LARES, detective della teoria della relatività

Agenzie spaziali ASI
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Verrà spedito a 1450 chilometri di altezza con un incarico molto delicato: indagare sui meccanismi della forza di gravità e tra le pieghe della Teoria Generale della Relatività di Einstein. Si chiama LARES (che sta per LAser RElativity Satellite), parla italiano (è realizzato, per l’Agenzia Spaziale Italiana e l’INFN, dalla Gavazzi Space) e a vederlo sembra un grosso pallone da basket tappezzato di piccoli specchietti. In effetti è una pesantissima sfera di tungsteno massiccio (circa 400 chili) con un raggio di appena 18 centimetri. E la sua caratteristica principale sta proprio in quei 92 retroriflettori a spigolo di cubo (“specchietti”) sistemati sulla sua superficie, che rifletteranno con un angolo di 180 gradi gli impulsi laser inviati da Terra. Attraverso i calcoli delle relative triangolazioni sarà possibile seguirne gli spostamenti (LARES è un satellite passivo, non ha motori). E misurare con una accuratezza dell’1% il cosiddetto effetto “Lense-Thirring”, vale a dire lo spostamento dell’orbita newtoniana che, secondo la Teoria della Relatività Generale, un satellite in orbita subisce a causa della rotazione terrestre.

Per fare il punto su questa piccola, ma importantissima, missione dell’ASI, in collaborazione con l’INFN, per il 3 e 4 luglio è stato organizzato un convegno all’Università La Sapienza di Roma. Cui prenderanno parte personalità di altissimo profilo. A partire dal professor Nicola Cabibbo, che insegna Fisica proprio alla Sapienza e cui la comunità scientifica attribuisce una sorta di “Nobel ad honorem”, dopo il premio consegnato lo scorso anno ai giapponesi Kobayashi e Maskawa proprio sugli sviluppi di una sua teoria. Cabibbo terrà una lectio magistralis, preceduta dal saluto del SubCommissario dell’ASI, prof. Piero Benvenuti, e seguita da un fitto programma di interventi tra cui quelli di Enrico Flamini, responabile dei programmi di Osservazione dell’Universo dell’ASI, e di Giovanni Bignami, astronomo di fama mondiale ed ex presidente dell’ASI. “Ma gli ospiti interessati sono davvero tanti” dice il professor Ignazio Ciufolini, ordinario di Fisica a Lecce e Principal Investigator della missione LARES. “Come Richard Matzner, dell’Università del Texas, o il russo Igor Novikov, che parlerà di una sua ricerca affascinante su quelli che lui chiama buchi ‘verme’, soluzione matematica delle equazioni di Einstein e, teoricamente, dei cunicoli che permettono di viaggiare dello spazio-tempo”. Ma questo, almeno per ora, è un altro discorso.

“LARES è praticamente pronto - sottolinea con un certo orgoglio Ciufolini – e molto presto ci permetterà di completare il lavoro avviato dai suoi predecessori, LAGEOS-1 e LAGEOS-2 (missioni ASI-NASA, ndr) che sull’effetto Lense-Thirring non riuscirono ad andare oltre un’accuratezza del 10%”. “E’ una missione estremamente importante – aggiunge Enrico Flamini, responsabile ASI dell’Unità di osservazione dell’Universo – perché va a studiare aspetti poco conosciuti della Fisica Fondamentale, come la gravità di cui conosciamo bene gli effetti ma molto poco il resto. E poi è importante anche per il ruolo che vi gioca l’Italia e la base ASI di Matera in particolare”. A frenare un po’ sull’ottimismo di Ciufolini sono solo i tempi oggettivi di realizzazione del vettore incaricato di portare in orbita LARES, il nuovo razzo europeo VEGA. “Come è noto ci sono stati dei ritardi e i tempi si sono un po’ diluiti – spiega Flamini – per cui l’ipotesi a mio parere più probabile è che il lancio di qualifica di VEGA, quello che porterà LARES, potrà effettuarsi solo nella prima metà del 2011”.

Fonte: ASI

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Una missione molto moltooooo interessante!
Aspettiamo Vega anche per questo!

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Diciamo che sfrutta il connubio tra un lancio di qualifica, e quindi di per se ad alta percentuale di rischio, con una missione particolare difficilmente lanciabile altrimenti con un lancio “ad hoc” a meno di un budget adeguato…

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Apperò,chissa quanto è costata quella palletta di tungsteno di 36 cm di diametro ricoperta di riflettori.

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Circa un milione di Euro.
http://www.infn.it/csn2/road%20map/schede%20roadmap%20pdf/_nuovi_esp/LARES-RoadMap.pdf

Certo che se si continua a vedere la ricerca come un costo…

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Dallo stesso articolo:

             Gravity Probe B misura l’effetto di “frame dragging”
             usando giroscopi. LARES misura l’effetto di frame
             dragging sull’orbita di una particella di prova.
             L’accuratezza dei due esperimenti e’ paragonabile ed e’
             dell’ordine dell’1%. Naturalmente, il costo della
             missione LARES e’ enormemente inferiore a quello
             della missione GPB, stimato in oltre 700 milioni di US$.
             E’ importante notare che, oltre a costituire una verifica
             indipendente dell’effetto di frame dragging rispetto al
             GPB, i due esperimenti misurano l’effetto del campo
             gravitomagnetico della Terra su oggetti concettualmente
             differenti: in un caso, GPB, si tratta di un giroscopio
             (nell’analogia elettromagnetica analogo ad un dipolo
             magnetico); nell’altro, LARES, si tratta dell’orbita di
             una particella di prova (nell’analogia elettromagnetica
             analogo ad una carica elettrica). Ne consegue che effetti
             dovuti a teorie alternative alla Relativita’ Generale,
             come per esempio effetti dovuti alla torsione dello
             spaziotempo, potrebbero dare risultati diversi per i due
             esperimenti.
             Inoltre, l’esperimento LARES si propone accurate
             verifiche del principio di Equivalenza e della legge 1/r2
             in campo molto debole mediante l’uso del perigeo o
             vettore di Runge-Lenz. Queste misure potrebbero
             evidenziare effetti previsti da teorie unificate (in linea di
             principio, pur aumentando enormemente i costi della
             missione, evidenziare anche effetti dovuti alla teoria
             delle brane).

E ancora

Ricaduta tecnologica

                  R&D tecnologica di sensori ottici (CCR) innovativi al
                  Berillio per il tracciamento via laser della costellazione
                  americana GPS-2 (circa 2011) a 25000 Km di altitudine.
                  La collaborazione su questa R&D e’ stata proposta al
                  gruppo LARES da parte dell’ILRS/NASA GODDARD
                  ed e’ in via di definizione. I CCR di Berillio saranno
                  forniti da ILRS/GODDARD (valore circa 50K US$). Si
                  noti che tutti i satelliti della costellazione GPS russa
                  esistente, GLONASS, e di quella europea prevista per il
                  2008, GALILEO, sono equipaggiati con CCR inseguiti
                  via laser dall’ILRS. Ogni satellite GALILEO ospitera’
                  nel nadir 100 CCR, per un totale di 3000 per l’intera
                  costellazione.
                  LARES, come in passato i satelliti LAGEOS e LAGEOS
                  II, permettera’ anche accurate misure di geodesia ed il
                  monitoraggio delle variazioni del campo gravitazionale
                  terrestre e degli spostamenti della crosta terrestre (utile
                  anche allo studio di fenomeni sismici).
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Concordo:
quella “palla” non è costata nulla, abbiamo investito nella ricerca e nella conoscenza

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beh… se un milione di euro non è nulla…

e poi ci aggiungerei il costo del lancio di qualifica di vega… che non è certo gratis (approssimativamente 35 volte il costo del satellite…)

ma fossero anche 100 milioni di euro sarebbero comunque soldi investiti bene in ricerca!

ciao
Raffaele

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Nulla appunto perchè non è un “costo” ma un investimento in ricerca
;-b

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Ho cercato il costo del lancio di LARES ma non ho trovato nulla… Per caso hai qualche link a proposito?

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Questo cosiddetto “workshop internazionale sul LARES” è, in realtà, solo una trovata pubblicitaria per fare colpo sui gonzi e nascondere la scarsa consistenza di questa missione. Infatti, dura solo due giorni parte dei quali dedicati a interventi puramente di facciata, con i vari Cabibbo, Bignami, alcuni pezzi (grossi?) dell’ASI. Tutta gente che non ha mai pubblicato una riga sull’argomento. Cabibbo, poi, è un fisico delle particelle elementari! Ci manacava solo il sindaco e il Papa per riempire la scaletta del workshop! Andando a vedere il programma, si scopre che del LARES solo Ciufolini (e Paolozzi, che non ha mai pubblicato niente sull’argomento) ne parlerà! C’è poi un contributo di Ries, che, però, in dieci anni ha fatto si e no tre-quattro proceedings sui test con i LAGEOS senza pubblicare niente. Tutti gli altri (ben pochi per un workshop) parleranno di altro. Insomma, molto fumo negli occhi e poco o niente LARES.
Ovviamente, chi ha pubblicato parecchio sull’argomento non è stato invitato, forse perché avrebbe fatto da guastafeste, avendo messo in chiaro in svariate pubblicazioni i limiti di questa missione. Ah, dimenticavo: ci sono pure i cunicoli spazio-temporali per il viaggio indietro nel tempo in questo “workshop internazionale sul LARES”…

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" Inoltre, l’esperimento LARES si propone accurate
verifiche del principio di Equivalenza e della legge 1/r2
in campo molto debole mediante l’uso del perigeo o
vettore di Runge-Lenz. Queste misure potrebbero
evidenziare effetti previsti da teorie unificate (in linea di
principio, pur aumentando enormemente i costi della
missione, evidenziare anche effetti dovuti alla teoria
delle brane).
"
Tutte sciocchezze! A parte il fatto che non ci sarà nessun perigeo né vettore di Runge-Lenz da misurare visto che l’orbita del LARES sarà circolare, sono anni che è stato dimostrato che brane, principio di equivalenza etc. non avrebbero comunque potuto essere testati con il LARES. Basta leggersela, la letteratura. A meno che qualche “autorità” superiore non lo vieti…

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Prendiamo atto delle tue esternazioni che sono e rimangono a puro titolo personale (invece di nasconderti dietro un nick potresti avere la correttezza di firmare le tue dichiarazioni, nei confronti di chi legge qui e di chi coinvolgi con le tue dichiarazioni) prendendoti ovviamente, e come da regolamento, la completa responsabilità di quello che dici.

L’educazione è comunque ben accetta, qualunque sia la tua idea, giusta o sbagliata, e non è questo il posto per urlare o sbraitare le proprie imprecazioni riguardo a chi partecipa a tale progetto con insulti rivolti alle persone e non al concetto tecnico discusso.
Non saranno accettati ulteriori messaggi di tale tenore e che non vertano sulla questione tecnica eventualmente sviluppabile.

Grazie e buon proseguimento

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@spacebs
Le critiche non sono censurate su questo forum, ma visto che credo pochi di noi (partendo dal sottoscritto) capiscano bene il contesto fisico in cui LARES andrà ad operare, credo che sia impossibile compiere una valutazione sulle sue affermazioni senza uno spiegone a monte.

Mi spiace però notare che il suo tono è molto negativo, e non credo che se manterrà questo tenore per argomentare le sue ragioni lascerò questa discussione aperta.

Forse il suo intervento sarebbe stato opportuno nella sede del convegno, dove peraltro le sue critiche e i suoi toni non sarebbero stati coperti da un nickname.

Terrò quindi d’occhio il proseguio della discussione.

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  1. Il convegno in questione si chiama “First International LARES workshop”: da ciò si deduce che dovrebbe vertere sulla missione LARES e argomenti correlati con contributi di esperti del settore che abbiano al proprio attivo pubblicazioni scientifiche in merito o su temi collegati come test di relatività generale mediante satelliti. Ora, dalla durata del workshop, dal suo programma e dalla lista dei relatori risulta che così non è. Infatti, Nicola Cabibbo è un fisico delle particelle elementari e non ha pubblicato nulla sulla relatività generale e su suoi test spaziali. Fabrizio Bignami ha competenze più prossime al soggetto in questione, ma è un astrofisico e non ha pubblicato nulla su test di relatività generale mediante satelliti. Lo stesso vale per le personalità ASI invitate. Abbiamo, quindi, troppi interventi di facciata su un totale peraltro limitato di contributi. L’unico che ha parlato del LARES è Ciufolini che ha delle pubblicazioni scientifiche in merito su riviste scientifiche internazionali con revisore. Paolozzi è un ingegnere e ha solo qualche proceeding sparso. Ries, che sicuramente è competente e ha provato a rifare i test con i LAGEOS, in dieci anni ha pubblicato tre-quattro proceedings e nessun articolo su riviste scientifiche internazionali con revisore. Tutti gli altri (pochi) partecipanti parleranno di temi che nulla o quasi hanno a che fare con il gravitomagnetismo, per non parlare del LARES e dei test con i LAGEOS.
  2. La letteratura scientifica internazionale mostra che Iorio, un fisico, ha al suo attivo svariati articoli su riviste scientifiche internazionali con revisore proprio sul LARES e sui test condotti con i LAGEOS. Alcuni di essi sono critici verso di essi. Iorio non risulta fra gli invitati al “workshop” . E’, inoltre, significativo rilevare che negli anni passati le citazioni ai suoi articoli-e solo e sempre le sue-venivano sistematicamente rimosse dalla voce “frame-dragging” di Wikipedia da IP italiani al punto che fu necessario bloccare l’editing della voce per un pò. Inoltre, un membro del team LARES, Sindoni, rimosse le citazioni ai lavori critici di Iorio nella voce LARES (satellite) di Wikipedia (non ricordo se la versione italiana o inglese).
    Al contrario, le citazioni ai lavori di Ciufolini non sono mai state rimosse in queste “editing wars”, come è giusto e ovvio che sia stato e come ci si sarebbe aspettato valesse anche per Iorio, ovviamente.
  3. Satelliti come il LARES e i LAGEOS non sono, purtroppo, affetti solo dalla forza gravitomagnetica che si cerca di misurare, ma anche dagli effetti dovuti al fatto che il campo gravitazionale terrestre classico non è a simmetria sferica per via della rotazione diurna della Terra. Questo induce effetti orbitali qualitativamente analoghi a quelli relativistici che interessano, ma quantitativamente molto maggiori. Tutto sta a valutare il più accuratamente possibile tale effetto indesiderato, tenendo conto che i modelli esistenti dal campo terrestre classico sono affetti da incertezze, come tutte le quantità fisiche sperimentali. Poichè LARES sarà lanciato in un’orbita molto più bassa dei LAGEOS e con un’inclinazione non ottimale, risulta che l’effetto disturbatore sarà molto maggiore dell’ 1% e, comunque, molto difficile da valutare realisticamente.
    Il perigeo e l’apogeo sono i punti di minima e massima distanza dalla Terra e sono definiti, e misurabili, solo se l’orbita del satellite è sufficientemente ellittica. Ma quella di LARES sarà circolare e, quindi, non si potrà usare il suo perigeo per alcun test.
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  1. Qualcuno potrebbe sostenere che, finora, è il solo Iorio ad aver criticato i lavori di Ciufolini, ma sarebbe altamente fuorviante. Infatti, si tratta di un campo altamente specialistico in cui pochissimi ricercatori al mondo sono competenti e meno ancora hanno pubblicato qualcosa. E Iorio è sicuramente uno di essi, come attestato dalla letteratura scientifica internazionale.
  2. Qualcun altro potrebbe, forse, fare dietrologia e insinuare che dietro ci siano rancori personali, ma ciò sarebbe, comunque, completamente irrilevante dal punto di vista scientifico: l’unica cosa che conta è il contenuto di ciò che viene scritto, non le presunte motivazioni remote, profonde, personali o psicologiche del perché viene scritto.
  3. Cosa si fa quando non si hanno argomenti validi da opporre a chi ci critica? Si ignora chi ci critica cercando di stendere accuratamente una cortina di silenzio in merito la più spessa possibile e, al tempo stesso, si cerca di nascondere le debolezze delle proprie posizioni impressionando con colpi di teatro, cercando il clamore e il sostegno dell’autorevolezza altrui.
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Scientificamente parlando, gli effetti indesiderati dovuti allo schiacciamento polare dell’orbita terrestre dipendono dal semiasse maggiore a dell’orbita del satellite, dall’inclinazione I del piano orbitale rispetto al piano equatoriale terrestre e dall’eccentricità e dell’orbita. Di gran lunga fondamentali sono a ed I. Ora, questi effetti indesiderati sono la somma di tanti termini, ognuno con la propria dipendenza funzionale particolare da a ed I. A quanto pare, combinando i dati del LARES con quelli dei LAGEOS viene fuori che l’incertezza prodotta da questi effetti sarà molto maggiore dell’ 1% e, comunque, molto difficile da calcolare in maniera affidabile. Questo a causa della relativamente bassa orbita di LARES (a troppo piccolo) e della sua inclinazione. Ci sarebbero, a quanto pare, anche altre cose, ma sono molto tecniche.

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Non è forse possibile che i parametri da te citati, quali semiasse maggiore ed inclinazione del piano orbitale, per rendere ottimale la misurazione dell’effetto frame-dragging, siano stati - in questo caso - vincoli imposti dal volo di qualifica del lanciatore, piuttosto che parametri impostati dall’analista di missione?

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In un certo senso, è così: in letteratura si trova che, in origine, LARES avrebbe dovuto avere la stessa altezza di LAGEOS e una certa inclinazione (Ciufolini 1986). Poi è venuto il LAGEOS II e i nuovi modelli del campo gravitazionale terrestre, e questi vincoli originari avrebbero potuto essere rilassati (Iorio 2005). Però, non fino a questo punto! Semplicemente, preso atto che queste erano le possibilità di VEGA, bisognava rinunciare a caricare LARES su VEGA e aspettare tempi migliori che consentissero di raggiungere la quota inizialmente prevista con qualche altro lanciatore.

Il punto è che, così, non si riuscirà mai ad avere una stima affidabile dell’incertezza sistematica prodotta dallo schiacciamento polare terrestre: Iorio ha usato un approccio standard, ampiamente usato e ha ottenuto quei numeracci che ci sono in letteratura: ora, supponiamo che qualcun altro dica che Iorio ha sbagliato e usi un altro metodo e ottenga valori più bassi. Si dovrebbe comunque concludere che persiste una forte incertezza su questa stima e che, quindi, affermare che LARES sarà accurato all’1% non è possibile. Notate pure che Iorio non si è ritagliato una “nicchia” di pubblicazione, ma i suoi articoli sono su un ampio spettro di giornali diversi.

Faccio anche presente questa considerazione. I test con i LAGEOS sono iniziati dal 1996-1997, cioè da più di dieci anni. In giro per il mondo c’è una marea di stazioni SLR, i LAGEOS sono obiettivi prioritari, traccati da tutti, i software free per la loro analisi dei dati sono abitualmente usati da tantissimi gruppi di geodesia spaziale: quindi, per quanto certo non triviale, ripetere quei test sarebbe dovuto essere qualcosa di relativamente facile per la comunità SLR. Invece, nessuno lo ha mai fatto, a parte Ries che, però, ha deciso di non pubblicare mai nulla, almeno per ora, e di limitarsi a pochi proceedings.

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Posso fare qualche osservazione?

  1. sono abbastanza ignorante riguardo le “technicalities” della ricerca - pubblicazioni, proceedings, peer review - e credo che lo siano molti altri utenti. Puoi fare un riassuntino, contestualizzato a quello di cui parli?

  2. Un grappolo di post (per altro non si capisce perchè divisi visto che il discorso è unico ed essendo l’unico in grado di seguirti al 100% “parli da solo”) ha avuto l’unico merito di incuriosirmi, ma non di spiegare il nocciolo della faccenda.
    Tra le righe, e lo riconosci anche tu, si percepisce un certo astio personale nei confronti di alcune persone in ASI, mentre le reali spiegazioni tecniche (la maggiore incidenza di fattori di disturbo rispetto all’effetto che si intende misurare, ad esempio) restano un po’ fumose, forse complice l’argomento non proprio alla portata di tutti.

Se davvero hai intenzione di “fare la tua parte” nel divulgare queste tue perplessità, e non sei solo alla ricerca di un megafono anonimo per sfogarti (in passato hai spiegato meglio la faccenda) questo topic è il posto giusto.

L’anonimato è ovviamente tollerato, ma un po’ di background per qualificare le tue opinioni non sarebbe sgradito.

Con cordialità

Michael

P.S. Che l’orbità sarà circolare non l’ho trovato da nessuna parte, anzi Wikipedia (con tanto di link ad un paper di Iorio) parla ancora di 1400 km di perigeo. Dov’e’ l’ultima definizione ufficiale dell’orbita?