stress e surriscaldamento subito dopo aver raggiunto lo spazio

• cani sovietici Belka e Strelka orbitarono attorno alla Terra nel 1960 e ritornarono con successo

• scimpanzé africani inviati dagli Stati Uniti nello spazio prima di lanciare il primo veicolo con equipaggio

• tartarughe  lanciate dall'Unione Sovietica nel 1968 sulla sonda Zond 5 divennero i primi animali a volare attorno alla Luna

Conclusione della corsa allo spazio
La corsa spaziale rallentò dopo l'atterraggio dell'Apollo, che secondo alcuni osservatori rappresentò l'apice o la fine della competizione. Altri, come Carole Scott, storica dell'esplorazione spaziale, e Florin Pop stabiliscono invece il termine della corsa allo spazio con la missione congiunta Apollo-Sojuz, dove la navetta Sojuz 19 si agganciò con la capsula Apollo nel 1975, permettendo agli astronauti "rivali" di visitare l'altra navetta e partecipare assieme a esperimenti.

Leggi di Keplero

Nell'Astronomia nova Keplero enuncia due delle tre leggi che portano il suo nome. La terza compare nel Harmonices mundi libri quinque del 1619.

Le tre leggi del movimento dei pianeti sono il principale contributo di Johannes Kepler, detto Keplero, all'astronomia e alla meccanica. Keplero le derivò in parte studiando le osservazioni di Tycho Brahe. Isaac Newton avrebbe più tardi verificato la validità di queste leggi alla luce della teoria della gravitazione universale.

• La prima legge

La prima legge afferma che l'orbita descritta da un pianeta è un'ellisse, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.
Keplero è il primo nella storia ad eliminare dall'astronomia le sfere celesti e a ipotizzare per i pianeti un moto diverso da quello circolare. Inoltre l'ellisse è una figura piana, quindi i moti dei pianeti avvengono in un piano, detto piano orbitale. Per la Terra tale piano è detto eclittica. Nella figura a fianco è rappresentata un'orbita ellittica, rimando al link per quanto riguarda le relazioni tra i suoi parametri caratteristici: link.
(È possibile considerare la prima legge di Keplero collegata alla conservazione del momento angolare.)

• La seconda legge

La seconda legge afferma che il raggio vettore che unisce il centro del Sole con il centro del pianeta descrive aree uguali in tempi uguali.
Le conseguenze di questa legge sono:
·    La velocità orbitale non è costante, ma varia lungo l'orbita. Le due aree evidenziate nella figura qui a fianco sono infatti uguali e vengono quindi percorse nello stesso tempo. In prossimità del perielio, dove il raggio vettore è più corto che all'afelio, l'arco di ellisse è corrispondentemente più lungo. Ne segue quindi che la velocità orbitale è massima al perielio e minima all'afelio. Questa seconda legge spiega quindi anche il cambiamento delle stagioni
·    La velocità areolare è costante.
·    Sul pianeta viene esercitata una forza centrale, cioè diretta secondo la congiungente tra il pianeta e il Sole.








Riporto una pagina in cui la seconda legge di Keplero è analizzata da un punto di vista fisico con maggiori formule e spiegazioni: link.

• La terza legge  

La terza legge afferma che i quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite.
 
 -(Riporto il link di una pagina più "tecnica", con l'accostamento delle leggi di Keplero e Newton: link.)

Brevetti

Brevetto dello SPACE SHUTTLE:         

Inventor: George K. Gogakis

Patent number: D302148
Filing date: Oct 14, 1986
Issue date: Jul 11, 1989

Cronologia delle imprese spaziali

1232    Frecce a razzo vengono usate in Cina nella Battaglia di Kaifeng.

1895    Zjolkovskij pubblica a Mosca "Sogno della Terra e del cielo", dove propone l'idea di un satellite artificiale in orbita al di sopra dell'atmosfera.
1903    Zjolkovskij pubblica "Esplorazione dello spazio cosmico mediante apparecchi a reazione".


1923    Il tedesco Hermann Oberth pubblica "Il razzo verso gli spazi interplanetari" nel quale, senza conoscere i lavori di Zjolkovskij e di Goddard, ipotizza un razzo a due stadi a propellente liquido in grado di sfuggire al campo gravitazionale terrestre.

1957    Il 4 ottobre l'Unione Sovietica mette in orbita Sputnik 1(compagno di viaggio), primo satellite artificiale, del peso di 81 kg; il 3 novembre va in orbita la cagnetta Laika.

cagnetta Laika

1960    Nasce la NASA, l'ente spaziale americano; Wernher von Braun ne è al vertice; lancio del primo satellite meteorologico (TIROS-1); lancio della prima sonda verso il Sole (Pioneer 05, USA); l'URSS lancia in orbita il satellite Sputnik 5 con due cani: il satellite viene fatto rientrare sulla Terra e i cani sono recuperati vivi, primi esseri viventi a rientrare dallo spazio.

1966    Primo atterraggio morbido di una sonda spaziale sulla Luna (Lunik 9, URSS); prima discesa di una sonda nell'atmosfera di Venere (Venera 3, URSS); primo satellite artificiale intorno alla Luna (Lunik 10, URSS).

Neil Armstrong

1969    Il 21 luglio primo sbarco umano sulla Luna (Apollo 11, USA); passeggiano nel Mare della Tranquillità Neil Armstrong ed Edward Aldrin, mentre in orbita li attende Michael Collins; seguiranno altri 5 sbarchi: Apollo 12, ancora nel 1969, Apollo 14 e Apollo 15 nel 1971, Apollo 16 e Apollo 17 nel 1972.

1981    Il 17 aprile primo lancio della navetta spaziale americana Columbia; con lo Shuttle incomincia l'era delle astronavi recuperabili.

1986    Il 24 gennaio Voyager 2 (USA) invia le prime immagini di Urano; il 28 gennaio, nell'esplosione del Challenger perdono la vita 7 astronauti; il 19 febbraio viene lanciata la stazione spaziale sovietica Mir, il 14 marzo la sonda europea Giotto sorvola il nucleo della Cometa di Halley e invia le prime immagini.

1990    Il 25 aprile lo Shuttle mette in orbita il Telescopio Spaziale Hubble, con uno specchio di 2,4 metri, ma inizialmente un difetto ottico ne limiterà le prestazioni; il 6 ottobre lancio della sonda europea Ulysses, la prima che sorvolerà i poli del Sole.

Stazione Spaziale Internazionale

1988    Lancio del primo modulo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS);  completa ha le dimensioni di un campo da calcio e pesa 450 tonnellate.

2011  Ultimo volo dell’Endeavour, lo shuttle della missione Sts 134, partito dalla stazione di Cape Canaveral. L’equipaggio dell’Endeavur, di cui fa parte l’astronauta italiano Roberto Vittori, attivo nell’ESA, avrà il compito di portare in orbita l’Alpha Magnetic Spectrometer, il “cacciatore di antimateria”.

Galileo e il cannocchiale

schema metodo scientifico sperimentale

Personaggio:Galileo Galilei (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642)
Il suo nome è associato all'introduzione del metodo scientifico (detto spesso metodo galileiano o metodo scientifico sperimentale).








Galileo (1564-1642) realizzò il suo primo cannocchiale, capace di 3 soli ingrandimenti, nell’estate del 1609. Ma già il 21 agosto di quell’anno, alla presenza del Doge e di altri notabili veneziani, egli presentò uno strumento da 8 ingrandimenti, che gli valse la conferma a vita della cattedra padovana di matematica. In novembre, Galileo disponeva di un cannocchiale capace di ben 20 ingrandimenti, cioè di gran lunga più potente di tutti quelli all’epoca circolanti in Europa, i quali utilizzavano comuni lenti da occhiali, di bassa qualità e di focali non idonee.

Le scoperte di Galileo:
Grazie alla potenza del suo strumento, Galileo ottenne risultati straordinari nelle osservazioni della luna, dimostrò, infatti, che la sua superficie non è perfettamente sferica ne immacolata riuscendo perfino a calcolare l’altezza delle montagne lunari.
Successivamente, Galileo effettuerà l’eccezionale serie di scoperte astronomiche, esposte nel Sidereus Nuncius (Venezia, 1610), pubblicato nel marzo del 1610, e destinate a rivoluzionare per sempre la tradizionale visione del cosmo. Egli scoprirà, da prima l’esistenza, di una miriade di nuove stelle, mostrando che la stessa Via Lattea «non è che un ammasso di innumerevoli stelle disseminate a mucchi». E ancora, osserverà le strane apparenza di Saturno, delle quali quasi mezzo secolo dopo si individuerà la vera causa, la presenza, cioè,di un anello intorno al pianeta; poi osservò per primo le fasi di Venere, che dimostravano in maniera conclusiva il moto di rivoluzione del pianeta attorno al Sole. Ma la scoperta che gli procurerà fama immortale fu quella compiuta, nel gennaio del 1610, dei quattro satelliti di Giove, che Galileo, in omaggio alla dinastia che governava la Toscana, denominò Astri Medicei.

• Aggiungo un link interessante con filmati Il cannocchiale di Galileo- Le scoperte astronomiche

Per realizzare il suo primo cannocchiale, Galileo (1564-1642) si servì di un tubo di piombo, mentre quello dello strumento che egli presentò al governo veneziano era realizzato in latta ricoperta di rascia, una stoffa di lana grezza. Gli unici due esemplari sopravvissuti della vasta produzione galileiana, conservati presso l’Istituto e Museo di Storia della Scienza di Firenze, hanno entrambi tubi in legno: uno è costituito da due semicilindri cavi ricoperti di carta e tenuti uniti da quattro fili di rame; l’altro è realizzato con venti doghe incollate su carta e ricoperte di pelle rossa con bulinature in oro.
Cannocchiale di Galileo

Con l’aumentare delle dimensioni dei cannocchiali, esso divenne telescopico, costituito cioè da più sezioni scorrevoli l’una nell’altra,in maniera tale da ridurne l’ingombro quando non veniva utilizzato. Il materiale d’elezione divenne il cartone, leggero ma in grado di garantire la necessaria rigidità. Le sezioni secondarie erano spesso rivestite con carta marmorizzata e la sezione principale con pelle finemente decorata.

• Nelle prime pagine del Sidereus nuncius Galilei racconta come gli venne in mente di costruire un cannocchiale e di puntarlo verso il cielo.

Cannocchiali
In ogni sistema telescopico l’obiettivo — anche se costituito da più elementi, sia convergenti, sia divergenti — deve sempre essere complessivamente convergente. Il cannocchiale galileiano e quello kepleriano si differenziano perciò solo per l’oculare, divergente nel primo, convergente nel secondo.

Fig  1 Schema ottico del cannocchiale galileiano

 Il cannocchiale galileiano (fig. 1) consta di una lente convergente (piano-convessa o biconvessa), con funzione di obiettivo, e da una lente divergente (piano-concava o biconcava) in funzione di oculare. L’oculare viene a trovarsi prima del fuoco dell’obiettivo, a una distanza da detto fuoco pari alla distanza focale dell’oculare. Poiché le lenti convergenti sono, per convenzione, positive (o di potenza ottica positiva) e quelle divergenti negative (o di potenza ottica negativa), possiamo dire anche che la distanza tra obiettivo e oculare è pari alla somma algebrica delle loro distanze focali. L’oculare negativo intercetta i raggi convergenti provenienti dall’obiettivo rendendoli paralleli e formando così, all’infinito (posizione afocale), un’immagine virtuale, ingrandita e diritta. L’ingrandimento del sistema è dato dal rapporto tra la lunghezza focale dell’obiettivo e quella dell’oculare. Sebbene fornisca immagini diritte senza l’ausilio di dispositivi erettori, il cannocchiale galileiano presenta il grave inconveniente di un campo visuale estremamente ridotto (il che lo rende, nella pratica, inutilizzabile oltre la trentina di ingrandimenti).

Fig  2 Schema ottico del cannocchiale kepleriano

 Il principio di funzionamento del cannocchiale kepleriano (fig. 2) è piuttosto semplice. L’obiettivo forma dell’oggetto osservato un’immagine reale, rimpicciolita e capovolta. L’oculare — che essendo costituito da una lente convergente di corta focale, è in pratica una lente di ingrandimento — ingrandisce l’immagine formata dall’obiettivo. L’immagine che si osserva è però capovolta e quindi, almeno nell’uso terrestre, il cannocchiale kepleriano deve essere dotato di un qualche dispositivo erettore, che, reinvertendo l’immagine, la raddrizzi. Questo svantaggio è tuttavia largamente compensato da un campo visuale assai più vasto e più uniformemente illuminato di quello offerto dai cannocchiali galileiani.

Occorrenze nella letteratura

L'Eneide:
l'"universo" nell'Eneide, tutte le occorrenze.

                                  "Enea

e con lui l'amantissima Didone

si preparano andar ne' boschi a caccia,

non appena domani il sol nascente

co' suoi raggi riveli l'universo."

dal IV libro.

La Sacra Bibbia:
 l'"universo" nella Bibbia, tutte le occorrenze.

"[8] Neppure costoro però sono scusabili,

[9] perché se tanto poterono sapere da scrutare l'universo,
come mai non ne hanno trovato più presto il padrone? "

dal libro Sapienza capitolo 13.

Il Simposio di Platone:

      "Orientato ormai verso l'infinito universo della bellezza, che ha imparato a contemplare..."






Citazioni:
In questa pagina si possono leggere alcune citazioni di vari personaggi aventi per tema l'universo.

"La cosa più incomprensibile dell'Universo è che esso sia comprensibile."  Albert Einstein

Cosmologia Dantesca

 L’immagine che dell’universo avevano gli uomini del medioevo non era basata, come quella che ne abbiamo oggi, su un modello autonomo in cui la descrizione fisica risulti separata da un’interpretazione di tipo metafisico o teologico.

Dante riprende dalla cultura del suo tempo la concezione geocentrica (= Terra al centro del cosmo) dell'universo, cioè la cosmologia aristotelico-tolemaica, che sarà considerata valida fino a Copernico e a Galileo.
Il sistema cosmologico della Divina Commedia è dunque fondato sul modello dell’astronomo e geografo egiziano Tolomeo (II sec. d.C.), secondo il quale la Terra è al centro dell’universo e 7 pianeti (erano considerati tali anche la Luna e il Sole) le girano attorno.

Questo modello era stato associato alla fisica e alla metafisica di Aristotele (filosofo greco del IV sec. a.C.), la conformazione dell'universo viene trattata in particolare nella sua opera Fisica, che trova riscontro nella visione cristiana del mondo di S. Tommaso d’Aquino (teologo del XIII sec.)..
 Intorno al 150 d.C. Tolomeo riprese la Teoria Geocentrica di Aristotele e la perfezionò dando origine alla TEORIA COSMOLOGICA ARISTOTELICO-TOLEMAICA (perché la base è quella Aristotelica). Tolomeo riprende la Teoria e ne dà dei punti fermi:

   1. L’universo è sferico.
   2. Al centro c’è la Terra, attorno ad essa girano nove cieli e ogni cielo ha un pianeta. L’ultimo cielo (Primo Mobile) chiude l’universo.
 
Quindi l’universo, secondo la Teoria Aristotelica- Tolemaica, è finito, chiuso: al di là del Cielo Mobile non c’è più nulla.
 
La Terra è quindi circondata da 10 cieli concentrici, di cui quello esterno (Empireo) è immobile, perché sede di Dio, mentre gli altri 9 ruotano ognuno secondo un proprio moto. Di questi 9 cieli, 7 contengono i pianeti del sistema tolemaico (Luna, Mercurio, Venere, Sole, Marte, Giove, Saturno), uno le Stelle fisse e l'ultimo, il Primo mobile che dà inizio al movimento universale.



Occorrenze nella Divina Commedia di Dante
La parola universo è citata 13 volte; riporto una citazione:

"ché non è impresa da pigliare a gabbo

discriver fondo a tutto l'universo, "

 dal canto 32 dell'Inferno.