Quanto pesa l'ombra?

Quanto pesa l'ombra? Avete letto bene. Potrebbe sembrare una domanda stupida e inappropriata, ma allora perché la poniamo qui, su un sito di scienza? Perché non è una domanda così stupida come sembra – o, almeno, la risposta è più interessante di quanto vi potreste immaginare.

La risposta più ovvia alla domanda è che l'ombra non pesa nulla. In realtà, la risposta corretta è un'altra: l'ombra, infatti, pesa meno di nulla. E sfruttare questo principio potrebbe permetterci di navigare in giro per il sistema solare senza usare motori e carburante.
Quattrocento anni fa, l'astronomo Johannes Kepler osservò che la coda delle comete punta sempre in direzione opposta al Sole, senza variare a seconda della posizione della cometa. Kepler riuscì a spiegare questo mistero concludendo che i raggi del Sole esercitano una pressione in grado di strappare materiale al corpo della cometa, producendo così delle code di detriti sempre opposte alla nostra stella. Verso la fine del 19esimo secolo, il fisico James Clerk Maxwell formulò alcune equazioni in grado di prevedere la pressione della luce – un valore confermato in laboratorio nel 1903.

Cosa significa tutto ciò? Significa che i raggi del Sole non vengono solamente assorbiti dalla nostra pelle... ma ci spingono, anche. Ovviamente, se non lo notiamo a occhio nudo è perché questa spinta è infinitesimale: per ogni centimetro quadro, la superficie del nostro pianeta viene spinta con una forza di 340 milionesimi di kg, ossia sei zeri dopo la virgola.

Potrà non sembrare tanto – o, meglio, potrà sembrare pochissimo – ma su larga scala, questa spinta può avere effetti relativamente importanti. La città di Chicago, ad esempio, di giorno pesa 140 chili più che di notte, solo per la spinta della luce del Sole.

Questi effetti sono ancor più imponenti nello spazio, lontano dall'atmosfera e dal campo magnetico della Terra. Una sonda diretta verso Marte, ad esempio, rischia di mancare il suo obiettivo di oltre 1000 chilometri se non vengono attuate manovre per controbilanciare la spinta del Sole.

La sonda giapponese Hayabusa ha visitato nel 2005 l'asteroide Itokawa, prelevando dei campioni di superficie e portandoli sulla Terra. Se gli scienziati non avessero preso in considerazione la spinta del Sole, pari in quel caso a ben l'1% della spinta del propulsore ionico della sonda, Hayabusa si sarebbe schiantata contro l'asteroide, invece di scendere lentamente verso la sua superficie.

La vela solare IKAROS.

La scoperta della spinta del Sole ha avuto importanti conseguenze, un tempo incastrate nel mondo della fantascienza, ma oggi concreta realtà. Le vele solari, oggetto di molti romanzi fantascientifici, consistono nello sfruttare la spinta del Sole per planare nello spazio e raggiungere distanze considerevoli senza né propulsori, né propellente. Nel 2010 è decollata la sonda giapponese IKAROS, la prima vela solare mai costruita, che ha raggiunto Venere sfruttando solamente la spinta del Sole – pari, secondo i dati, a solamente 1,12 millinewton, ma pur sempre abbastanza da spingere la vela fino al nostro vicino planetario. L'anno successivo, la NASA ha inviato un'altra vela solare, NanoSail-D2 in orbita attorno alla Terra confermando la grande utilità e l'enorme potenziale di questa nuova tecnologia.

Altri miracoli ci attendono sulla strada. Due anni fa, un team di ricercatori dell'Australian National University ha dimostrato che è possibile scagliare microscopiche particelle verso un preciso bersaglio a mezzo metro di distanza usando solamente la pressione della luce. Lo scopo è quello di ripetere l'esperimento ma con un bersaglio posto a 10 metri. Potrà non sembrare un'impresa colossale, ma se si considera il fatto che potrebbe essere usata per spostare virus letali, cellule viventi o molecole gassose altrimenti irremovibili... potreste intravedere il potenziale di questa nuova tecnologia.

Quindi sì, in fondo non era una domanda così stupida.

Fonti

The Straight Dope

Vsauce (YouTube)