Lampi di luce

Questo post inizia con una domanda: ma cosa potrebbe mai essere l’oggetto nella foto qui sotto? Uno strano copricapo? Una capsula spaziale solo per la testa? L’antesignano dei Google Glass?🙂

Un antenato di Robonaut?

Niente di tutto ciò ovviamente: si tratta dell’apparecchiatura utilizzata per un serissimo esperimento eseguito nel corso delle missioni lunari.

L’equipaggio di Apollo 11 fu il primo a descrivere uno strano fenomeno durante i briefing post-missione: durante il viaggio di ritorno verso la Terra, sia il CDR che il LMP dichiararono di aver visto lampi di luce o flebili puntini luminosi quando tutte le luci della cabina del CM erano spente (per i periodi di riposo) e la vista si era abituata alla scarsità di illuminazione.

Quando venne loro chiesto, anche gli equipaggi di Apollo 12 ed Apollo 13 confermarono di essere stati testimoni dello stesso fenomeno. Tutti riportarono di aver visto questi lampi con relativa facilità dopo il periodo di adattamento al buio e soprattutto di poterli vedere sia ad occhi chiusi che ad occhi aperti. Pete Conrad, CDR di Apollo 12 riportò di averne visti “parecchi di molto brillanti” e aggiunse di non ricordare nulla di simile accaduto durante i suoi due voli Gemini (in orbita terrestre).  Jim Lovell, CDR di Apollo 13, confermò anch’esso di aver visto i lampi ma non ricordava di aver assistito allo stesso fenomeno nel corso di Apollo 8. In seguito a questi racconti, la NASA decise di investigare il fenomeno nelle missioni successive inserendo nelle attività da svolgere esperimenti specifici.

L’ipotesi fatta allora era che i lampi di luce fossero causati da raggi cosmici ad alta energia che penetravano nella struttura del Command Module e negli occhi degli astronauti.  I raggi cosmici sono particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno, alle quali è esposta la Terra e qualunque altro corpo celeste. La loro natura è molto varia (l’energia cinetica delle particelle dei raggi cosmici è distribuita su svariati ordini di grandezza), così come varia è la loro origine: il Sole, le altre stelle, fenomeni energetici come novae e supernovae, fino ad oggetti remoti come i quasar.

La Cosmic Ray Shower

La maggior parte dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra sono prodotti secondari di sciami formati nell’atmosfera dai raggi cosmici primari, con interazioni che tipicamente producono una cascata di particelle secondarie a partire da una singola particella energetica (il fenomeno prende proprio il nome di Cosmic Ray Shower, vedi immagine qui accanto).

All’epoca delle missioni Apollo, si pensava che nel caso in cui fosse venuto a mancare lo schermo dell’atmosfera, queste particelle fossero in grado di produrre effetti sulla vista tramite l’interazione con la retina, per l’accumulo di energia ionizzante sulla retina stessa o la creazione di luce visibile in virtù dell’Effetto Cerenkov.

Solitamente i lampi di luce venivano descritti come ‘bianchi’ o ‘privi di colore’. L’unica eccezione fu quella di Ed Mitchell, LMP di Apollo 14, che descrisse anche un lampo “blu con riflessi bianchi, come un diamante blu”. Nel corso delle missioni vennero identificati tre diversi tipi di lampi, caratterizzati da diversi aspetti e da una diversa frequenza di osservazione:

  • i più comuni, il 66% dei fenomeni, vennero descritti come lampi di luce, che Dave Scott, CDR di Apollo 15 ha descritto come “simili ad un flash fotografico che scatta all’interno di un ampio spazio buio, osservato da diversi metri di distanza”. Ed Mitchell descrisse i lampi come “meno definiti di come gli era stati descritti. E talvolta un primo lampo brillante era seguito da uno più leggero, ammesso che non fosse un effetto ‘alone'”. In alcuni casi sono state osservate coppie di lampi, visibili nello stesso occhio o in due occhi diversi.

  • Il secondo più comune fenomeno, il 25% di quelli osservati, venne descritto come una striscia. Vennero osservate sia linee nette, che linee meno definite. Altre vennero descritte come una linea tratteggiata, nel caso più comune costituita da due segmenti principali con un gap nel mezzo. In tutti i casi le strisce davano una sensazione di movimento, “andava da destra a sinistra” oppure “si dirigeva direttamente verso di me”. L’ipotesi sulla causa di questo tipo di fenomeni era che si trattasse dell’effetto del moto di particelle con una traiettoria approssimativamente tangente alla retina. La sensazione di movimento era data dal movimento degli occhi.

  • l’ultima tipologia, osservata solo nell’8% dei casi era descritta come una nuvola. Si trattava di lampi dalla forma indefinita e che si verificavano sempre nella zona della visione periferica. Sempre Ed Mitchell descrisse le nuvole come “la scarica di un fulmine vista a distanza  attraverso le nuvole”. Alcuni di questi fenomeni sono stati descritti come talmente ampi da riempire l’intere visione periferica.

Una volta assuefatti al buio, gli astronauti furono in grado di discernere un lampo in media ogni 2,9 minuti nel corso dei periodi di tempo dedicati agli esperimenti. Fatti curiosi: i membri degli equipaggi riportarono di una maggiore frequenza del fenomeno durante il transito verso la Luna rispetto al viaggio di ritorno e anche la luminosità degli episodi risultava più intensa nella stessa parte del viaggio. Altra risultanza: il periodo di assuefazione al buio risultò più lungo durante la TEC (Trans Earth Coasting) rispetto alla TLC (Trans Lunar Coasting).

Vennero pianificate tre sessioni di un’ora durante Apollo 15 e due sessioni sempre da un’ora durante Apollo 16 e Apollo 17 da dedicare allo studio del fenomeno. Nel corso dell’esperimenti gli astronauti coinvolti comunicavano via radio l’osservazione dei lampi nel momento in cui accadeva; la sessione veniva anche registrata su nastro a bordo della capsula. Delle bende per gli occhi, studiate per non premere sulle cornee, vennero utilizzate durante Apollo 15 per ottenere una condizione di buio completo.

Per le ultime due missioni venne ideato un nuovo dispositivo, l’Apollo Light Flash Moving Emulsion Detector (ALFMED), la specie di elmetto mostrato nella prima foto di questo post, un dispositivo in grado di registrare i raggi cosmici che lo attraversavano per poi correlare i dati raccolti con le registrazioni degli astronauti.

L’ALFMED era un dispositivo elettromeccanico dalla forma assimilabile ad un elmetto dotato di una serie di lastre con una emulsione sensibile ai raggi cosmici posizionate attorno alla testa del soggetto sottoposto all’esperimento. Una registrazione diretta dell’attraversamento da parte dei raggi cosmici delle lastre (e della testa del soggetto) era data dall’impressione di una traccia sulle lastre. L’ALFMED conteneva due serie di piastre di vetro rivestite con l’emulsione sensibile dai raggi cosmici e tenute in posizione da una cornice di supporto (frontalmente e lateralmente rispetto alla testa del soggetto); una serie era fissa, l’altra era posizionata esternamente e parallelamente alla prima serie e poteva traslare rispetto a questa ad un ritmo costante di 10µ/sec; come vedremo sotto questo garantiva un riferimento temporale per le analisi post-missione (con un margine di errore pari ad un secondo). Il tempo di traslazione complessivo disponibile era di 60 minuti, dopodiché le piastre mobili venivano riportate alla posizione originale.

L’interno dell’ALFMED

L’analisi post-missione delle piastre dell’ALFMED era formata da diversi passaggi:

  1. Scansione delle piastre – Le piastre fisse e le loro controparti mobili venivano esaminate tramite un microscopio. Venivano allineate nella posizione di riferimento, ovvero quella in cui le piastre mobili si trovavano mentre non era in corso l’esperimento (posizione di riposo). Venivano identificate sulle piastre fisse le tracce dirette verso almeno uno degli occhi e si cercava la sua controparte sulla piastra mobile. L’assenta della controparte identificava un possibile candidato (ovvero un raggio cosmico che aveva attraversato l’ALFMED mentre la piastra era in movimento).

  2. Determinazione delle traiettorie – Veniva identificata la direzione delle tracce candidate e quindi determinata la loro traiettoria attraverso la testa del soggetto.

  3. Scansione lungo le traslazioni – Per ciascuno dei candidati si effettuava una scansione della piastra mobile alla ricerca della controparte, a partire dalla traiettoria identificata al passo precedente e muovendo la piastra lungo la direzione di traslazione seguita durante l’esperimento. La misura della distanza di traslazione della piastra per trovare la controparte forniva la temporizzazione dell’evento (dato che la piastra si muoveva di moto uniforme) e una conferma del candidato.

  4. Correlazione con le osservazionila lista dei candidati veniva confrontata con le osservazioni riportate dagli astronauti (i nastri registrati durante l’esecuzione dell’esperimento) alla ricerca di correlazioni tra le osservazioni e i tempi determinati dalla scansione delle piastre  ovvero se il fatto che un astronauta avesse segnalato un lampo coincidesse con il tempo di una delle tracce candidate.

  5. Misura della carica e dell’energia – le particelle che attraversavano l’emulsione (Eastman Kodak NTB-3) lasciavano un’immagine latente che veniva poi sviluppata come si fa con i normali negativi delle foto (per chi ancora si ricorda del periodo pre-digitali🙂 ). Alcune delle particelle secondarie dei raggi cosmici riuscivano a lasciare tracce tramite le quali si potevano ricavare misure sulla loro carica ed energia cinetica (sulla base della densità delle tracce lasciate).

Nel corso delle missioni Apollo, l’unico a non aver mai osservato il fenomeno dei lampi di luce è stato Ken Mattingly, CMP di Apollo 16, che ha incolpato la sua scarsa capacità visiva notturna del fatto.

In tempi più recenti i progetti SilEye/Alteino e ALTEA hanno investigato sul fenomeno a bordo della International Space Station, utilizzando degli elmetti simili all’ALFMED.  Un altro esperimento ha utilizzato il Phantom Torso, una riproduzione del torso di un uomo utilizzato per determinare la distribuzione delle dosi di radiazioni all’interno del corpo umano in diversi organi e tessuti. Infine, un esperimento più ‘classico’ è l’Alpha Magnetic Spectrometer, un modulo di esperimenti della ISS dedicato alla fisica delle particelle.

4 Risposte to “Lampi di luce”

  1. Vittorio Says:

    Riguardo ALTEA e la rilevazione dei raggi cosmici sulla ISS consiglio una lettura del blog del suo (di ALTEA) ideatore Luca di Fino
    http://lucadifino.wordpress.com/
    Bel pezzo, interessante soprattutto per chi come me lavora con le alte energie ionizzanti.

  2. Giampiero Says:

    Fantastica descrizione di un fenomeno “cosmico”!

  3. raghnor Says:

    @Vittorio grazie della segnalazione! Spero di non aver scritto troppe castronerie (o perlomeno di aver copiato bene alcuni estratti da wikipedia😉 )

    @Giampiero Cosmico davvero!

  4. Non riesco ancora a capire perché durante la notte del meteorite (Russia- aprile 2014) n°2 lampi di luce mi si sono infilati negli occhi come se li cercavano a posta dopo uno strano sfarfallio nella mia stanza di cui uno lateralmente e l’altro dall’alto provocandomi dei strani brividi in tutto il corpo fatto giorno appresi dopo dell’accaduto. Ho fatto anche una visita oculistica per scongiurare un possibile distacco della retina.

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