| Con il nuovo piano spaziale, presentato dal Presidente Bush il 14 gennaio 2004, per la NASA si prospettano nuove impegnative sfide da affrontare. Da un lato il ritorno dell’uomo sulla Luna e le missioni di esplorazione umana di Marte renderanno necessaria la progettazione di nuovi veicoli spaziali abitabili per lunghi periodi di tempo e dotati della strumentazione scientifica adatta; dall’altro, con l’arrivo della sonda New Horizons in prossimità del pianeta Plutone nel luglio del 2015 si completerà un primo ciclo di esplorazione del Sistema Solare che ci avrà consentito di raccogliere preziose informazioni su di esso. Diverrà così necessario il concepimento di sonde che orbitino per periodi prolungati attorno a una molteplicità di pianeti e satelliti in una stessa missione perché si possano ottenere informazioni più precise, utili a definirne meglio le caratteristiche morfologiche, geodinamiche e di fisica dell’atmosfera e, possibilmente, a rispondere all’annosa domanda sulla possibile presenza di forme di vita al di fuori della Terra.
Sebbene siano di natura manifestamente diversa, per tutte le missioni spaziali del futuro la NASA dovrà affrontare e risolvere un problema che le accomuna: il risparmio nei consumi di carburante. Gli equipaggi delle navette avranno bisogno di spazio per poterci vivere confortevolmente e per stoccare adeguate quantità di provviste; le sonde meccaniche dovranno poter trasportare una variegata strumentazione scientifica comprendente veri e propri laboratori di analisi dei campioni prelevati in volo.
Nelle missioni Apollo, lanciate dal ’63 al ‘72 alla volta della Luna e in orbita intorno alla Terra dai potenti razzi “Saturn V”, il carburante costituiva il 60% della massa. Le sonde Voyager I e II, lanciate nel 1977 a bordo di razzi Titan IIIE Centaur D-1T e protagoniste di un tour che le ha portate nelle vicinanze di Giove, Saturno, Urano e Nettuno e ora arrivate ai confini del Sistema Solare, il carburante occupava il 46% del volume. Nelle nostre automobili ammonta più o meno al 5%.
Mentre da un lato gli enti spaziali stanno lavorando alla ricerca di nuove tipologie di propulsori a basso consumo, alcuni dei quali, per esempio il motore a propulsione ionica, sono già in sperimentazione, Shane Ross, ora alla University of Southern California e un gruppo di ricercatori del California Institute of Technology si sono chiesti se la natura stessa nascondesse soluzioni plausibili al problema.
Le premesse c’erano tutte: dall’osservazione dei pianeti Kepler desunse nel Seicento le leggi sulle loro orbite, poi Newton pochi anni dopo ne individuò nella gravitazione una delle cause ed Einstein, due secoli e mezzo più tardi, declamò l’universalità della forza di gravità e la inquadrò nella teoria della relatività: lo spazio è un tessuto di spazio-tempo deformato dalle masse in esso presenti. Oggi, con la strumentazione sofisticata della quale disponiamo, siamo arrivati a constatarne l’ubiquità fino ai limiti dell’universo e il ruolo chiave da essa giocato dalla nascita di questo.
Già da principio tuttavia non si riuscì a risolvere un particolare problema: l’interazione di due corpi di massa planetaria o stellare con un terzo corpo di massa trascurabile rispetto a questi. Perfino Newton, gettando la spugna, ne proclamò l’irresolubilità. Per i viaggi sulla luna si erano sempre scelte costose traiettorie dirette e calcolate le interazioni gravitazionali delle navette prima con la Terra e poi con il suo satellite.
Ross si è ispirato allora a eventi naturali dall’osservazione dei quali si potessero formulare ipotesi e sviluppare teorie che fornissero gli elementi necessari per fare luce sul problema. Tra gli oggetti ritenuti adatti vi erano gli asteroidi e le comete e una di queste, Oterma che graziò il Sistema Solare della sua presenza tra il 1910 e il 1980, lasciava notevolmente perplessi per la sua traiettoria quanto mai bizzarra: eseguì infatti dapprima una serie di rivoluzioni intorno al Sole oltre l’orbita di Giove, poi si avvicinò pericolosamente a questo per passare invece ad orbitare tra il Sole e Giove e quindi riprese il suo cammino all’esterno. Era chiaro per gli studiosi che il tessuto spazio-temporale plasmato dalla gravità del Sole e di Giove dovesse avere una morfologia che rendesse possibile un tale balletto. D’altronde già nel diciottesimo secolo i matematici Lagrange ed Eulero avevano postulato nel sistema Terra-Sole l’esistenza di ben cinque punti a gravità zero, denominati per l’appunto punti di Lagrange.
Ross, seguendo un percorso tracciato nel diciannovesimo secolo dal matematico francese Henri Poincaré, ha provato allora a rappresentare la morfologia gravitazionale dello spazio-tempo generata dai vari pianeti in orbita intorno al Sole e satelliti intorno al loro pianeta mediante un sistema di riferimento che ruota pure esso e ha così scoperto un paesaggio costituito da veri e propri rilievi di alta e valli di bassa gravità, queste ultime in realtà dalla forma di veri e propri tubi che attraversano l’intero Sistema Solare. Ha poi subito constatato che per il passaggio dalla superficie di un tubo a quella di uno attiguo è necessario il transito in prossimità di un punto di Lagrange e un cambiamento di velocità per il quale è richiesto un minimo dispendio di energia, proprio come era accaduto alla cometa Oterma.
La NASA dal canto suo ha colto al balzo l’occasione progettando la sonda Genesis, inviata nell’agosto 2001 in orbita intorno al punto di Lagrange a un milione e mezzo di chilometri dalla Terra verso il Sole. Lì ha dispiegato dei grandi cesti e raccolto campioni di vento solare; poi è stata fatta rientrare sulla Terra nell’agosto 2004 non prima di avere evitato il nostro pianeta una volta e tracciato una semi-orbita intorno al punto di Lagrange opposto, quello lontano dal Sole, esibendosi in una danza celeste eseguita scivolando proprio sulle pareti dei tubi a bassa gravità che Ross aveva calcolato. Nella sonda Genesis, nonostante i 32 milioni di chilometri complessivamente percorsi, il volume occupato dal combustibile non superava il 5%, proprio come nella nostra macchina in garage. Sono dunque già diventate realtà le autostrade gravitazionali |
