#284 - 24 aprile 2021
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Scienze

Le tematiche qui brevemente descritte sono state al centro di un incontro virtuale organizzato dal museo ExplorAzione di Treviglio e dall’Assessorato alla Cultura del medesimo Comune lo scorso giovedì 22 aprile, con Andrea Possenti, coinvolto da anni nel progetto SKAO, e astrofisico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
con sede presso l’Osservatorio Astronomico di Cagliari.

Skao

Square Kilometer Array Observatory
il più potente radiotelescopio del pianeta

di Andrea Possenti

In che modo la cosiddetta “Materia Oscura” sta modellando il nostro Universo? Come si sono formati gli enormi Buchi Neri che albergano al centro delle galassie? La teoria della relatività generale di Einstein, finora sempre confermata, riflette il comportamento della natura anche in condizioni estreme, ad esempio allorquando sono coinvolti dei Buchi Neri? Quale è l’origine dei campi magnetici che pervadono ovunque i corpi cosmici? Che cosa genera i misteriosi Lampi Radio Veloci? Come si formano i pianeti “abitabili”? Ci sono civiltà aliene intelligenti che abitano i pianeti extrasolari a più breve distanza da noi?

Queste sono alcune delle affascinanti domande che permeano la scienza, e in particolare l’astrofisica, agli albori del III millennio.
Nessuno conosce oggi le risposte, ma la cosa più straordinaria è che solo 50 anni or sono nessuno poteva nemmeno immaginare tali domande!
Sono esse il lascito di mezzo secolo di acume e di inesausta curiosità umana, corroborate da una serie di progressi tecnologici che hanno permesso di sollevare veli e di inquadrare il nostro mondo da nuove angolature, facendoci così letteralmente “scoprire” quelle domande.

Adesso si presenta l’occasione per allestire un nuovo spettacolare punto panoramico sul nostro Universo, da cui rispondere almeno a parte di quelle domande e farne sgorgare delle nuove. Lo strumento per centrare questo obiettivo prende il nome di Square Kilometer Array Observatory (SKAO) e sarà il più potente radiotelescopio del pianeta, la cui stessa costruzione, che si dipanerà nel decennio appena iniziato, costituisce una sfida tecnologica gigantesca, alla quale l'Italia sta contribuendo con un ruolo fondamentale. In particolare, il soggetto attuatore del progetto per il nostro Paese sarà l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

Skao

Lo SKAO sarà suddiviso fra due siti, collocati in due remote regioni desertiche rispettivamente del Sud Africa e dell'Australia dell'Ovest.
Le due porzioni di SKAO prenderanno i nomi di SKA1-Mid (Sud Africa) e SKA1-Low (Australia) e saranno rispettivamente costituite da 200 parabole di circa 15 metri di diametro ciascuna (SKA1-Mid) e da ben 130000 antenne – ognuna grosso modo della forma e con le dimensioni di un albero di natale domestico – (SKA1-Low), distribuite a forma di spirale su una distanza massima di 130 km (SKA1-Mid) e di 80 km (SKA1-Low).

Quando si parla di nuove angolature da cui guardare all’Universo non è più solo questione di costruire “occhiali” sempre più grandi, ma di disporre di sistemi capaci di catturare tutte le informazioni che transitano attraverso i nuovi “occhiali”. A fare la differenza in SKAO sarà la capacità di acquisire, accumulare, elaborare e redistribuire una mole di dati immensa. SKAO genererà “ogni secondo” circa 9 TeraByte di dati, con ciò inducendo un traffico di bit pari a 10 volte tutto il traffico annuale odierno di dati circolante su internet. L’acquisizione di questi dati richiederà l’installazione presso i due siti di due super-computer “esclusivamente” dedicati a questo scopo, che avranno ciascuno una potenza superiore al più potente super-computer esistente fino al 2019. Affinché questi super-computer siano poi connessi con le suddette antenne verranno dispiegati cavi in fibra ottica per una lunghezza pari a due volte il giro completo della Terra. Il funzionamento di tutti questi apparati avrà un ingente costo energetico, con una potenza elettrica complessiva pari a circa 10 Milioni di Watt, in gran parte forniti da fonti di energia riciclabile. E non è finita qui: una volta raccolti i dati in una serie di “siti regionali di calcolo” su scala nazionale o continentale, ulteriore potenza computazionale sarà poi necessaria per ottimizzare i dati e produrre le analisi che risponderanno alle domande scientifiche fondamentali e a molte altre.

Skao

La costruzione e il funzionamento di SKAO richiederanno 1,9 miliardi di euro negli anni dal 2021 al 2031, da parte di un team costituito ad oggi da 16 Paesi e governato da regole di diritto sovranazionale, sulla falsariga del CERN di Ginevra. Come si diceva l’Italia, tramite INAF, è in prima fila: sia con un contributo in solido di circa il 6% (ossia 100 milioni di euro, già garantiti da una legge dello Stato), sia con le sue capacità di forgiare parti essenziali del sistema, come, a titolo di esempio non esaustivo, le antenne di SKA1-Low, il software di controllo dei Dischi di SKA1-Mid, i computer di correlazione per entrambi i siti, e molto software per l’analisi dei dati. Di fronte a queste cifre, nasce sempre la domanda: “Possiamo permettercelo?”. Ebbene, da un lato si potrebbe semplicemente invocare il ritorno economico e industriale, entrambi garantiti, che la costruzione di una infrastruttura come SKAO avrà per il Sistema Italia. Ma il vero punto non è questo. E’ invece qualcosa dal respiro molto più vasto e dalla portata, anche economica, molto più grande, che richiede chiarezza di obiettivi nella decisione e pazienza nell’aspettarne i frutti.

Chiarezza vuol dire affermare che è l’enorme valenza culturale degli obiettivi scientifici a giustificare questo progetto monumentale: si tratta cioè di un autentico mega-progetto di Scienza di Base, per il quale va compreso che la classica domanda “A cosa serve nella vita di tutti i giorni?” è una questione mal posta e persino fuorviante. La domanda giusta è invece: “In quali settori non scientifici si scoprirà che questo investimento avrà cambiato il nostro quotidiano e migliorato la nostra vita?”. L’esperienza del passato e illustri studi di economisti da premio Nobel, insegnano infatti che sono proprio gli investimenti in questi progetti di ricerca di Base – “apparentemente” slegati da ogni applicazione immediata e dal contatto con il quotidiano – che alla fine producono i più grandi effetti benefici, non solo ovviamente per la cultura del genere umano, ma anche per la stessa economia e per il benessere comune, almeno dei Paesi coinvolti.

Per gli investimenti sulle ricerche Applicate, certamente pure da portare avanti, vigono però le rigide leggi economiche del “ritorno programmato” dei soldi spesi in un fissato numero di anni, fatta salva l’irruzione imprevedibile dei Cigni Neri, di cui oggi stiamo vedendo un esempio con la pandemia. Per gli investimenti sulla ricerca di Base questo non succede e non può succedere: non si può mai “programmare” il tipo di ritorno che si avrà e il tempo scala esatto in cui questo accadrà. Si sa però, con la “certezza” della storia passata, che, aspettando un tempo abbastanza lungo, tutti i soldi spesi rientreranno moltiplicati per un fattore enorme, assai più grande di ogni altro tipo investimento, inclusi quelli delle cosiddette speculazioni finanziarie. E in più, questi investimenti sulla Scienza di Base sono gli unici che, quando serve, ci permettono anche di sconfiggere i Cigni Neri, di qualunque natura.
Quindi alla domanda “Come Sistema Italia possiamo permettercelo?”, esiste una risposta univoca: “Dobbiamo permettercelo!”. Ce lo devono in primis le future generazioni.

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