numero 17 della rivista a l’ ofilo minuscole particelle misteriose arrivano sulla terra...
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by Hayanon
l ’
ASTROFILOsupplemento gratuito alnumero 17 della rivista
versione inglese a cura di Y. Muraki, Y. Noda, Y. Kamide
versione italiana a cura di M. Candidi, M. Laurenza, F. Di Laura
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Avete mai fatto un esame araggi X in ospedale? Nel 1896, un fisico tedesco,Wilhelm Röntgen, meravigliòil mondo con un’immagine diossa catturata tramite l’usodei raggi X. Aveva appenascoperto il nuovo tipo di raggiemessi da un dispositivo ascarica elettrica. Li chiamò,appunto, raggi X. Grazie alla loro alta capacitàdi penetrazione, essi sono ingrado di oltrepassare lacarne. Subito dopo, si scoprìche l’utilizzo eccessivo diraggi X può causare danni alcorpo. Nello stesso anno, uno scien-ziato francese, Antoine Bec-querel, trovò che anche uncomposto di uranio emanavaraggi misteriosi. Con suagrande sorpresa, essi pote-vano imprimere una lastra fo-tografica penetrando la cartaavvolgente e generare un’im-magine del composto di ura-nio. I raggi dell’uranio aveva-no caratteristiche simili aquelle dei raggi X, ma furono
mente usati per scopi medici,quali esami all’interno delcorpo, trattamenti per il can-cro e altri ancora. Comunque,la radiazione può essere dan-nosa se la quantità di esposi-zione non è strettamentecontrollata. Il lavoro sul radio condottodalla Curie portò in seguitoalla scoperta della radiazioneproveniente dallo spazio. Questi raggi, chiamati “raggicosmici” furono scoperti daun fisico austriaco, VictorHess.Sebbene i raggi cosmici ab-biano una grande capacità dipenetrazione, non hanno ef-fetto sugli esseri umani per-ché l’atmosfera della Terra lirende innocui. All’esternodell’atmosfera invece, i raggicosmici diventano una minac-cia per gli astronauti! Questidevono essere protetti dailoro effetti dannosi. Ora, cosa sono i raggi co-smici? In questo fumetto tro-verete la risposta con l’aiutodei vostri amici Mol e Mirubo!
considerati diversi da questiultimi. L’emissione di raggi fu sco-perta anche nel torio da Gerhard Schmidt, in Germa-nia, e da Marie Curie, in Fran-cia, nel 1898. Al fenomenomisterioso fu dato il terminedi “radioattività”. La Curiefece la grandiosa scoperta delradio. Si cominciò ad usarequesto elemento per la ricercadi radioattività, grazie all’ele-vata intensità della sua radia-zione. Si scoprì che è qualchedecina di migliaia di volte piùintensa di quella dell’uranio. Gli scienziati identificarono tretipi di radiazione: particellealfa cariche positivamente,particelle beta cariche negati-vamente e i raggi gamma noncarichi. Nel 1903, Marie Curie, suomarito Pierre e Becquerel vin-sero il premio Nobel per la Fi-sica. Alla Curie fu inoltreconferito il premio Nobel perla Chimica nel 1911. Certi tipi di radiazione, com-presi i raggi X, sono attual-
Le principali sorgenti di raggi cosmici. Fonte ISAS/JAXA
SOLE
SORGENTI NON
IDENTIFICATE
RESIDUI DI
SUPERNOVAE
BUCHI NERI
GETTI DI NUCLEI
GALATTICI
CRAB NEBULA
(PULSAR)
NUCLEI
GALATTICI ATTIVI
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MINUSCOLE PARTICELLEMISTERIOSE ARRIVANO
SULLA TERRA ATTRAVERSANDO
LO SPAZIO
SONO I RAGGI COSMICI !
EVVIVA, L’HOVISTO !
MIRUBO, CANEROBOTICO
MIRUBO, CHECOSA STAI
GUARDANDO?
I RAGGI COSMICI !!
MOL, RAGAZZA APPASSIONATA
DI SCIENZA
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!
RAGGI COSMICI ?COM’è ECCITANTE !
ANDIAMO NELLOSPAZIO ESTERNO
QUESTAVOLTA ?
OK. DUNQUE,
CHE COSA SONO I RAGGI
COSMICI ?
OH, MI STAI PRENDENDOIN GIRO DI NUOVO !
NON è GIUSTO,MIRUBO !
ANCH’IO VO-GLIO VEDERE IRAGGI COSMICI
I RAGGI COSMICIARRIVANO
QUI......E
ANCHEQUI !
COM’è FRU-STRANTE
ORA VADO A CHIEDERE AL
MAESTRO
NON è POSSIBILE, SONO UN PILOTA PRINCI-PIANTE DELLO SPAZIO. UNVIAGGIO SPAZIALE è UN PO’
TROPPO AVANZATO PER ME
SONO FELICE CHE TU L’ABBIA CHIESTO. UNA PARTICELLA DEI RAGGI
COSMICI è DAVVERO MINU- SCOLA, è UN TRILIONESIMO
DI MILLIMETRO
SONO TROPPO PICCOLI PERESSERE VISIBILI ALL’OC-CHIO UMANO, MOL .
OVVIAMENTE IO POSSOVEDERLI CON I
MIEI OCCHI FORMIDABILI !
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MAESTRO, MI SERVE IL
TUOAIUTO
LE PARTICELLE DEIRAGGI COSMICI
SONO ANCORA PIùPICCOLE DEI VIRUS
E NON...
...SI POSSONOVEDERE A
OCCHIO NUDO. MA HO UN’IDEA
UNA CAMERA A NEBBIA ??
WOW ! SAPEVO CHE POTEVI FARLO
PROVIAMO UN ESPERIMENTOCON UNA CAMERA A NEBBIA. PUò ESSERE UN RIVELATORE
DI RAGGI COSMICI
I MATERIALI NECESSARISONO: ETANOLO, GHIACCIOSECCO, COTONE IDROFILO,PELLICOLA DI PLASTICA EUN BICCHIERE ALTO
COME PRIMO PASSO,SI BAGNA IL COTONEIDROFILO CON L’ETA-NOLO E LO SI PONEALL’IMBOCCATURA
DEL BICCHIERE. POI SI COPRE CON LA PELLICOLA DI
PLASTICA E...
...SI CHIUDE ERMETICAMENTE CON UN ELASTICO. INFINE SIMETTE IL BICCHIERE SUL
GHIACCIO SECCO PER RAFFREDDARLO
VUOIVEDEREI RAGGICOSMICI ? Sì, AD
OGNICOSTO !
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SI OSCURA LA STANZA E SIILLUMINA CON UNA TORCIALA NUBE DI VAPORE NEL
BICCHIERE. OSSERVA ATTENTAMENTE LA NEBBIA E VEDRAI...
?UHMMM...
?
EVVIVA !CHE COSA HA
PRODOTTO QUEL BAGLIORE ?
ERA LA TRACCIA DIUN RAGGIO COSMICO
CHE è PASSATO ATTRAVERSO IL
BICCHIERE
LA CREAZIONE DI UNA CAMERA A NEBBIA FU L’IDEA ORIGINALE DEL
FISICO SCOZZESE CHARLES WILSON, AL QUALE FU
CONFERITO NEL 1927 IL PREMIO NOBEL .
IL PROGETTO èSEMPLICE E BENCONGEGNATO
URRAH !HO VISTO UN
RAGGIO COSMICO......LA SUA
TRACCIA, VOGLIO
DIRE
WOW !C’è UN
BAGLIORE !!
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CIRCA 140 PARTICELLEDI RAGGI COSMICI
CADONO SULLA TUASCRIVANIA OGNI
SECONDO !
NOOO ! MA
DAVVERO ?IO POSSO VEDERLE CHIARA-MENTE
CHE COS’ALTROC’è DA SAPERE SUI
RAGGI COSMICI ?
CI SONO DUE TIPI DIRAGGI COSMICI: QUELLI SOLARI
E QUELLI GALATTICI
I RAGGI COSMICISOLARI ARRIVANO SULLA
TERRA POCHE ORE DOPO ESSERSI
FORMATII RAGGI COSMICI
GALATTICI, INVECE, SIFORMANO QUANDO
ESPLODE UNA STELLA...
...E VIAGGIANO ANCHEPER MILIONI DI ANNI
PRIMA DI RAGGIUNGERELA TERRA
ESSICOLPISCONO
IL NOSTRO PIANETAQUASI ALLA VELOCITà
DELLA LUCE
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CAPISCO !POTREMMO
VEDEREPIù TRACCE DI RAGGI
COSMICI SE PROVASSIMO L’ESPERIMENTO ALL’ESTERNO, NON è VERO ?
NO, NON C’è MOLTADIFFERENZA. I RAGGICOSMICI ENTRANO
NELL’EDIFICIO
OLTREPASSANOIL SUOLO, IL
CEMENTO E PERSINO
I NOSTRI CORPI
OPS,è COSì ?! NON
L’AVEVONOTATO !
RICORDO CHEI RAGGI COSMICI
SONO RADIAZIONI
DAVVERO ?!
NON C’è MOTIVO DI PREOCCUPARSI. NON
SONO DANNOSI PER LAVITA FINCHé SIAMO
SULLA TERRA
CHE SOLLIEVO !
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IN CHE COSA CONSISTONO I RAGGI
COSMICI ? QUALI PARTICELLE LI
FORMANO ?
I RAGGI COSMICIPRIMARI, QUELLI PROVE-NIENTI DALLO SPAZIO
ESTERNO, SONO PER LAMAGGIOR PARTE
PROTONI...
...CHE COLLIDONOCON L’ATMOSFERA
TERRESTRE E DECADONO NEI RAGGI COSMICI
SECONDARI
HO CAPITO !I RAGGI COSMICI
SULLA SUPERFICIEDELLA TERRA SONO
PARTICELLE PICCOLISSIME
PRODOTTE DAIPROTONI
ENERGETICI
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ESATTO !SONO PARTICELLE MINUSCOLE
MA HANNO UN’ENERGIAESTREMAMENTE ALTA !
QUANTOALTA ?
FACCIAMO UN ESEMPIOFAMILIARE: CONFRONTIAMO
L’ENERGIA DI UNA NORMALELUCE FLUORESCENTE, COME
QUELLE PRESENTI ASCUOLA E A CASA, CONL’ENERGIA DELLE PAR-
TICELLE DEI RAGGICOSMICI
ALL’INTERNO DI UN TUBOFLUORESCENTE, GLI ATOMI INUNO STATO DI ALTA ENERGIARITORNANO ALLO STATO FON-
DAMENTALE EMETTENDOL’ENERGIA IN ECCESSO SOTTO
FORMA DI LUCE
ORA, UNA SINGOLA PARTI-CELLA DI RAGGI COSMICI HA
L’ENERGIA DI...
AHI !!!SE FOSSIMOCOLPITI DA
QUELLE PARTICELLE...
...SUBIREMMOUNA FORTE
SCOSSA !
ASPETTA,NON HO MAI
SENTITO PARLAREDI QUESTE PARTI-CELLE PERICOLOSE
PERCHé NESSUNO SE NE CURA ?
...1 MILIARDODI V
L’ENERGIA èUGUALE A
2 ELETTRONVOLTS( V)
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I RAGGI COSMICIHANNO ALTA ENERGIA,MA IL LORO NUMERO
è PICCOLO CONSIDERANDO LEDIMENSIONI DELLA TERRA, LE PARTICELLE DEI RAGGI
COSMICI CHE RAGGIUNGONOIL NOSTRO PIANETA
SONO TROPPO POCHE PER AGIRE SU
DI NOI
è COME PENSARE CHE UNASOLA GOCCIA DI PIOGGIAPOSSA RISOLVERE LA
CARENZA DI ACQUA
OH, CAPISCO... QUESTA è
SICURAMENTE POCHISSIMA
ALLORA I RAGGI COSMICISONO DAVVERO INEFFICACI !MI ASPETTAVO CHE POTES-SERO FARE QUALCOSA CON
LA LORO ENERGIA
HAI RAGIONE,
MOL
ARRIVANO FIN QUI E NON
SONOAFFATTOUTILI ?
POSSONO ESSERE IGNORATI.
SONO DEGLI OSPITINON INVITATISULLA TERRA
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NON SALTATE ACONCLUSIONI AFFRETTATE.
I RAGGI COSMICISONO UTILI INTANTI MODI
EH ? COME POSSONO ESSERLO ?!
NEI RAGGI COSMICI CISONO I MUONI, PARTI-CELLE CHE POSSONOPENETRARE PERCIRCA 1 KM NELLE
ROCCE
SFRUTTANDO LALORO NATURASIAMO IN GRADODI STUDIARE...
...L’INTERNO DELLE PIRAMIDI EGIZIE E LOSTATO DEL MAGMA
VULCANICO
I RAGGI COSMICI CI PERMETTONO ANCHE DI
STUDIARE SOTTO LA SUPERFICIE DI MARTE E
DELLA LUNA PER CERCARE L’ACQUA !
è SBALORDITIVO !NON HO MAI
PENSATO A QUESTECOSE !
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SPERO CHE I RAGGICOSMICI SARANNOUSATI PER MOLTISCOPI IN FUTURO...
DI PARI PASSO ALPROGRESSO
DELLA RICERCA STESSA
NELL’AMBITO DEI RAGGI COSMICI
è COME SE POTESSIMORIUSCIRE A
DECODIFICARE I MESSAGGI MANDATI
DALLO SPAZIO ESTERNO
MESSAGGI DALLO SPAZIO ?
COM’è ECCITANTE !
SICURAMENTE RIUSCIRò AD ACCHIAPPARE E
ABBRACCIARE I RAGGICOSMICI.
VOI SIETE MESSAGGERIDELL’UNIVERSO !
AH, SE SOLO TUPOTESSI MOL !
STANNO ATTRAVERSANDO
IL TUO CORPO PROPRIO ORA !
Sono entusiasta di imparare qualcosasui raggi cosmici. Prima di tutto, quantoè alta l’energia dei raggi cosmici?
L’energia dei raggi cosmici è oltre 1000 volte più alta di quella di altri tipidi radiazione di fondo naturale. A voltediventa 10 trilioni di volte più alta peri raggi cosmici ultraenergetici.
Wow, cosa gli dà una tale energia?
Bella domanda, Mol. I raggi cosmici ottengono la loro energia attraverso ripetute collisioni con altre particelle.
Da dove provengono?
Il Sole, le stelle lontane, le galassie lontane al di fuori della nostra sono iloro luoghi di nascita. I raggi cosmicisono prodotti dai brillamenti solari edall’esplosione delle stelle.
Sono visibili? Che colore, forma e odore hanno?
Io posso vederli, ma non so quale sia il colore e l’odore. Quanto meno nonhanno l’odore saporito di carne arro-stita.
I raggi cosmici sono particelle moltopiccole che non possono essere vistenemmeno con un microscopio. Nonhanno né odore né colore. C’è un dispositivo, chiamato camera a nebbia,capace di renderli visibili.
Colpiscono anche Marte e la Luna?
Certo. Marte ha un’atmosfera sottile equindi si pensa che raggiungano Martesolo la metà dei raggi cosmici che arri-vano sulla Luna. I raggi cosmici sonouna grande minaccia per gli esseriumani che viaggiano nello spazio, macredo che non lo siano per te Mirubo.
Ehm... sono ben progettato!
Sei fortunato Mirubo. Maestro, potrestidirmi come si può cercare l’acqua suMarte e sulla Luna attraverso i raggicosmici?
I raggi cosmici possono penetrare 40cm all’interno della superficie di Martee della Luna, e quindi raggiungere ilghiaccio che si trova sotto la polvere. Iraggi cosmici sono riflessi dai nuclei diidrogeno, proprio come palle da bi-liardo. Poi, tramite satellite, dobbiamomisurare e riconoscere i raggi riflessi.Quando i raggi che sono riflessi dal-l’idrogeno aumentano, siamo in gradodi definire con precisione un’area chepotrebbe nascondere l’acqua.
E per quanto riguarda l’ossigeno? L’ac-qua (H2O) è composta da ossigeno (O)e idrogeno molecolare (H2). Come sa-pete se c’è ossigeno?
Questa è una buona domanda. Per pro-vare la presenza di acqua, ad esempio,si dovrebbero sondare i poli lunari doveil livello di raggi cosmici riflessi è alto.
La Terra emette raggi cosmici come fail Sole? Potrei misurarli se andassi sullaLuna?
La radiazione delle rocce sulla Terra ècosì debole da essere assorbita nell’at-mosfera. D’altra parte, i raggi gammadi bassa energia e i raggi X emessidalle aurore o dai temporali potrebberoessere misurati dalla Luna, poiché sonorilasciati nell’alta atmosfera. La loroenergia è però troppo bassa per defi-nirli raggi cosmici, potrebbero inveceessere definiti “raggi della Terra”.
Raggi della Terra?! Che bello!!
Cercherò di rendere più potenti le mieprestazioni in modo da poter andaresulla Luna e vedere i “raggi dellaTerra”con i miei stessi occhi!!
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Comunque, l’aria rarefatta è un vantaggio per
osservare i raggi cosmici, dato che essi colli-
dono coll’atmosfera e vengono assorbiti. Un
cambio di 200 g/cm2 nel peso atmosferico mo-
difica la concentrazione della radiazione co-
smica di circa 10 volte.
In altre parole, confrontando un osservatorio
sul monte Chacaltaya con uno sul monte Nori-
kura, l’apparato sperimentale sul primo po-
trebbe essere 10 volte più piccolo rispetto a
uno sul secondo. Inoltre, il primo è in grado di
ottenere dati più accurati se si usa lo stesso
apparato osservativo. Capite perché più in alto
andiamo, più siamo capaci di imparare la
scienza dei raggi cosmici?
Le misurazioni dei raggi cosmici sono usual-
mente fatte in alta montagna. Sapete perché?
Perché la Terra è circondata da un’atmosfera.
Lo scienziato francese Blaise Pascal fece impor-
tanti scoperte sulla pressione dell’aria. L’unità
della pressione atmosferica, che si chiama et-
topascal, prende il nome da questo scienziato.
Un ettopascal è uguale a 100 pascal. Avrete si-
curamente sentito un meteorologo dire in TV
che la pressione atmosferica di una perturba-
zione è, ad esempio, 910 ettopascal. In questo
caso si tratta di una perturbazione molto forte.
La pressione atmosferica al centro della pertur-
bazione è il 10 % più bassa della pressione
normale.
La pressione atmosferica diventa ancora più
bassa sulla cima delle montagne alte. Ad
esempio, il telescopio per neutroni solari sul
monte Norikura, in Giappone, è posto a 2770
metri sopra il livello del mare, dove la pres-
sione dell’aria si riduce del 25% rispetto al li-
vello del mare.
Sulla cima del monte Fuji si abbassa del 60%.
L’osservatorio di Chacaltaya, in Bolivia, si trova
a 5250 metri sul livello del mare. L’aria lì più
rarefatta del 50% che non al livello del mare.
Se vi è capitato di vedere un video di scalatori
che cercavano di scalare il monte Everest, po-
tete facilmente immaginare quanto sia difficile
per gli esseri umani vivere con un’aria così ra-
refatta.
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Telescopio per neutroni solarisul monte Norikura.
Osservatorio di Chacaltaya.
Il Solar-Terrestrial Environment
Laboratory (STEL) della Nagoya
University è gestito grazie ad una
cooperazione inter-universitaria in
Giappone.
Il suo scopo è quello di promuovere “la ricerca
sulla struttura e la dinamica del sistema Sole-
Terra”, in collaborazione con numerose Univer-
sità e Istituti sia in Giappone sia all’estero.
Questo Istituto è costituito da quattro Divisioni
di ricerca: Ambiente Atmosferico, Ambiente Io-
nosferico e Magnetosferico, Ambiente Eliosfe-
rico, Studi Integrati.
Anche il “Center for Joint Observations and
Data Processing” è affiliato allo STEL per coordi-
nare progetti di ricerca congiunti e costruire
data bases.
Nei suoi sette Osservatori/Stazioni distribuiti su
tutta la nazione, sono condotte osservazioni di
vari componenti fisici e chimici.
www.stelab.nagoya-u.ac.jp
CAWSES è un programma internazionale
sponsorizzato da SCOSTEP (Commissione
Scientifica per la fisica delle relazioni Sole-
Terra) ed è stato istituito con lo scopo di accre-
scere significativamente la conoscenza dell’ambiente
spaziale e il suo impatto sulla vita e sulla società.
Le funzioni principali di CAWSES sono sostenere e coor-
dinare le attività internazionali di osservazione e di svi-
luppo di teorie e modelli cruciali per il raggiungimento
di questa conoscenza, di coinvolgere ricercatori dei
Paesi sviluppati e in via di sviluppo, e di favorire oppor-
tunità per l’educazione degli studenti di ogni livello.
CAWSES ha sede presso l’Università di Boston, MA,
USA. I quattro temi scientifici di CAWSES sono mo-
strati nella figura accanto.
Hayanon
Laureata in Fisica all'Università di Ryukyu, Hayanon,scrittrice e cartoonist, ha contribuito a numerose collanein note riviste, grazie alla sua ampia cultura scientifica ealla conoscenza dei giochi elettronici. Il suo stile coerentee il suo amore per la scienza sono molto apprezzati.www.hayanon.jp
• Che cosa sono i raggi cosmici?! è la versione italiana di What are Cosmic Rays?! pubblicato in coope-razione con Kodomo no Kagaku.
• Progetto grafico per i contenuti extra a cura del Laboratorio Grafica e Immagini INGV - Istituto Nazionale di •Geofisica e Vulcanologia.• Diffusione telematica per l’Italia a cura di Astro Publishing di Pirlo L. - Via Bonomelli, 106 - 25049 Iseo (BS)•www.astropublishing.com - [email protected]• La rivista l’Astrofilo è proprietà di Astro Publishing ed è registrata presso il Tribunale di Brescia al n. 51 del•19/11/2008 - Direttore responsabile: Michele Ferrara - Direttore scientifico: Enrico Maria Corsini.
Kodomo no Kagaku (Science for Children)
Kodomo no Kagaku, pubblicato da Seibundo ShinkoshaPublishing Co. Ltd., è una rivista mensile per ragazzi. Sin dal numero iniziale, nel 1924, questa rivista ha sem-pre promosso l'educazione scientifica evidenziando i fenomeni scientifici sotto vari punti di vista. www.seibundo-shinkosha.net
L’Istituto Nazionale di Astrofisica
(INAF) è l’Ente di Ricerca ita-
liano per l’astronomia e l’astrofisica. Vi lavorano
oltre mille persone in 19 strutture distribuite su
tutto il territorio nazionale.
I ricercatori e i tecnici sono astronomi, fisici ed
esperti in settori come l’ingegneria,
la geofisica e l’informatica.
Attività principale dell’INAF è lo studio dell’uni-
verso, della sua formazione, delle leggi
fisiche che lo regolano e delle strutture che lo
compongono: pianeti, stelle e galassie,
ma anche soggetti più esotici, come i buchi neri,
le onde gravitazionali o l’energia oscura.
L'universo viene “utilizzato” come il
più grande laboratorio di Fisica esistente!
I ricercatori dell’INAF si avvalgono
dei dati raccolti dai migliori telescopi spaziali e
terrestri, alcuni dei quali sono gestiti
direttamente dall’INAF.
www.inaf.it