Scienza 2012: dai segreti di Marte alla particella di Dio

Dall'ultimo volo dello shuttle alle più recenti ipotesi sui costumi libertini dell'Homo Sapiens alla discussione sul record un po' preoccupante dei "7 miliardi sulla Terra": il 2011 è stato un anno di scienza (vedi) e anche un buon terreno di preparazione per un 2012 dichiarato dall'Onu "anno internazionale dell'energia". Nei prossimi mesi l'energia sarà infatti al centro del dibattito scientifico che si è aperto il 10 gennaio a Ginevra con una conferenza internazionale (Iseo-Wsec, vedi) e si concluderà a Rio a novembre, in occasione del summit sui cambiamenti climatici.

A Ginevra si è parlato di energie rinnovabili, di nucleare, di sfruttamento del carbone, di risorse idriche e di solare, di casi virtuosi e di casi emblematici come quelli di Cina e Indonesia e via dicendo, in un abbraccio scientifico e tecnologico molto ampio che ha incluso anche una sessione di incontri dedicati ai progressi nelle scienze della materia condensata, condotti da Francesco Celani (Infn).

La Condensed matter nuclear science (Cmns) indaga teorie e applicazioni delle cosiddette nuove reazioni nucleari a cui appartengono anche le Lenr (reazioni nucleari a debole energia) e la fusione fredda, fenomeno impopolare e contestato da molti fisici, ma che - a detta dei suoi sostenitori, anch'essi ricercatori e scienziati - è reale e può fornire energia abbondante, economica e pulita.

La fusione fredda è stata annunciata con troppa fretta nel 1989 e forse anche a causa dello show mediatico che ne è seguito ha poi pagato con un ventennio di emarginazione dai circuiti della fisica ufficiale. Fino all'arrivo di Andrea Rossi e dell'E-Cat, apparecchio che sfrutterebbe la fusione fredda o comunque nuove reazioni nucleari: funziona? Nonostante i test e i proclami dell'inventore non siamo in grado di dare una risposta, ma dobbiamo riconoscere a Rossi il merito di avere "elettrizzato" l'ambiente e spinto molti scienziati a "uscire allo scoperto" con le loro ricerche. E abbiamo così scoperto che sono in molti ad avere ottenuto risultati più che incoraggianti e che addirittura c'è chi lavora (e guadagna) con prodotti industriali che sfruttano le Lenr.

È sufficiente questo per ipotizzare, per il 2012, una "rivincita della fusione fredda"? Ecco, questa è una delle domande della nostra panoramica sulla scienza a cui non possiamo dare una risposta certa. Per adesso.

Il collo allungato, le orecchie piccole, le possenti zampe anteriori e i numerosi strati di grasso, la corporatura dell'orso polare, così diversa da quella dei suoi "cugini" grizzly... Sono tutte "specializzazioni genetiche" su misura per muoversi tra i ghiacci artici, un habitat in profonda sofferenza.

Il 2012 è dunque l'anno in cui dovremo prendere atto della sorte di questo splendido animale?

Senza ghiaccio sotto le zampe. Si stima che la popolazione di orsi bianchi sia ormai ridotta a 20-25 mila esemplari, divisi in 19 sub-popolazioni. Di queste, otto si stanno progressivamente assottigliando, tre sono relativamente stabili e solo una è in via di espansione (per conoscere la distribuzione degli orsi polari nel mondo, aggiornata al 2010, vai a questo link).

Quando si parla di riduzione di ghiacci polari si prende in considerazione sia l'estensione sia lo spessore. Per quanto riguarda l'estensione, nell'estate del 2011 si è toccato l'ennesimo record negativo di 4,33 milioni di chilometri quadrati (contro una media di 4,61).

Poi c'è lo spessore. Mentre una parte della calotta è naturalmente destinata a fondersi d'estate e riformarsi d'inverno, la crosta di ghiaccio "vecchio" sottostante, che costituisce la base essenziale per evitare che la calotta si frantumi, inizia anch'essa a mostrare segni di cedimento. Nel marzo 2011, una registrazione del volume dei ghiacci nel bacino artico ha attestato che l'80% dei ghiacci era formato da strati dell'età di 1-2 anni, che tra il 1980 e il 2000 costituivano solo il 55% del volume totale.

Con un habitat così fragile e ridotto, gli orsi sono costretti a triplicare i loro sforzi per garantirsi un po' di cibo. Uno studio presentato a luglio alla International Bear Association Conference ha evidenziato come gli orsi polari stiano sviluppando doti natatorie indispensabili alla sopravvivenza. Il viaggio più corto registrato durante lo studio è stato di 53,7 chilometri; il più lungo, durato 13 giorni, è stato di 687,1 chilometri, quanto basta per far stramazzare anche l'esemplare più robusto. Secondo uno degli autori dello studio, Geoff York del World Wildlife Fund's Arctic Program, «i cambiamenti climatici stanno costringendo gli orsi polari a percorrere distanze più lunghe per trovare cibo e habitat in cui vivere».

Minori scorte di cibo significano anche minori chance per i cuccioli di raggiungere l'età adulta. Maggiori sono le scorte di grasso di una femmina gravida o appena divenuta madre, maggiori saranno le energie che questa avrà per procacciare cibo ai piccoli. Ma con la riduzione del tempo necessario per cacciare - i ghiacci si assottigliano prima d'estate e si riformano più tardi d'inverno - anche la sorte dei giovani orsi bianchi sembra segnata.

Questo non significa che l'anno appena iniziato segnerà la scomparsa definitiva degli orsi polari. In base ai calcoli degli scienziati del Polar Bears International, il declino dei ghiacci in alcune "oasi", come il nordovest della Groenlandia e il nordest del Canada, potrebbe anche arrestarsi se il livello delle emissioni di gas serra si riducesse.

Tuttavia, le concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera sono ora ben al di sopra delle peggiori previsioni dell'Intergovernmental Panel on Climate Change, e il gap di emissioni rilevate tra 2009 e 2010 è stato il più marcato dall'epoca della Rivoluzione industriale. Insomma forse non nel 2012, ma, se continuiamo così, nel 2100, la calotta polare potrebbe non esistere più.

Il 6 agosto 2012 il Mars Science Laboratory della Nasa, partito dal Kennedy Space Center di Cape Canaveral il 25 novembre scorso, dovrebbe finalmente toccare il suolo marziano. Il rover Curiosity, così è stato chiamato, lavorerà per trovare risposta a una serie di interrogativi rimasti aperti circa la possibilità dell'esistenza di passate (o presenti) forme di vita sul Pianeta Rosso.

Due sonde ormai in pensione, Spirit e Opportunity, hanno fornito prove consistenti della presenza, in passato, di acqua sul suolo marziano: la condizione fondamentale per iniziare a indagare su possibili forme di vita (niente acqua, niente vita).

Nel 2012 scopriremo se c'è o c'è mai stata vita su Marte? Ci sono concrete possibilità che Curiosity individui tracce di esseri viventi sul suolo marziano? La montagna misteriosa. Il sito di atterraggio del rover non è stato scelto a caso ma dopo anni di calcoli e discussioni. Il Mars Science Laboratory scenderà nella parte nord-occidentale del cratere Gale, una struttura da impatto di 154 km di diametro e di età geologica compresa tra i 3,5 e i 3,8 miliardi di anni. Qui troverà ad aspettarlo un cumulo di sedimenti di origine alluvionale alto 4,8 chilometri (2 volte l'altezza delle pareti del Grand Canyon). La montagna potrebbe essere quel che rimane del letto di un antico lago con tanto di tracce di acqua passata e di vita organica nascoste tra i suoi detriti.

Per approfondire i dettagli della missione visita il blog del nostro esperto di astronomia, Mario di Martino.

Curiosity trivellerà il terreno in profondità per determinarne la composizione. I campioni saranno analizzati da una serie di mini-laboratori portatili presenti all'interno della sonda, che vanta una strumentazione 15 volte più pesante di quelle dei suoi predecessori.

Determinare se ci siano state le premesse per lo sviluppo di forme di vita su Marte non sarà l'unica missione di Curiosity. Il rover dovrà anche studiare le condizioni atmosferiche, ambientali e meteo per preparare la strada alle prime missioni umane sul Pianeta Rosso.

Se il 2012 sarà l'anno in cui troveremo tracce di vita su Marte nessuno può affermarlo con certezza: sono in gioco troppe variabili e l'enormità della distanza coperta non aiuterà gli scienziati che controllano la sonda, se si trovassero nella necessità di prendere decisioni operative "fuori-programma". È invece certo che Curiosity fornirà comunque nuove e importanti informazioni sulle passate condizioni di abitabilità del pianeta.

Negli ultimi mesi grandi passi in avanti sono stati fatti nella comprensione della comunicazione di alcune specie animali particolarmente "intelligenti".

Nel 2012 impareremo a parlare con gli animali? Entro la fine di quest'anno saremo in grado di intrattenere conversazioni alla pari con esseri viventi "non-umani"?

Quattro chiacchiere sott'acqua. Diversi studi scientifici pubblicati nel 2011 hanno aperto nuovi spiragli sulla possibilità, un giorno, di intrattenere un dialogo con altre specie animali. Alcuni mesi fa uno studio della Aarhus University (Danimarca) ha accertato che i delfini comunicano tra di loro utilizzando un sistema di articolazione fonologica analogo a quello umano. I suoni un tempo ritenuti semplici fischi sono infatti prodotti attraverso una vibrazione del tessuto simile a quella che avviene nelle corde vocali.

Inoltre, un'equipe di etologi del Wild Dolphin Project di Jupiter (Florida), in collaborazione con il Georgia Institute of Technology di Atlanta (Georgia, Usa), ha messo a punto un dispositivo in grado di decifrare gli schemi di base dei versi dei delfini stenella maculata atlantica (Stenella frontalis) e di generare suoni coerenti in risposta (ne abbiamo parlato nell'articolo "Impariamo il delfinese", su Focus 226).

L'architettura interna dei suoni dei delfini può essere già visualizzata attraverso uno strumento chiamato CymaScope, ideato dagli ingegneri acustici dell'organizzazione Speak Dolphin, che traduce in immagini la struttura dei "clic" e dei fischi di questi cetacei. Se è vero, come sostengono molti etologi, che i delfini vedono attraverso i suoni un po' come succede a noi con le ecografie, decifrare questi "geroglifici" animali potrebbe voler dire instaurare, un giorno, un dialogo proficuo con le più amate tra le creature marine.

Entro fine anno il telescopio spaziale Kepler completerà la collezione di dati relativi a una porzione di spazio nella costellazione del Cigno e sapremo con sicurezza se lì c'è una seconda Terra.

In base ai dati raccolti in tre anni di osservazioni attraverso gli strumenti del telescopio spaziale Kepler gli astronomi hanno stilato un elenco di sistemi e pianeti che potrebbero avere (o avere avuto) caratteristiche o condizioni compatibili con quelle del sistema Sole-Terra, assunto come riferimento nella ricerca di un pianeta simile al nostro. L'elenco dei candidati è sorprendentemente lungo: solo a dicembre se ne sono aggiunti tre, Kepler-20e, Kepler-20f e Kepler-22b.

Questa abbondanza è la prova dell'esistenza di pianeti che possono essere una seconda Terra?

Gli aspiranti al titolo di "Terra 2" devono però avere una serie di caratteristiche, non basta che siano rocciosi o semplicemente grandi quanto la Terra. Prendiamo il caso di Kepler-20e e 20f, entrambi nel sistema Kepler-20, a un migliaio di anni luce da noi.

LA DIMENSIONE Benché i due pianeti siano grandi più o meno quanto la Terra, orbitano attorno a Kepler-20 a una distanza prossima a quella di Mercurio dal Sole in poco più di 6 (20e) e 19 (20f) giorni. Sono troppo vicini alla loro stella e perciò troppo caldi perché ci sia acqua, elemento indispensabile alla vita biologica così come la conosciamo. E un anno di 6 o 19 giorni è decisamente troppo breve per la nostra esperienza. Per approfondire questi aspetti dei pianeti di Kepler-20 vedi "Pianeti dal passato rovente", di Mario di Martino, il nostro esperto di astronomia.

LA DISTANZA Sembrava più promettente Kepler-22b, pianeta di Kepler-22 (stella che sta, assieme a Kepler-20 e ad altre 100.000 circa, nel settore di spazio studiato dal telescopio), scoperto a inizio dicembre. 22b è all'interno di quella che per noi è la zona abitabile (la "giusta" distanza stella-pianeta) e ruota attorno al suo sole in 290 giorni. Purtroppo è grande quasi due volte e mezza la Terra e allo stato attuale non ci è possibile definire il suo stato fisico: è solido? Gassoso? Qualcosa di intermedio tra uno stato e l'altro?

La possibile Terra 2, insomma, è tale
SE orbita attorno a una stella simile al Sole
E ha dimensioni vicine a quelle della Terra
E dista dal suo sole più o meno quanto noi dal nostro.

Le tre condizioni sono necessarie, nessuna delle tre è da sola sufficiente. Perché dunque siamo ragionevolmente sicuri di poter dare una risposta, per i numerosi candidati, entro il 2012?

Per dire l'ultima parola sugli oggetti che sta catalogando, il telescopio spaziale Kepler ha bisogno di tre anni e mezzo, ossia il tempo necessario a collezionare 4 "transiti" per candidato (il transito è il passaggio del pianeta davanti alla sua stella, evento che viene rivelato da una variazione di luminosità della stella stessa) in quel braccio della costellazione del Cigno (Cygnus) che sta analizzando, composto da circa 100.000 stelle.

Kepler ha iniziato a lavorare nella primavera del 2009 perciò, sommando i tre anni e mezzo, entro la fine del 2012 dovremmo avere misure complete e l'identificazione ultima dei candidati ideali al titolo di "Terra 2". Se ce ne sono e se sono lì dove stiamo guardando, è naturale.

Se da un certo punto di vista l'estinzione di varie specie di esseri viventi è un fenomeno naturale, che si ripete ciclicamente dalla nascita del nostro pianeta, le prime cinque grandi estinzioni di massa - l'ultima delle quali, avvenuta circa 65 milioni di anni fa, ha cancellato i dinosauri e il 76% di tutti gli esseri viventi - si sono compiute nell'arco di periodi geologici relativamente lunghi.

Nell'ultimo secolo, invece, la decimazione di intere specie animali è avvenuta con l'acceleratore premuto: si parla di 10 mila specie scomparse in soli 100 anni. Un ritmo serrato e innaturale, dettato dallo sviluppo, in questo lasso di tempo, di attività umane come il disboscamento, la distruzione di habitat a fini commerciali, l'emissione di gas inquinanti. E l'evoluzione di nuovi esseri viventi non tiene il passo con le perdite.

Anche il 2012 vedrà l'estinzione di decine di specie animali? E quali?

Per preoccuparsi basta leggere quanto denuncia Conservation International, un'organizzazione no profit che si occupa della tutela della biodiversità:

Alcune specie sono attualmente in balia di epidemie mortali: i pipistrelli del Nord America (Myotis lucifugus) e altre specie continentali europee, per esempio, sono decimati dalla sindrome del naso bianco, un fungo che ha già causato la morte di almeno un milione di esemplari negli Stati Uniti: vedi il pdf "Linee Guida per la prevenzione della White Nose Syndrome", diffuso dalla Federazione speleologica Campana. E i diavoli della Tasmania (Sarcophilus harrisii) sono alle prese con un tipo di cancro facciale che si trasmette con rapidità sorprendente da un animale all'altro: per eventuali approfondimenti vi rimandiamo a una ricerca pubblicata da Pnas.org (Proceedings of the National Academy of Sciences of the Usa) e a un irriverente - e intelligente - articolo di Mariano Rocchi (dipartimento di genetica e biologia dell'Università di Bari) dal titolo "Il diavolo della Tasmania e le patate irlandesi".

Decine di animali e vegetali sono in effetti già considerati estinti e potrebbero essere dichiarati completamente scomparsi nei prossimi mesi. Alcuni esempi? Il rospo dello Wyoming (Anaxyrus baxteri), la Cyanea superba, una pianta endemica delle isole Hawaii, la tartaruga a guscio molle scura (Nilssonia nigricans), l'orice dalle corna a sciabola (Oryx dammah). La International Union for Conservation of Nature and Natural Resources (Iucn) pubblica e aggiorna un altro elenco inquietante, quello delle specie "Critically Endangered", ossia a rischio critico (vedi).

L'uomo è responsabile di gran parte delle cause dell'estinzione animale e rappresenta al contempo una possibile soluzione - o almeno, un possibile palliativo - al problema.

Tutela della biodiversità, programmi di riproduzione in cattività e maggiore attenzione agli habitat delle specie più a rischio possono tamponare la situazione. Per rimboccarsi le maniche è sempre l'anno giusto.

Settembre 2011, l'analisi dei dati di un esperimento condotto tra l'acceleratore di particelle Lhc (Cern) e i Laboratori nazionali del Gran Sasso suggerisce che particelle elementari dotate di massa, i neutrini, possono viaggiare a una velocità superiore a quella della luce (vedi). Novembre 2011, i dati raccolti nel corso di due esperimenti condotti in modo indipendente, sempre all'Lhc, sembrano confermare l'esistenza del bosone di Higgs, particella elementare a cui la fisica attribuisce la proprietà di determinare la massa di tutte le altre particelle (e per questo motivo si ritrova appiccicata l'etichetta di "particella di Dio", rifiutata però da Peter Higgs e negli ambienti scientifici formali).

Entrambi gli annunci hanno avuto grande risonanza: i neutrini superluminali perché (si è detto con troppa leggerezza) mettono in dubbio Einstein e la teoria della Relatività Generale, i bosoni di Higgs perché, per il nostro modello della fisica, sono il componente ultimo della materia, quello da cui la materia stessa prende corpo.

L'autorevolezza del Cern e degli scienziati che hanno condotto gli esperimenti bastano per affermare che i dati sono esatti e corrispondono alla realtà o servono altre conferme?

Sapere con certezza che una particella dotata di massa può superare la velocità della luce costringerebbe i fisici a riconsiderare la teoria della Relatività Generale, che descrive la forza di gravità tra i corpi celesti non come una "forza" esercitata istantaneamente (e perciò a velocità infinita) ma come effetto della distorsione dello spazio-tempo prodotta dai corpi stessi. Un corpo, per esempio il Sole, deformerebbe lo spazio circostante, nel quale un altro corpo - per esempio la Terra - "rotola", come fosse una pallina nel piatto della roulette, costretta nel suo percorso dalla geometria del piano in cui si trova.

Questa costruzione, che è la teoria della gravitazione attualmente condivisa, nasce dall'idea che nulla possa viaggiare più veloce della luce e l'esistenza di particelle che ignorano questo limite metterebbe in discussione la teoria.

Di segno opposto è invece la scoperta dei bosoni di Higgs che, se confermata, sarebbe a sua volta una potente conferma per il Modello Standard della fisica. Si può anzi dire che la cosiddetta particella di Dio era uno dei principali obiettivi del più potente strumento di indagine e interazione con la materia mai costruito dall'uomo, l'Lhc, un acceleratore di particelle di 27 chilometri a un centinaio di metri di profondità, nel sottosuolo tra Francia e Svizzera.

La particella ipotizzata nel 1964 dal fisico britannico Peter Higgs "per dare coerenza al Modello Standard" è necessaria per giustificare la massa di tutte le altre particelle: secondo il Modello Standard la massa delle particelle dipenderebbe infatti da quanto intensamente interagiscono con il bosone di Higgs.

Se però i dati degli esperimenti di novembre non venissero confermati, le conseguenze per la fisica sarebbero sì serie, ma non quanto l'idea di particelle più veloci della luce, perché dalla teorie supersimmetriche alla proliferazione di nuovi tipi di particelle di Higgs, non mancano candidati al posto di "most wanted", più ricercato, della fisica.

Quello che la scienza si appresta a fare è una profonda analisi dei metodi usati per elaborare i dati del Cern, perché i punti deboli delle ricerche in questione potrebbero proprio nascondersi lì.

Si stanno, è vero, predisponendo anche esperimenti di controllo con i neutrini, negli Stati Uniti e in Giappone, ma alla fine la conferma o la smentita arriverà dalla "revisione dei conti", che sarà completata entro pochi mesi.

La Grande Piramide di Giza, fatta erigere dal faraone Cheope intorno al 2570 a.C., è la più famosa della necropoli situata nei pressi del Cairo e forse il luogo più visitato di tutto l'Egitto. Ma a più di 4500 anni dalla sua costruzione, il mausoleo nasconde ancora numerosi segreti. Da circa un ventennio gli archeologi stanno cercando di scoprire che cosa si celi dietro a quattro cunicoli ancora parzialmente inesplorati, scavati all'interno del monumento.

Sarà questo l'anno in cui finalmente capiremo dove conducono le gallerie? Sveleremo il mistero delle camere segrete della Piramide di Cheope?

Stop forzato. Nuove rivelazioni su questo argomento erano già attese per il 2011, ma i disordini politici scoppiati in Egitto hanno costretto gli archeologi a sospendere i lavori. Il progetto di esplorazione delle gallerie è stato così congelato nella sua fase più promettente, proprio quando iniziavano ad arrivare le prime immagini inviate dai robot in esplorazione nei cunicoli.

Ora il Supreme Council of Antiquities (Sca), l'organismo del Ministero della Cultura egiziano responsabile della regolamentazione degli scavi archeologici, sta progressivamente ricominciando a concedere i permessi necessari a proseguire i lavori. Una volta ottenuto il via libera, le prime risposte sulla vera natura e funzione dei cunicoli si dovrebbero ottenere già quest'anno.

L'esistenza dei quattro angusti cunicoli è nota dal 1872. Due di questi hanno origine nella cosiddetta "Camera del Re" e sfociano all'aria aperta. La loro funzione non è ancora del tutto chiara, anche se si ipotizza siano condotti di areazione o aperture associate alla credenza che l'anima del defunto sovrano potesse tramite questi passaggi raggiungere l'aldilà. Altri due tunnel, delle dimensioni di 20 cm per lato, si estendono dalle pareti nord e sud della Camera della Regina e conducono a due porte di pietra con maniglie in rame. È intorno a due queste ultime gallerie che si infittisce il mistero.

Le esplorazioni robotiche dei due condotti sono iniziate nel 1993, ma solo qualche mese fa sono arrivate le prime immagini di geroglifici non ancora decifrati situati sulle pareti della camera segreta che si trova oltre la porta di pietra del condotto sud. Potrebbe trattarsi di segni numerici che identificano le dimensioni del tunnel, di antichi graffiti indicanti una data lasciati da un lavoratore o, ancora, di simboli dal significato religioso.