Satelliti artificiali A cura di ALES SANDRA SARRA 3F 2008-2009 Insegnante Adriana Lanza

COSA SONO? COSA FANNO? I satelliti artificiali sono veicoli spaziali di varia forma e peso, lanciati nello spazio e posti in orbita intorno alla Terra o ad altri corpi celesti. Per entrare in orbita, essi devono essere lanciati da un razzo vettore. Il successo dei satelliti artificiali sta nel fatto che quando sono in orbita hanno bisogno di poca manutenzione e,nella maggior parte dei casi,si autoalimentano mediante lo sfruttamento dell’energia solare. Il primo lancio satellitare coronato da successo fu effettuato dall’Unione Sovietica il 4 ottobre 1957:lo Sputnik 1, posto in orbita attorno alla Terra,alla quale inviava segnali radio. I COMPITI DI UN SATELLITE: I satelliti hanno diverse funzioni come, studiare la forma della Terra,la densità degli strati superiori dell’atmosfera e le radiazioni cosmiche;possono fornire informazioni sul tempo,sulla geologia,sulla glaciologia ecc..I satelliti vengono quindi impiegati per diversi scopi: militari attività e ricerche scientifiche Metereologici ausilio alla navigazione (Transit) Telecomunicazioni.

MAPPATURA DEL CAMPO GRAVITAZIONALE TERRESTRE eseguita nella missione GOCE Immagine del geoide che rappresenta l'esatta forma della Terra in relazione alla forza di gravità. Il geoide, infatti, è definito come la superficie normale in ogni punto alla direzione della verticale, cioè alla direzione della forza gravitazionale. (ESA)

La migliore conoscenza del campo gravitazionale -ricorda l’Esa- è uno dei pilastri su cui si regge la comprensione della Terra e dei suoi meccanismi». «Eseguendo la mappatura del campo gravitazionale con precisione senza precedenti, la missione Goce realizza una vasta serie di affascinanti nuove possibilità per i campi dell’oceanografia, della fisica dei solidi terrestri, della geodesia e delle ricerche marine, migliorando anche -conclude l’Agenzia spaziale europea- la nostra comprensione del cambiamento climatico».

LA FISICA DEI SATELLITI QUALI SONO LE FORZE CHE AGISCONO SU DI ESSI? Un satellite che gira attorno alla Terra su un’orbita circolare è soggetto alla forza di gravità che << cerca >> di farlo precipitare sulla Terra stessa e alla forza centrifuga che <<cerca>> di farlo allontanare. Per la legge di gravitazione universale la forza gravitazionale si calcola: In questa espressione, m ed M sono le due masse, rispettivamente del satellite e della Terra, r è la distanza tra le masse e G è una costante chiamata costante di gravitazione universale e il suo valore è :

Invece ,dalle leggi del moto circolare uniforme , sappiamo che la forza centrifuga è data dalla formula:

VELOCITA’ ORBITALE Per far si che il satellite non precipiti ma ruoti attorno ad un corpo, la forza centrifuga deve essere uguale alla forza gravitazionale. Si deduce quindi che deve esserci un preciso legame tra velocità orbitale e raggio dell’orbita:

DOVE SI TROVA LA BASE DI LANCIO? La base di lancio si trova a Kourou nella Guyana-Francese (America del Sud, vicino all’equatore).

UN PO’ DI STORIA: l’inizio dell’era spaziale

Con il lancio dello Sputnik 1 l'Unione Sovietica prese in contropiede gli Stati Uniti, che solo il 31 gennaio 1958 mandarono in orbita il loro primo satellite: l'Explorer 1. Gli strumenti a bordo dello Sputnik 1 rimasero funzionanti per 21 giorni. Lo Sputnik 1 era formato solo da una sfera pressurizzata di alluminio e da 4 lunghe antenne. Bruciò durante il rientro in atmosfera il 3 gennaio 1958.

SPAZZATURA SPAZIALE Col termine di “spazzatura spaziale” viene definito l’insieme di detriti di origine artificiale che è ormai alla deriva nel cosmo. Fino ad oggi sono stati lanciati nello spazio migliaia di satelliti che creano problemi anche all’ambiente.

Planck: l’ultimo satellite lanciato nello spazio Il 14 Maggio 2009, è stato lanciato dall’ESA, grazie al grande razzo Ariane 5, un nuovo satellite nello spazio. Il nuovo satellite in orbita si chiama Planck e viaggia in compagnia di un altro satellite Herschel,alto 7 metri; entrambi i satelliti sono potentissimi telescopi.

Lo scopo degli studi legati a questo evento è stabilire, con maggior precisione rispetto agli studi precedenti, l’età del cosmo. Mentre Planck osserva l’origine delle strutture celesti, Herschel va alla scoperta della nascita delle galassie, qualche miliardo di anni dopo il Big Bang.

Herschel esplora il cielo con un dettaglio mai raggiunto prima, alla ricerca delle molecole nelle nubi tra le stelle, cercando di verificare se alcune di esse possono aver dato origine alla vita e come sono distribuite nell’universo. Mentre Planck realizza la mappa di tutto il cielo, Herschel è un osservatorio: può essere puntato verso regioni determinate, in funzione delle osservazioni richieste dagli scienziati.

Sono stati montati, con un opportuno adattatore per il lancio, Herschel sopra Planck, nella punta del razzo. L’insieme dei due satelliti è alto circa 12 metri! Dopo il lancio dalla base di Kourou e l’inserimento nella traiettoria che li porta verso la loro comune destinazione,i due satelliti sono separati mediante delle cariche esplosive.

Essi sono stati costruiti per resistere sia alle tremende vibrazioni al momento del lancio che all’urto violento nella separazione. Viaggiano quindi insieme per circa un mese verso la loro destinazione, il punto di equilibrio del sistema Terra-Sole. Lì orbiteranno seguendo una traiettoria che ricorda un ‘8’ entrambi accuratamente protetti dal calore del Sole da grandi schermi, ma traendo da esso l’energia per funzionare mediante pannelli solari.

L’ORIGINE DELL’UNIVERSO Per stabilire l’origine dell’universo e la sua età, i satelliti rileveranno la radiazione cosmica di fondo (CMB Cosmic Microwave Background) che permea il nostro universo fin dalle sue epoche primordiali (da circa 13.7 miliardi di anni). Essa è stata “emessa” 380.000 anni dopo il Big Bang. Prima di questa emissione, l’universo era estremamente caldo e denso tanto che la radiazione, gli elettroni,i protoni e le altre particelle subatomiche costituivano un unico plasma, detto “brodo” primordiale. Per questo motivo l’universo era opaco e la radiazione (o luce) non poteva diffondersi liberamente.

Già nel 1989 il satellite Cobe aveva mostrato la distribuzione delle radiazioni di fondo presenti nel cosmo e questa scoperta era valsa il premio Nobel per la fisica nel 2006. Nel 2001, il satellite Wilkinson ha permesso agli scienziati di ricostruire l’immagine dell’universo di oltre 13 miliardi di anni fa quando era un insieme di radiazioni. La mappa creata da Wilkinson ha rilevato anche che le prime stelle furono create solo 200.000.000 di anni dopo il Big Bang.

Lo scienziato italiano che guarderà l’origine dell’universo Agli studi,durati diciassette anni,che hanno permesso di realizzare i nuovi satelliti ha partecipato lo scienziato italiano Reno Mandolesi, direttore dell’istituto di fisica cosmica dell’istitituto nazionale di astrofisica a Bologna; lo studioso controllerà uno dei due telescopi imbarcati su Planck.

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