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5 gennaio 2013

Quel Marte che non ti aspetti

Guardate l'immagine qui a destra. E' una riproduzione artistica di come la superficie di Marte potrebbe essere cambiata nel corso di milioni di anni fino a diventare quel deserto rossastro che conosciamo oggi. Marte potrebbe avere avuto molta più acqua sulla sua superficie di quanta fino a ieri immaginavamo.

A dircelo, in un articolo apparso on-line su Science proprio lo scorso venerdì, sarebbe un sasso, ma non uno qualunque, bensì uno dei circa cento sassi trovati sulla terra, ma che in realtà provengono dal nostro vicino di pianeta. La loro origine è drammatica, a seguito di un evento da impatto con un asteroide o con una cometa, pezzi di Marte sono stati scagliati nello spazio e dopo aver viaggiato per svariato tempo prima di tornare ad impattare sulla nostra Terra e venire poi ritrovati da quei curiosoni degli umani.

A trovarle si fa una gran fatica, a parte quei fortunati casi in cui si è proprio potuto vedere la scia lasciata in cielo dell'oggetto mentre cadeva, più che altro a dare nell'occhio è il loro colore nero intenso causato dall'attraversamento atmosferico e la successiva indagine chimica e fisica ne possono confermare o smentire l'origine extra terrestre.

Questa pietra marziana, rinvenuta nel 2011 nel deserto del Marocco, è unica nel suo genere, perché a differenza delle altre ha un contenuto di acqua estremamente più elevato, circa un fattor 10 in più o in termini assoluti circa 6000 parti per milione.

L'altra grande differenza rispetto alle altre pietre marziane è la sua età, infatti è stata datata circa 2 miliardi di anni, in quella che i planetologi definisco l'epoca amazzonica su Marte, caratterizzata da un ambiente molto ricco di acqua. Chissà magari anche i nostri esploratori robotici sul Pianeta Rosso potranno aiutarci a capirne meglio l'evoluzione.

Purtroppo non sono un esperto di questa tipologia di analisi, quindi non posso dirvi nulla sulle metodologie utilizzate sia per la datazione (immagino qualche rapporto isotopico) sia per la discriminazione dell'acqua marziana rispetto a quella terrestre. Promesso che se faccio in tempo, mi scarico l'articolo originale da Science e vedo se ci capisco qualcosa; nel frattempo se passasse di qui qualche esperto, il suo contributo è più che benvenuto.

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30 commenti:

  1. E in effetti è interessante sapere come possono distinguere l'acqua marziana da quella terrestre. A leggere l'abstract, sembra avere a che fare con l'isotopo O-17, magari ilMarion può illuminarci?

    Quello che mi sembra strano è che l'acqua marziana non sia evaporata durante il surriscaldamento dovuto all'atmosfera terrestre.


    E certo che 2 Ga (giga anni) nun se' po' senti' :-)

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  2. altro punto che mi piacerebbe capire... ci sarebbe da studiare un paio di mesi prima di cominciare a capire qualcosa!

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  3. Ciao,
    non so dove scriverti, ma ho visto questa notizia che mi ha appena sconvolto.
    http://www.nature.com/news/quantum-gas-goes-below-absolute-zero-1.12146


    Penso che ne uscirebbe un ottimo articolo, anche perchè non ho capito molto bene! =D
    Grazie!

    RispondiElimina
  4. Ho letto, e non c'ho capito niente.

    Da tenere presente che il concetto di temperatura quando parli di sistemi atomici è comunque qualcosa di diverso da quello che si conosce "intuitivamente".
    Ma a quanto sapevo, lo zero assoluto è lo stato in cui l'unica energia è quella minima concessa dalle fluttuazioni quantistiche (-> principio di indeterminazione).

    RispondiElimina
  5. @toto_unicolab:disqus sono stato un po' precipitoso, ma rimane l'affermazione che ho fatto sopra sulla temperatura.
    Temperatura negativa

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  6. Secondo me la spiegazione è in queste righe.
    Systems with positive temperature increase in entropy as one adds energy to the system. Systems with negative temperature decrease in entropy as one adds energy to the system.

    Il che è equivalente, in formula all'equazione differenziale allegata.


    Quindi partendo dal presupposto che la definizione deve essere quella qui sopra e non quella del comun sentire, gli autori della ricerca hanno realizzato un sistema estremamente confinato in cui l'entropia è rimasta costante (o quasi) visto che il gas quantistico è rimasto vincolato sul reticolo, mentre ne è aumentata l'energia (potenziale).

    Da cui la temperatura negativa.

    RispondiElimina
  7. Rileggendo 4/5 volte la pagina di Wikipedia e i vostri post penso di aver capito come hanno fatto.

    Il problema era che mi aspettavo che temperature negative fossero più fredde di quelle positive e non capivo perchè scaldavano!

    Però ora la domanda è un'altra.
    Se mettono un peso da 100 tonnellate sulla prua di un galeone non
    posso sostenere che l'entropia è costante perchè è invariata
    l'inclinazione. Infatti è possibile che l'equipaggio si sia spostato a
    poppa per bilanciare il peso (ergo aumento di entropia).

    Non è una grossa semplificazione affermare che l'entropia è rimasta costante in quanto il reticolo non è cambiato? Non dimenticano di considerare tutte le particelle subatomiche?

    RispondiElimina
  8. NO! NON FARLO! Ti alzi gia` alle 5am per mantenere vivo e rigoglioso UNICO, non hai altre risorse libere da allocare :)

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  9. Credo che l'abbiano considerato, o almeno questo è il motivo per cui lo chiamano gas quantistico.

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  10. @toto_unicolab:disqus , @949c7c9dfd1da2c5a6bcdd69d049bc45:disqus : esatto, trovo però un commento dei lettori abbastanza interessante. Dice:
    "This article makes no sense to me. I thought absolute zero was defined
    as the point at which the system had no energy (of any kind) and no
    entropy. If you put energy into the system, by definition you cannot be
    below absolute zero. If the atoms are suddenly switched to a "higher
    energy state", again, by definition, the particles are not at absolute
    zero. The system is not closed, as the change in external magnetic field
    changed the system."

    Secondo me, parlare di temperature in questi casi è un po' abusare delle definizioni. Giustamente, per definizione lo zero assoluto è lo stato dove il sistema non ha alcuna energia.

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  11. Si, più che altro sembra un artifizio matematico, più che una dimostrazione della realtà, anche se poi la spiegazione teorica (Wiki) smentisce le nostre aspettative..
    Come se ci fosse una falla/imprecisione nella teoria..


    E' un boccone un pò indigesto da mandare giù! =)

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  12. Il cui vero nome è gas IDEALE quantistico.. E una cosa ideale non è riproducibile, ci si avvicina ma non è la stessa cosa.

    Boh, probabilmente ci sarebbe da studiare la cosa per un po' di tempo, facile che loro e Nature ne sappiano molto di più!=)

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  13. su questo non ci piove, in fondo grazie al tuo suggerimento abbiamo trovato l'articolo due giorni fa, mentre loro ci lavorano da chissà quanto tempo.


    a proposito... @ValerianoB:disqus ha trovato un altro articolo che potrebbe interessarti!

    RispondiElimina
  14. @949c7c9dfd1da2c5a6bcdd69d049bc45:disqus
    "Technically, you read off the temperature of a system from a graph that plots the probabilities of its particles being found with certain energies. Normally, most particles have average or near-average energies, with only a few particles zipping around at higher energies.
    In theory, if the situation is reversed, with more particles having higher, rather than lower, energies, the plot would flip over and the sign of the temperature would change from a positive to a negative absolute temperature"


    cioé, se non capisco male, il "graph plot" di cui parlano è la distribuzione di Bose-Einstein. In pratica, loro hanno preso questa distribuzione con una media vicinissima allo zero assoluto, poi hanno alzato la coda ad alte energie mantenendo il sistema stabile ed alla stessa temperatura. Facendo questo, anche la coda a basse energia deve estendersi (per mantenere invariata la media) e in certe condizioni questa puo' "sconfinare" nelle temperature negative.

    RispondiElimina
  15. @toto_unicolab:disqus , @949c7c9dfd1da2c5a6bcdd69d049bc45:disqus

    Ok, ho rispolverato un po' di meccanica statistica, letto un po' su wiki e riflettuto. Alla fine il commento di toto mi sembra il più pertinente, con la sola piccola modifica che io userei questa formula (che chiama in causa direttamente l'energia) e non la sua.
    In effetti, parlare di calore in questo caso non è totalmente corretto perché si deve ragionare in termini di numero di microstati possibili. E infatti, queste due formule (la mia e quella di toto) hanno senso solo se si assume che l'entropia sia già stata definita per via statistica e non per via termodinamica.
    La temperatura è un concetto che trae la sua origine dalla termodinamica classica, alla Carnot e Kelvin per intenderci, e quindi non ha realmente posto in questo genere di discussioni. Quello che salta fuori è in realtà il cosiddetto parametro \beta che si dimostra essere l'inverso della temperatura. Se si conserva questa interpretazione, allora si è costretti ad ammettere che certi sistemi atomici hanno temperatura negativa. Infatti, quando si ricava la forma della funzione di partizione, imponendo le leggi di conservazione della massa e dell'energia, si trovano due integrali. Il punto importante è che se si suppone che non esiste un limite superiore all'energia allora la temperatura deve essere definita positiva, ma se esiste un limite superiore allora il segno di \beta puo' essere qualsiasi.

    Questo accade, come dice toto, quando aumentando l'energia il sistema riduce il numero di stati possibili, e questo "implica" che la temperatura, secondo questa definizione, diventi negativa. L'esempio più chiaro che ho visto è quello degli spin nucleari qui.

    In maniera più fisica, si potrebbe pensare che la temperatura (l'energia media) è legata ai moti traslazionali/vibrazionali/rotazionali ma non all'energia potenziale. Per cui, se si riusce ad aumentare l'energia potenziale di un sistema senza modificarne il numero di microstati, allora l'entropia non cambia. Grosso modo, mi sembra che sia proprio quello che hanno fatto loro.

    La domanda è: come facciamo a dire che si tratta di un sistema chiuso?

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  16. oops, la formula!

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  17. non vedo la formula... ma quello che più mi colpisce è che mi sembra di non aver sparato una cagata cosmica nonostante il tema fosse termodinamica, argomento su cui non sono mai stato ferrato!

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  18. Manco la mia, termodinalmica e meccanica statistica mai amate più di tanto. Strano, fa questo effetto a molti :-)

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  19. Ok, siamo precisi. Nel calcolo della funzione di partizione, la conservazione dell'energia e della massa si scrivono cosi (vedi formule). Se l'energia non ha limite superiore, per essere finiti gli integrali, deve risultare \beta < 0, altrimenti l'estremo superiore è limitato e il segno di \beta non è determinato.

    Si dimostra poi la seconda, identificando l'energia media con k_B T.

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  20. @949c7c9dfd1da2c5a6bcdd69d049bc45:disqus , @toto_unicolab:disqus

    Ot per OT, questo potrebbe (?) essere un articolo bomba:

    http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=common-interpretation-of-heisenbergs-uncertainty-principle-is-proven-false


    toto: sai come sono sensibile al principio di Heisemberg :-) faresti un post quando vuoi?

    RispondiElimina
  21. non prometto nulla... magari nel weekend dopo la doppia sessione di dentista!

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  22. ma fatti un abbonamento! :-)

    RispondiElimina
  23. Oltre la spiegazione termodinamica ora c'è anch la spiegazione statistica! =)
    Come dicevo prima la mia limitazione era credere che non esistesse un limite superiore all'energia.

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  24. Oddio, per un attimo ho temuto che stesse per crollare il Principio di Indeterminazione! Almeno lui è, almeno in parte, salvo! ....per ora? =)

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  25. Si, eh? Titolo altisonante :-) Questa frase è sottile:
    "showed that the act of measuring can introduce less uncertainty than is required by Heisenberg’s principle. The total uncertainty of what can be known about the photon's properties, however, remains above Heisenberg's limit."

    Non sono convinto di tutto quello che dicono là, oggi cerco di leggere l'articolo originale per vedere cosa c'è effettivamente sotto.

    Il primo commento resta una vera perla, pero':

    The amount of uncertainty about examples of the uncertainty principle
    increases with the number of studies quantifying quantum uncertainty.

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  26. @949c7c9dfd1da2c5a6bcdd69d049bc45:disqus : in effetti è quella statistica la spiegazione corretta, di cui la versione "termodinamica" vale in determinati contesti.
    Tutti qui penso avevamo fatto l'assunzione implicita di non avere limite superiore all'energia.

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  27. Ahahahah ..non l'avevo letto il commento! Geniale!

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  28. Fosse stata solo quella la mia limitazione!
    Non sapevo neanche che una temperatura negativa fosse "più calda"! =)
    La pagina di Wiki sulla temperatura negativa ha ribaltato le mie conoscenze di termodinamica! Oggi ne parlavo in università e sono rimasti tutti a bocca aperta!

    RispondiElimina

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