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Rendering artistico della sonda VERITAS in orbita attorno a Venere con il pianeta avvolto in nuvole gialle acide sullo sfondo

Dopo trent'anni di assenza, la NASA torna a Venere con due missioni complementari: VERITAS per mappare la superficie a risoluzione radar senza precedenti e DAVINCI per sondare l'atmosfera. Il gemello infernale della Terra potrebbe rivelare perché due pianeti simili hanno avuto destini così opposti. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

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Venere: il gemello maledetto della Terra
Venere e la Terra sono quasi identiche per dimensioni (Venere è il 95% della Terra per diametro) e per composizione chimica: si sono formate nello stesso momento e dallo stesso materiale nella nebulosa solare primordiale, circa 4,5 miliardi di anni fa. Eppure i loro destini evolutivi sono stati completamente opposti. La Terra è un pianeta con oceani liquidi, un'atmosfera relativamente sottile e una temperatura superficiale media di circa 15 gradi Celsius. Venere ha una pressione atmosferica 92 volte superiore a quella terrestre (equivalente a quella di un oceano a 900 metri di profondità), una temperatura superficiale di circa 465 gradi Celsius (abbastanza calda da fondere il piombo), e un'atmosfera composta per il 96,5% di anidride carbonica con nuvole di acido solforico. È il pianeta più caldo del sistema solare, più caldo persino di Mercurio che è quattro volte più vicino al sole. Capire perché Venere e la Terra hanno avuto destini così diversi è una delle domande fondamentali della scienza planetaria.

VERITAS: mappare la superficie sotto le nuvole opache
VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) è una sonda orbitale progettata per produrre le mappe topografiche e geologiche più dettagliate mai realizzate di Venere. Il pianeta è permanentemente avvolto da strati di nuvole opache che rendono impossibile la fotografia ottica della superficie: l'unico modo per "vedere" attraverso l'atmosfera è il radar. Il sistema radar di VERITAS, chiamato VISAR, è progettato per raggiungere una risoluzione di circa 30 metri per pixel, circa sette volte superiore a quella della missione Magellan degli anni Novanta del Novecento, l'ultimo orbitatore americano intorno a Venere. Questa risoluzione permetterà di identificare caratteristiche geologiche in scala metrica: canyon, caldere vulcaniche, rilievi tettonici, possibili colate laviche recenti. Il secondo strumento chiave è l'EMIRS (Emissivity and Spectroscopy), capace di rilevare la composizione mineralogica della superficie dal calore emesso, distinguendo tra rocce di diversa composizione chimica senza sbarcare sul pianeta.

DAVINCI: scendere nell'inferno atmosferico di Venere
DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) è una missione di tipo completamente diverso: non un orbitatore ma una sonda atmosferica progettata per scendere direttamente attraverso l'atmosfera di Venere fino alla superficie, raccogliendo dati per circa un'ora durante la discesa. La sonda è protetta da uno scudo termico che deve resistere a temperature che aumentano progressivamente da circa -20 gradi Celsius nella stratosfera venusiana fino ai quasi 500 gradi della superficie. Durante la discesa, i sensori chimici analizzeranno la composizione precisa degli strati atmosferici, con particolare attenzione ai gas nobili (argon, neon, xeno, cripto) che agiscono come impronte digitali dell'origine e dell'evoluzione dell'atmosfera. Nella fase finale della discesa, una fotocamera fotograferà in alta risoluzione le strutture geologiche chiamate tesserae, gli altopiani antichi di Venere che potrebbero essere i resti di un'originale crosta continentale simile a quella terrestre.

La domanda chiave: Venere aveva oceani?
Una delle ipotesi più affascinanti della scienza planetaria moderna suggerisce che Venere possa aver ospitato oceani di acqua liquida per miliardi di anni prima di subire un processo di riscaldamento runaway che li ha evaporati completamente. Se questa ipotesi è corretta, Venere sarebbe stato un pianeta potenzialmente abitabile per un periodo più lungo di quanto la vita si sia evoluta sulla Terra. La scoperta di tesserae con composizione chimica simile ai graniti terrestri (che si formano in presenza di acqua) da parte di DAVINCI sarebbe una prova forte di questa ipotesi. Le misurazioni dei rapporti isotopici dell'idrogeno nell'atmosfera di Venere sono già parzialmente compatibili con la perdita di grandi quantità di acqua nel corso della storia geologica del pianeta. Se Venere aveva oceani e li ha persi, capire il meccanismo preciso del riscaldamento runaway è essenziale anche per valutare la vulnerabilità a lungo termine della Terra all'effetto serra catastrofico.

Il vulcanismo attivo: Venere è geologicamente viva?
Uno degli interrogativi più urgenti a cui VERITAS cercherà risposta è se Venere sia ancora geologicamente attiva. Magellan aveva identificato strutture vulcaniche in abbondanza, ma era impossibile determinare se fossero antiche o recenti. Nel 2023, una nuova analisi dei dati radar di Magellan da parte di ricercatori dell'Università dell'Alaska ha rivelato la variazione della forma di una caldera vulcanica tra due passaggi di Magellan distanziati di 8 mesi nel 1991, suggerendo un evento eruttivo recente. Se confermato, questo renderebbe Venere il quarto corpo del sistema solare con vulcanismo attivo attuale, insieme alla Terra, Io (luna di Giove) e Encelado (luna di Saturno). Il sistema radar di VERITAS, con la sua risoluzione sette volte superiore, sarà in grado di rilevare variazioni topografiche su scale di pochi metri, rendendo possibile il monitoraggio diretto dell'attività vulcanica venusiana in tempo quasi reale.

Il futuro dell'esplorazione di Venere: la corsa internazionale
Il rinnovato interesse per Venere non è solo americano. L'Agenzia Spaziale Europea ha approvato la missione EnVision, anch'essa orbitale radar, con un lancio previsto nei prossimi anni. La Russia, che ha una lunga tradizione nell'esplorazione di Venere con le sonde Venera degli anni Sessanta-Ottanta del Novecento, ha proposto la missione Venera-D. L'India ha espresso interesse per una missione venusiana nel quadro del suo programma di esplorazione interplanetaria. La convergenza di tante missioni verso lo stesso pianeta in un intervallo di tempo relativamente breve riflette la maturazione di una consapevolezza scientifica: Venere non è solo un pianeta da esplorare per curiosità, ma è la chiave per comprendere il destino a lungo termine dei pianeti rocciosi simili alla Terra nell'universo, incluso il nostro.

VERITAS e DAVINCI rappresentano molto più di un ritorno tecnologico a Venere: rappresentano il ritorno a una domanda fondamentale che la scienza aveva messo in attesa per trent'anni. Perché due mondi nati identici hanno seguito strade così opposte? La risposta potrebbe contenere la lezione più importante che il sistema solare ci ha ancora da insegnare sull'abitabilità dei pianeti e, forse, sull'unicità o meno della vita sulla Terra.

 

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Il primo laser a rubino di Theodore Maiman del 1960 con cristallo di rubino rosso cilindrico e lampada flash a spirale Hughes Research Laboratories

Nel maggio 1960 Theodore Maiman accese il primo laser della storia nei laboratori Hughes in California. Un cristallo di rubino, una lampada flash: da quel momento la luce non fu più la stessa. Il laser, deriso come "soluzione in cerca di un problema", è oggi alla base di internet, della medicina e dell'industria moderna. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

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La teoria di Einstein: l'emissione stimolata di radiazione
Il principio fisico alla base del laser fu formulato da Albert Einstein nel 1917, in un articolo teorico sull'interazione tra radiazione elettromagnetica e materia. Einstein dimostrò che un fotone che colpisce un atomo o una molecola in uno stato eccitato può stimolare l'emissione di un secondo fotone con esattamente la stessa frequenza, la stessa fase e la stessa direzione del fotone incidente. Questo processo, chiamato emissione stimolata, è l'opposto dell'assorbimento (in cui il fotone viene catturato dall'atomo) ed è diverso dall'emissione spontanea (in cui l'atomo emette un fotone in modo casuale). La potenza dell'emissione stimolata è che produce radiazione perfettamente coerente: tutti i fotoni emessi sono identici tra loro. Se si riesce a creare una condizione in cui l'emissione stimolata domina l'assorbimento (inversione di popolazione) e se si fa rimbalzare la luce avanti e indietro in un mezzo amplificante, si ottiene un'amplificazione esponenziale della radiazione coerente: è esattamente il principio del laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

La corsa al primo laser: un decennio di competizione scientifica
Tra il 1950 e il 1960, i migliori fisici e ingegneri del mondo lavorarono alla realizzazione pratica del principio dell'emissione stimolata. Charles Townes e James Gordon avevano già costruito nel 1953 il maser, la versione a microonde del laser, usando ammoniaca come mezzo amplificante. La sfida successiva era estendere il principio alle frequenze ottiche, molto più alte e tecnicamente molto più difficili da controllare. Nei laboratori IBM, Bell, MIT e di decine di università americane e sovietiche, fisici come Gordon Gould, Ali Javan, Charles Townes e Theodore Maiman gareggiavano su fronti paralleli usando materiali diversi: gas di rubidio, cristalli di uranio, diodi a semiconduttore, gas di elio e neon. La competizione era intensa e i brevetti contestati: Gordon Gould rivendicò per anni la priorità della parola laser e di alcune sue configurazioni, in una battaglia legale che si protrasse per decenni. Ma fu Maiman a vincere la corsa alla dimostrazione pratica.

Il 16 maggio 1960: la notte del rubino
Theodore Harold Maiman nacque nel 1927 a Los Angeles, figlio di un ingegnere elettrico. Si laureò in ingegneria all'Università del Colorado e ottenne un dottorato in fisica alla Stanford University nel 1955. Lavorando ai Hughes Research Laboratories di Malibu, California, Maiman si concentrò sul rubino sintetico come possibile mezzo amplificante per il laser. Molti colleghi avevano scartato il rubino perché i calcoli teorici disponibili indicavano che aveva un'efficienza quantistica insufficiente. Maiman ripetè le misurazioni e scoprì che i dati originali erano errati: il rubino era effettivamente adatto. Il suo design era elegantemente semplice: un cilindro di rubino sintetico di circa 1 centimetro di diametro avvolto da una lampada flash a spirale simile a quelle fotografiche. I due estremi del cilindro erano levigati e specchiati. Il 16 maggio 1960, quando Maiman azionò il flash, il cristallo di rubino emise il primo impulso laser della storia: un fascio di luce rossa coerente, monocromatica e collimata a 694 nanometri. Aveva raggiunto il successo usando componenti per un valore totale di circa 50 dollari.

La ricezione iniziale: "una soluzione in cerca di un problema"
La reazione della comunità scientifica alla notizia del laser di Maiman fu in parte entusiastica e in parte scettica. La rivista Physical Review Letters rifiutò l'articolo di Maiman sulla scoperta, giudicando l'argomento troppo settoriale. Fu pubblicato su Nature. I media scientifici e popolari lo accolsero come una curiosità affascinante ma di applicabilità incerta: alcuni commentatori coniarono l'espressione "una soluzione in cerca di un problema", intendendo che il laser era uno strumento senza un utilizzo pratico ovvio. Questa valutazione si sarebbe rivelata tra le più sbagliate della storia della tecnologia. Nei mesi successivi alla pubblicazione di Maiman, altri laser furono costruiti usando mezzi diversi: il laser a elio-neon di Ali Javan (1960), il laser a semiconduttore, il laser a CO2. Ogni nuovo tipo di laser aprì nuove famiglie di applicazioni, costruendo in pochi anni un campo tecnologico di enorme portata.

Le applicazioni: dalla LASIK alla fibra ottica
Il laser è oggi così pervasivo nella vita quotidiana che quasi non lo percepiamo più come tecnologia. Le telecomunicazioni globali si basano su laser che pompano segnali in fibra ottica: tutta la struttura di internet è sostenuta da fasci di luce laser che viaggiano nel vetro a velocità prossima a quella della luce. La chirurgia oculare LASIK ha eliminato la necessità di occhiali per decine di milioni di persone nel mondo. I codici a barre dei supermercati sono letti da laser a bassa potenza. Il taglio e la saldatura laser hanno rivoluzionato la lavorazione dei metalli e delle materie plastiche nell'industria manifatturiera. La stampa laser, la masterizzazione dei DVD e Blu-ray, i proiettori laser del cinema, i sistemi LIDAR per la guida autonoma, la spettroscopia analitica nei laboratori, il puntamento dei missili militari, la misurazione della distanza Terra-Luna con precisione millimetrica, la separazione isotopica nell'industria nucleare: tutte queste tecnologie dipendono dal principio fisico dimostrato per la prima volta da Maiman il 16 maggio 1960.

Il Nobel che non arrivò: la controversia sul riconoscimento a Maiman
Theodore Maiman non ricevette mai il Premio Nobel per la Fisica, nonostante le sue candidature ripetute e il riconoscimento quasi unanime della comunità scientifica sulla centralità della sua scoperta. Il Nobel per la Fisica del 1964 andò a Townes, Basov e Prokhorov per i lavori teorici sul laser e sul maser. Maiman, autore della prima realizzazione pratica, fu escluso. Le ragioni non sono mai state spiegate ufficialmente dal Comitato Nobel. Maiman ricevette comunque numerosi riconoscimenti internazionali, tra cui il Japan Prize (1987) e il Premio Wolf per la Fisica (1984), spesso definito il premio più vicino al Nobel per importanza. Morì nel 2007 a Vancouver, Canada. La sua esclusione dal Nobel rimane uno degli episodi più discussi nella storia dei premi scientifici, un caso in cui la distinzione tra lavoro teorico e realizzazione pratica ha penalizzato l'inventore a favore dei teorici che avevano preparato il terreno.

Il laser di Theodore Maiman è il simbolo perfetto di come la fisica quantistica teorica di Einstein, elaborata nel 1917, abbia impiegato 43 anni per trovare una realizzazione pratica e poi si sia diffusa in ogni angolo della civiltà umana nel giro di pochi decenni. Quella luce coerente rossa di rubino che Maiman vide per la prima volta il 16 maggio 1960 è oggi nelle nostre sale cinematografiche, nei nostri occhi dopo un'operazione laser, nei cavi di fibra ottica che portano internet fin nel nostro smartphone. La soluzione aveva trovato i suoi problemi, e i problemi erano ovunque.