0450. Moto dei corpi nello spazio

Se lanciamo un oggetto nello spazio questo continuerà a muoversi con la stessa velocità e nella stessa direzione fino a che una forza esterna (ad esempio una forza gravitazionale) modificherà il suo moto. Cosa succede se lanciamo nello spazio un corpo caldo? Il fatto che si raffreddi durante il suo cammino (per irraggiamento) influenza il suo moto? Rallenta man mano che si raffredda? Matteo Bonarelli

 

 


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 Quando un corpo irraggia icona_glossario in maniera isotropa, ossia con la stessa intensità al variare della direzione, la sua velocità non cambia. La radiazione termica emanata dal corpo porta con sé una certa quantità di moto icona_glossario , ma se la variazione di quantità di moto è la stessa in tutte le direzioni, allora l’effetto complessivo è nullo e non si ha variazione di velocità.

Questo potrebbe essere il caso di una sfera la cui temperatura superficiale è costante.

 Diverso è il caso in cui un corpo irraggia in maniera anisotropa, ossia con diversa intensità al variare della direzione, a causa di una distribuzione non uniforme della temperatura superficiale. In questa condizione la variazione di quantità di moto in una direzione non viene bilanciata da quella in direzione opposta, e compare un’accelerazione icona_glossario .
Si tratta, in termini semplici, di un effetto di rinculo che causa una variazione di velocità del corpo in questione.
Un esempio interessante di quest’ultima situazione è fornito dalla cosiddetta anomalia dei Pioneer.
I Pioneer 10 e 11 icona_linkesterno sono navicelle spaziali per l’esplorazione del sistema solare, lanciate dalla NASA all’inzio degli anni ’70. Negli anni ’90, quando la missione scientifica dei veicoli spaziali poteva dirsi conclusa, è venuto fuori che la loro accelerazione presentava una discrepanza rispetto a quanto atteso, molto piccola ma chiaramente misurabile. I Pioneer non avanzano a velocità costante poiché si trovano nel campo gravitazionale del Sole. La conoscenza della legge di gravitazione permette comunque di calcolarne l’accelerazione con grande precisione e di confrontarla con quella misurata, derivata con grande precisione dai dati di telemetria ricevuti dalle navicelle.
L’anomalia ha dato luogo a numerose speculazioni circa la natura del fenomeno, arrivando addirittura ad invocare una supposta modificazione del comportamento della gravità su distanze della scala del sistema solare, che devierebbe dalla famosa legge dell’inverso del quadrato della distanza, oppure l’esistenza di una nuova e sinora sconosciuta forza fondamentale della natura. Ma nessuna di queste speculazioni si è rivelata fondata: si è capito, ormai da qualche anno, che il fenomeno è spiegabile se si include, con calcoli accurati, la pressione di radiazione dovuta all’irraggiamento anisotropo.
I Pioneer sono alimentati da un dispositivo che sfrutta il decadimento di un elemento radioattivo per produrre calore: parte di questo calore viene trasformato in energia elettrica, mentre il resto viene disperso.
Studiando a fondo il modello termico del velivolo, si è visto come l’emissione vari sensibilmente con la direzione. Se si tiene conto correttamente di questo effetto, l’anomalia scompare.

 

Paolo Natoli, fisico

 

ultimo aggiornamento gennaio 2016

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