Questo articolo è stato tradotto e pubblicato su LoScrittoio.it appena prima del tragico epilogo del rientro della navetta Columbia STS 107, seguendo le fasi su NASA Television. Gli esperimenti di cui si parla nell'articolo sono stati condotti dagli sfortunati astronauti a bordo. Al loro sacrificio ed alle loro famiglie va il nostro commosso pensiero.

fg

Autore: Tony Phillips (science@nasa)

A bordo dello Space Shuttle Columbia (STS-107) ci sono delle piccole fiammelle di forma sferica che fanno cose strane e curiose.

Si tratta di creature dello spazio: piccole fiammelle che si arricciano a forma di sfera svolazzando da sembrare UFO. Queste brillano fino a quando non hanno esaurito il carburante al loro interno, oscurandosi fino a quasi scomparire dalla vista. Eppure dimostrano una certa personalità.

L'astronauta Dave Brown a bordo della Missione STS 107 in orbita fino al 1 Febbraio 2003 dice che ne ha battezzata una col nome di Howard. Dave ha filmato queste piccole luci durante le loro evoluzioni all'interno dello Shuttle. Ossrvando il loro comportamento ha pensato che andassero quasi alla ricerca del carburante che permettesso loro di sopravvivere, una sorta di cibo. Con una semplice analogia col genere umano, ha allora pensato che si meritassero un nome. Dopo di lui tutti gli altri astronauti collaborarono nell'affibbiare un nome alle varie fiammelle. Paul Ronney, lo scienziato che ha progettato l'esperimento, racconta che il fatto di dare un nome ad ogni fenomeno ha anche aiutato a tenere traccia delle cose più strane a cui assistevano ed associare il nome ad alcuni comportamenti. Ad esempio le due fiammelle che più spesso si muovevano con movimento spiraleggiante, sono state chiamate Crick e Watson, i nomi degli scopritori della struttura a doppia spirale del D.N.A.

A differenza delle fiamme di cui si ha esperienza qui sulla Terra, dove hanno una forma a goccia causata dalla forza del campo gravitazionale, le fiamme nello spazio assumono una curiosa forma sferica dal diametro di pochi millimetri. Una tipica fiammella spaziale produce un valore termico fra 1 e 2 Watts, assai inferiore a quanto prodotto da una candelina usata per le feste di compleanno. Alla ricerca di un valore ancora inferiore, gli astronauti sono riusciti ad arrivare a produrne una di 0,5 watts.

Queste nostre amiche non hanno grandi necessità di carburante per continuare ad alimentarsi ed a muoversi. I nostri ingegneri meccanici vorrebbero duplicare la loro efficienza per trasferirla nei motori delle comuni autovetture ma, come dice Paul Ronney, dobbiamo prima capire come queste fiammelle lavorano.

SOFBALL è una specie di camera delle dimensioni di un cassonetto ecologico riempito di gas combustibile: idrogeno o metano come combustibile, un po' di ossigeno per ossidante e molto gas inerte (elio o nitrogeno) per diluire il composto gassoso fino a farlo diventare infiammabile senza crerare pericolo. L'esperimento ha luogo all'interno dello Space Shuttle, nel punto chiamato Modulo di Combustione. Gli astronauti non hanno che da premere il pulsante per innescare il composto e...voilà le fiammelle sono già arrivate.

La loro temperatura, brillantezza, perdita di calore e la composizione istantanea del prodotto gassoso sono continuamente monitorati dalla strumentazione a bordo della navetta spaziale.

SOFBALL è stata costruita e controllata nel Centro Ricerca John Glenn della NASA, sotto la guida del Project Scientist Karen Weiland e del Project Manager Ann Over.

Questo è il secondo volo orbitale per SOFBALL; il primo ebbe luogo nel 1997, sempre a bordo del Columbia durante la Missione STS-83. In quei giorni l'esperimento si svolse nell'ambito di soli 8 minuti, perchè si pensava che le fiammelle potessero durare solo pochi minuti ma, come ammette Ronney, ci si sbagliava. Quando SOFBALL concluse le sue misurazioni, molte palline stavano ancora bruciando e si comprese che ci sarebbe stato bisogna di maggior tempo.

Secondo Paul Ronney durante la Missione STS-107 SOFBALL ha operato fino a tre ore, dando risultati di assoluto interesse.

Crick e Watson ne sono un buon esempio. Ronney è tuttora alla ricerca delle complete motivazioni scientifiche che permettono a due fiammelle di muoversi a spirale, in condizioni di microgravità. Il movimento in generale è dato da due ragioni: per prima cosa quando hanno esaurito il carburante nelle loro vicinanze, si spostano verso regioni da cui trarre sostentamento. Esse seguono il carburante come piccoli organismi inseguono il loro cibo. E come seconda ragione, si muovono in virtù della leggera accelerazione della navetta spaziale, ma nessuna di queste due motivazioni può spiegare un moto spiraleggiante.

Anche Howard si muove in un modo interessante e del tutto contrario a Crick e Watson. Anzichè seguire la strada che porta al cibo le fiammelle del tipo Howard si dirigono decisamente verso le pareti della camera, zone povere di carburante-cibo e scompaiono rapidamente. Un ulteriore mistero da svelare.

Gli esperimenti condotti con SOFBALL hanno anche prodotto la più grande e la più piccola fiammella mai misurata, nel range 2mm fino a 15 mm di diametro. In onore dello scienziato russo che ne predisse l'esistenza già nel 1944, uno è stato battezzato Zeldovich, mentre l'altro ha preso il nome di Paul Ronney. "Peccato che fosse quello con la vita più corta" ha commentato il vero Paul Ronney, tra il serio ed il faceto.

Precedenti ricerche sulle fiammelle oscillanti sono apparse circa 15 anni fa presso l'Università dell'Illinois, grazie al lavoro di John Buckmaster e al CNRS di Poiters in Francia, dove lavora Guy Joulin. Essi teorizzarono che fiammelle caratterizzate da una specie di corsa verso il carburante che permettesse loro di sopravvivere, sarebbero state in grado di oscillare. Una cosa simile la possiamo ritrovare nelle nostre case, quando le normali candele sono ormai prossime allo spegnimento ed assumono un comportamento tale da far andare la loro fiamma su e giù in maniera ritmica, appena prima di spegnersi. Gli astronauti non avevano avuto questa esperienza nello spazio, ma durante la Missione STS-107 questa eventualità si è effettivamente presentata con due fiammelle, prontamente battezzate coi nomi dei suddetti teorici. Secondo quanto reso noto da Ronney, il periodo e la durata delle pulsazione rivelano un grande accordo con la combustione interna delle fiammelle. Un risultato importante.

La fiammella preferita da Ronney è comunque, quella chiamata Kelly. La prima ad aver quasi completato il giro del mondo. La navetta spaziale impiega circa 90 minuti a circumnavigare la Terra e Kelly è stata in vita per 81 minuti. Un vero record. Kelly è un esempio affascinante di una dinamica di gruppo fra le fiammelle. E' stata creata, una di nove fiammelle, in una mistura di idrogeno, ossigeno e solfuro di esafluoride. Mentre tutte le altre iniziarono a spostarsi intorno alle pareti della camera, alla ricerca del cibo ed entrando quasi in competizione fra loro, Kelly rimase al centro senza muoversi, immobile. In poco tempo le altre si esaurirono nella ricerca di combustiblile nella zona più povera (le pareti della camera) e così Kelly si ritrovò sola, nella zona maggiormente ricca di cibo: il centro della camera. Come osserva Ronney, essere pazienti a volte paga. E lui è un vero esperto in questo campo. Paul Ronney scoprì l'esistenza di queste fiammelle nel 1984, nel Centro di Volo Spaziale John Glenn, in un'aera destinata alla microgravità, dove le nostre fiammelle hanno una vita media di pochi secondi. Ha quindi dovuto attendere 19 anni prima di poter osservare i fenomeni in condizioni oggettive di microgravità: nello spazio.

C'è un breve messaggio nell'ufficio di Paul Ronney: Quando gli Dei decidono di punirti, rispondono alle tue preghiere. Ci vorranno tanti anni per analizzare questi risultati, dice divertito Paul Ronney!

Credits & Contacts
Author: Dr. Tony Phillips
Responsible NASA official: Ron Koczor Production Editor: Dr. Tony Phillips
Curator: Bryan Walls
Media Relations: Steve Roy
The Science Directorate at NASA's Marshall Space Flight Center sponsors the Science@NASA web sites. The mission of Science@NASA is to help the public understand how exciting NASA research is and to help NASA scientists fulfill their outreach responsibilities.