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Trascrizione

Siamo prigionieri sulla Terra. L’universo ci deride, mostrandoci tutti i luoghi che non potremo mai visitare.

Ad ogni modo, se le nostre specie vogliono avere aspettative di vita durevoli,

dobbiamo fuggire dalla nostra prigione.

Ma cosa ci trattiene principalmente qui sulla Terra?

Risulta che siamo in debito con l’universo da 4,5 miliardi di anni.

Si ringrazia Aleandro Di Loreto ({WhiskeyInTheJ4r) e Mattia Lussana ({Mattia) per la traduzione.

Una prigione costituita da energia

Nell’universo ogni corpo con massa attira a sé altri corpi con massa.

Chiamiamo questo fenomeno “gravità”.

Più sei vicino ad un corpo con massa, più aumenta l’attrazione gravitazionale che ti attira verso quel corpo.

Questo fenomeno ci tiene prigionieri sulla Terra.

Possiamo immaginarlo come l’essere prigionieri in una prigione gravitazionale, o un pozzo gravitazionale.

Non è letteralmente un pozzo, ma è un buon esempio per capire come funziona.

Essere in una prigione gravitazionale significa che sei debitore di energia verso la gravità.

Ma come puoi essere in debito di energia?

Nel nostro universo i corpi non cambiano volontariamente la propria velocità o direzione.

Per poterle muovere, devi impiegare dell’energia.

Miliardi di anni fa l’attrazione gravitazionale di trilioni e trilioni di particelle stellari che orbitavano

attorno al Sole, le ha raggruppate finché non formarono un pianeta.

Questo processo impiegò energia e creò il pozzo gravitazionale di cui adesso facciamo parte.

Più sei immerso nel pozzo gravitazionale, più si è in debito di energia con la gravità

Se non trovi un modo per avere abbastanza energia, non sarai in grado di andartene qualsiasi cosa fai.

Perché i tuoi atomi erano inizialmente parte della polvere su cui l’universo ha impiegato energia per espandersi fino allo stato attuale.

Ok. Hmm… Ricapitoliamo quanto detto ancora una volta.

Nell’universo i corpi non si muovono. Bisogna convincerli a farlo tramite l’energia.

La gravità ha usato energia per convincere le particelle che costituiscono il nostro pianeta ad aggregarsi.

Questo processo ha creato un campo gravitazionale che ci imprigiona.

Per fuggire da questo, dobbiamo impiegare energia.

Ok. Come possiamo farlo?

“Fuggire” dal campo gravitazionale

Per andare nello spazio dobbiamo analizzare un processo complicato di scambio di energia.

Per questo scopo abbiamo costruito delle macchine che restituiscono energia potenziale negativa.

Conosciuti anche con il nome più noioso di “razzi”!

I razzi funzionano grazie alle più potenti reazioni chimiche ed energetiche che l’uomo conosca

in pratica per far esplodere il combustibile in maniera controllata.

Questo processo converte l’energia chimica in energia cinetica.

I gas di scarico della reazione sono diretti verso l’esterno,

e spingono il razzo lontano dalla Terra.

Impiegando grandi risorse energetiche, stiamo aumentando il nostro potenziale energetico gravitazionale.

Che è un modo complicato per dire che stiamo ripagando il nostro debito di energia alla gravità.

Ma in realtà il discorso è molto più complicato.

Quando si brucia combustibile per entrare in orbita,

si perde molta energia per il riscaldamento, per i gas di scarico e per la resistenza atmosferica,

dunque si ha bisogno di molta più energia!

E non si può solo posizionare una grossa quantità di materiale radioattivo e davvero esplosivo

vicino al missile da lanciare e farla detonare.

Si ha bisogno di una combustione controllata,

che è complicata e rende il razzo davvero pesante

… il che significa che il missile ha più massa.

Più massa si ha, più energia si deve “spendere” per muoverlo,

dunque si ha bisogno di più carburante per far decollare il razzo.

Ma, se si ha bisogno di più carburante, significa che c’è bisogno più spazio per trasportare quel carburante.

Ciò rende il missile più pesante, dunque più carburante, dunque più spazio

per trasportare il carburante aggiuntivo e così via.

Alla fine di questa follia, si ha bisogno di circa 100 volte il peso del carico iniziale per farlo decollare.

Ariane 6 (il missile europeo), per esempio peserà 800 tonnellate e dovrebbe essere in grado

di trasportare 10 tonnellate nell’orbita di trasferimento geostazionaria

o 20 tonnellate nell’orbita terrestre media.

Ma un razzo può produrre solo una determinata propulsione,

sicché c’è un peso massimo oltre il quale semplicemente non decollerà.

Se si aggiunge troppo peso, il razzo non decollerà.

Dunque non si possono semplicemente costruire serbatoi sempre più grandi.

Questa è la tirannia della teoria dell’equazione di un missile

e significa che i viaggi nello spazio non diventeranno mai facili.

Ma aspetta, la situazione peggiora.

Raggiungere lo spazio non va ancora abbastanza bene…

Si è ancora all’interno della prigione gravitazionale ai bordi dello spazio

e ci schianteremmo di nuovo sulla Terra.

Stare nello spazio è molto più difficile che arrivarci.

Per raggiungere una posizione stabile, in cui possa rimanere per un certo periodo,

il razzo ha bisogno di raggiungere un’orbita terrestre bassa (tra i 160 e i 2000 km di altitudine).

Per farlo, il razzo ha bisogno di molta energia cinetica, il che significa andare estremamente veloci.

Ad un’altitudine di circa 100 km, sarebbero 8 km/s,

cioè 28 mila km/h, sufficienti per fare il giro della Terra in 90 minuti.

Qui possiamo usare un trucco.

Al posto di volare verso l’alto, possiamo andare di traverso!

La Terra è una sfera.

Perciò se si viaggia di traverso abbastanza velocemente, anche se si sta cadendo verso la Terra,

il suolo si allontanerà sotto di noi.

Perciò, fin quando si è al di sopra dell’atmosfera (di circa 100 km), rimarremo in orbita nello spazio.

Questo è quello che fa l’ISS: cadere attorno alla terra usando energia di tanto in tanto

per rimanere sufficientemente veloce.

Se guardiamo alle orbite in scala, vediamo che l’orbita vicina alla Terra è ridicolosamente vicina al pianeta

Per lanciare, ad esempio, i satelliti verso altri pianeti c’è bisogno di impiegare nuovamente energia.

Arrivare in orbita è la parte più difficile dei viaggi spaziali per noi al momento.

Per esempio, se vogliamo mandare un razzo su Marte, metà dell’energia è già spesa per arrivare in orbita

e la restante metà serve per raggiungere Marte nei 55 milioni di km rimanenti.

Perciò, per essere il più efficaci possibili, i razzi non sono costruiti in un unico grande blocco.

Invece, si usano razzi con più moduli.

Non si ha necessità di trasportare una cisterna del carburante vuota, perciò i razzi la sganciano.

I missili attuali sostituiscono i propulsori e il corpo principale quando salgono, e ogni parte successiva è

un razzo indipendente, completo di un motore e carburante propri.

Ok. Dunque questi sono i motivi per cui è difficile arrivare nello spazio.

Se tutto quanto detto ti sembra troppo complicato, non ti preoccupare.

È letteralmente la scienza su cui si basano i missili.

Questo video è stato reso possibile in parte da una sponsorizzazione da Airbus Safran Launchers

e Arianespace, che stanno preparando il loro razzo Ariane 6 per il lancio nello spazio nel 2020.

Per saperne di più riguardo al razzo cliccate qui.

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Se adesso avete voglia di più roba sullo spazio: ecco una playlist per voi.