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Viaggi virtuali dentro Urano TRA INFORMATICA E ASTRONOMIA Viaggi virtuali dentro Urano Il computer oggi permette di simulare i mondi alieni IL computer come l'oblò di un'astronave. Sullo schermo fluo�rescente si rincorrono scenari extraterrestri sotto le forme asetti�che dei diagrammi di fase, rivelando il comportamento di atomi e moleco�le sui pianeti gassosi esterni del sistema solare, inaccessibili all'inda�gine diretta dell'osservatore. Si stu�dia cos' il comportamento di moleco�le che vengono a trovarsi in condi�zioni di temperatura e di pressione che sarebbe impossibile e comun�que estremamente costoso ripro�durre in laboratorio. Cos�la simula�zione ricostruisce la struttura di mondi alieni, orientando i planetologi nelle loro ricerche e anticipando magari Io scoperte che attendono gli esploratori di domani. E' la strada su cui si è inserito da alcuni anni un gruppo di specialisti di fisica della materia che lavorano a Trieste e che fanno capo alla Sissa (Scuola internazionale superiore di studi avanzati) e al Centro interna�zionale di fisica teorica «Abdus Salam», che ha la sua sede a Miramare, nei dintorni di Trieste. Una esplorazione virtuale capace di met�tere i ricercatori di fronte a grandi sorpreso e di proporre nuove solu�zioni. Spiegano Guido Chiarolti, San�dro Scandolo ed Erio Tosarti: «Con il computer siamo in grado di simula�re il comportamento delle sostanze chimiche in gioco, modificando a volontà i due parametri-chiave: la temperatura e la pressione. Il punto di partenza è l'equazione di Schroedinger che descrive le interazioni quantistiche fra elettroni, atomi e molecole. Poi riproduciamo virtual�mente su un calcolatore ciò che accade alla materia a causa di queste interazioni, servendoci, con le opportune modifiche, di un meto�do di simulazione messo a punto qu i a Trieste da Car e Parrinollo negli Anni 80. Un metodo oggi largamen�te impiegato in chimica, in Tisica e ora anche in biochimica. Il software viene quindi fatto girare su un supercomputer parallelo del Cineca di Bologna». I primi obiettivi di queste indagi�ni sono stati Urano e Nettuno, i due grandi pianeti gassosi posti ai confi�ni del sistema solare, appena prima del piccolo Plutone. Quasi tutto ciò che sappiamo di quei pianeti lo dobbiamo agli strumenti del «Voyager 2», la sonda della Nasa che li avvicinò durante la sua fantastica crociera nel sistema solare, durante la quale visitò anche gli altri due pianeti giganti. Giove e Saturno. Nel 1986 avvenne l'incontro con Urano (scoperto nel 1781 da William Herschel), una sfera verde-blu su cui non è stato possibile distinguere alcun dettaglio; nel 1989 quello con Nettuno, che si rivelò un bellissimo e lucente (|lobo azzurro, solcato da tenui nubi bianche trascinate da violentissime tempeste e segnato da una grande macchia scura, un vorti�ce di gas simile alIVocchio» rossa�stro che caratterizza Giove. Grazie al «Voyager» oggi disponia�mo di molte informazioni sulla com�posizione chimica di Urano e di Nettuno, entrambi avvolti da una compatta atmosfera ricca di idroge�no, elio e melano. Ma resta tuttora enigmatica la struttura interna di questi pianeti. Quali bizzarri aspetti assume la materia quando viene sottoposta a condizioni di tempera�tura e pressione per noi inimmagina�bili? E qual ò l'origine dell'intenso campo magnetico registrato dal vei�colo interplanetario americano, la cui scoperta fu un'autentica sorpre�sa porgli scienziati? I ricercatori triestini si sono concontrati dapprima sul comporta�mento del metano, simulandone il comportamento su Urano e Nettuno e pubblicando le loro conclusioni in un articolo apparso nel marzo di due anni fa su «Science». In sostan�za, mentre negli strati superficiali dei due pianeti il metano forma idrocarburi, a grande profondità, con una pressione di 3 milioni di atmosfere e una temperatura di 5000 gradi, il metano cristallizza in formo analoghe al diamante. Come dire che nelle viscere di Urano e di Nettuno potrebbe celarsi un autentico «tesoro spaziale», pe�raltro fuori dalla portata dell'uomo. Un risultato che ha avuto una certa William Herschel risonanza anche al di fuori della cerchia degli specialisti. Poi Chiarotti, Scando�lo e Tosatti hanno rivol�to la loro at�tenzione al�l'acqua e al�l'ammonia�ca presenti sui due pia�neti. E pure qui non sono mancate le sorprese, raccolte in un secondo lavoro apparso su «Scien�ce» e firmato anche da Carlo Cavazzoni della Sissa, da Marco Bernasco�ni dell'Università di Milano e da Michele Parrinello del Max-PlanckInstitut di Stoccarda. Secondo i planetologi, la coltre atmosferica di Urano e Nettuno nasconde un vasto oceano di «ghiacci caldi» (hot ices) fonnati da metano, acqua e ammoni�aca in proporzioni solari. Vale a dire nella medesima per�centuale che avevano nella nebulo�sa protoplanetaria da cui ebbe origi�ne il sistema solare. Lo strato di ghiacci caldi sottoposto a enormi pressioni e con temperature dai 2000 gradi in su si estende per decine di migliaia di chilometri all'interno dei due pianeti. Ma non siamo ancora in grado di dire se al centro di Urano e Nettuno vi sia o no un piccolo nucleo (core) di metal�li pesanti e silicati. Questi ghiacci caldi si trovano in una condizione assolutamente straordinaria per gli standard terrestri e secondo le simulazioni al computer possono presentarsi in due stati. Q come liquidi metallici densissimi e total�mente ionizzati a pressioni di alme�no 3 milioni di atmosfere e a tempe�rature dell'ordine dei 7000 gradi. Oppure a temperature leggermen�te inferiori sotto forma di solidi super-ionici in cui i protoni (atomi di idrogeno ionizzati) diffondono liberamente all'interno d'una «gab�bia» di ioni ossigeno e ioni azoto. Dicono gli studiosi della Scuola Internazionale superiore di Studi avanzati e del Centro di fisica teori�ca: «E' un po' come se l'acqua in queste condizioni estreme non fosse né liquida né solida, ma assumesse invece contemporaneamente le ca�ratteristiche di entrambe le fasi, dando luogo a un nuovo sorprenden�te stato della materia». E il mistero del campo magnetico? Questo è forse il-risultato più inte�ressante offerto dalle simulazioni. Perché i protoni, all'interno dei ghiacci caldi, creano una corrente che corrisponderebbe proprio a quel�la richiesta dai modelli planetari per generare il campo magnetico registrato dal «Voyager». Una vera e propria corrente di protoni, radical�mente diversa dalle correnti di elet�troni che circolano all'interno del nucleo di ferro-nichel della Terra e che secondo la teoria oggi più accreditata sarebbero responsabili dell'effetto dinamo all'origine del campo magnetico del nostro piane�ta. Le simulazioni, dunque, appaio�no molto convincenti dal punto di vista della fisica della materia. Ora la palla passa ai planetologi. Ma i ricercatori triestini nutrono grande fiducia nei loro risultati. «A questi livelli di sofisticazione affermano la simulazione può raggiungere pra�ticamente la stessa validità del�l'esperimento reale fatto in laborato�rio. Tant'è vero che le nostre predi�zioni di duo anni fa sulla decomposi�zione del metano in idrocarburi sono state ora confermate da un gruppo sperimentale di Berkeley.». Chiarotti si spinge anche più in là: «Secondo alcuni biologi, pressioni di alcune migliaia di atmosfere potreb�bero aver innescato sulla Terra, quattro miliardi di anni fa, la forma�zione di molecole prebiotiche nella crosta superficiale sottostante gli oceani. Le forti pressioni, insomma, avrebbero contribuito in maniera decisiva all'origine della vita sul nostro pianeta. E' un'ipotesi che vale la pena analizzare anche con le nostre simulazioni al computer». Fabio Pagan Un software molto raffinato messo a punto al Centro di fìsica teorica e alia Sissa di Trieste ci fa conoscere il comportamento delle molecole in condizioni extraterrestri :Sono:\wa*dnd*mud,hnno ,'. , ; Polo doll'orbito ■*. ... " : A destrn: diie immagim iiwintc nel 1986 dalln sond.i Voyage'ri"-■/-.. i ■ " ,' ^ / • .98 ■ ; ■ ■ A Poriodo di rivoluziono: 84 anni B^H ^P Temporalura alia soni'miladcllc nubi 210 ' •■ / . p0|0 Sgjj I K9^l .nh Poriodo di rotazlono ) 7 ore c 14minuli ■'.* BLc3I jfc Diilanza media dol Sole: 2870 miliom di thilomol'i -'/ ^ .0 Volume(Terra--1)67 ■ . 'Polo Nord . ^Masjo: (Torra=l |,U,5 ' -l,, jr' . ".^ Oonsild lticqua-1) 1,29 ^P Diamctro equalorialo: 51,1 20 chilonvln 5J^ Nunlorodi.salcllili:T5 Pinno oquatonalc" j Atmo'.fcrb ., Lc blumature ■' 1 ■ di idrogono Hk,. mostrano . . ' Notteo di roccia .Macchio in William Herschel