Esplorazione spaziale: perchè investire?

Perseverance ha effettuato nel Febbraio 2021 il suo atterraggio sul pianeta rosso. L’emozione del team del JPL (Jet Propulsion Laboratory) di NASA, così come la mia e quella di moltissimi appassionati, è stata enorme. Ma qui non si tratta solo dell’entusiasmo di qualche appassionato o di un (ben nutrito e vasto) gruppo di ingegneri e scienziati. Questo avvenimento (spaziale!) rappresenta l’ennesimo successo dell’umanità quando si unisce sotto un’unica bandiera: quella del genere umano.

Vi lascio qui sotto il video nel caso non l’aveste ancora visto. Sappiate però che queste riprese sono state inviate dal rover alla Terra ben dopo l’atterraggio. Nel momento in cui si avvicinava al suolo, il team del JPL riceveva solo segnali radio di avvenute manovre (entrata nell’atmosfera marziana, apertura paracadute, ecc.) con ben 12 minuti di ritardo a causa della distanza Terra – Marte. Ho rivisto questo video già una decina di volte, e ogni volta è come la prima.

Quante volte siamo atterrati su Marte?

Perseverance (di cui abbiamo parlato qui) non è il primo rover spedito sul pianeta rosso. Ce ne sono stati cinque e il primo atterrò nel luglio del 1997, si chiamava Sojourner e l’obiettivo della missione era proprio capire se si potesse spedire un robot dotato di ruote su Marte (pesava appena 10 kg, Perseverance ne pesa più di 1000). Nel gennaio 2004 atterrano contemporaneamente Spirit e Opportunity in due diversi punti con lo scopo di cercare evidenze della presenza di acqua. E poi nell’agosto del 2012 arrivò anche Curiosity cercando tracce di vita: acqua e un giusto cocktail di composti chimici rivelatori. E poi arriva Perseverance che prosegue, con perseveranza, sulle tracce dei suoi predecessori: c’è o c’è stata vita su Marte? Può un giorno l’uomo esplorare il pianeta? Lo scopriremo (ma qualcosa già lo sappiamo, se curioso clicca qui).

Perché spendere così tanti soldi nell’esplorazione spaziale quando abbiamo così tanti problemi qui?

Affrontiamo la questione dal principio e cerchiamo di capire quanto effettivamente costa l’esplorazione spaziale. Ho effettuato qualche ricerca e ho deciso di riportare i dati tratti dalla libreria online OECD. Trovate qui il report da cui ho tratto il seguente grafico.

Budget ricerca spaziale rispetto al PIL

Nel grafico è riportato il budget dedicato all’esplorazione spaziale rispetto al PIL (o GDP) del paese. La Russia ha investito nel 2013 lo 0.25% del suo PIL, gli Stati Uniti un po’ meno. L’Italia nel 2013 ha investito poco più dello 0.05%. Per comprendere appieno questo dati è necessario fare un confronto con qualcos’altro, ad esempio la percentuale del PIL dedicata alle spese militari. Nel 2019 la Russia ha investito il 3.9% del PIL, gli Stati uniti il 3.4% e l’Italia l’1.4%. Trovate ulteriori statistiche qui o su Wikipedia. Come è facile notare, le spese militari sono dalle 10 alle 20 (o di più) volte superiori rispetto a quelle spaziali. Per fare un altro confronto, l’Unione Europea nel 2018 ha speso il 4.6% del PIL nell’educazione (trovate qui le statistiche stato per stato).
Com’è possibile notare, la percentuale del PIL dedicata all’esplorazione spaziale è molto bassa, e nonostante ciò sono stati compiuti progressi enormi.

L’obiettivo dell’articolo però non è dibattere sui numeri, o su quanto sia giusto o sbagliato investire di più o di meno, ma provare a far capire quanti benefici riceviamo tutti noi dalla ricerca spaziale. La NASA, così come l’ESA, sono agenzie spaziali pubbliche e da sempre rendono accessibili a tutti le loro scoperte ed invenzioni.

Vita quotidiana spaziale

Ovunque ci giriamo possiamo osservare tecnologie provenienti dagli studi e dalle ricerche effettuate dalla NASA. Sin dalla nascita dell’agenzia spaziale americana sono state documentate più di 1500 tecnologie implementate nella vita civile, e più di 150 da quella europea. Il solo programma Space Shuttle, secondo le dichiarazioni della NASA, ne ha generate più di 100. Queste spin-off hanno migliorato la nostra vita e hanno permesso la nascita di centinaia di aziende e industrie.

La NASA ha anche creato questo divertente sito interattivo in cui esplorare le loro tecnologie applicate in ambito domestico e cittadino. Di seguito ve ne racconto alcune.

Materiali in memory-foam

Il memory-foam fu sviluppato nel 1966 per rendere più confortevoli i sedili degli astronauti a causa delle elevate forze G a cui sono sottoposti durante le fasi di lancio e atterraggio. Agli inizi degli anni ’80 il mondo civile poté usufruire dei vantaggi e del comfort di questo materiale.

Cibi arricchiti per neonati

Diversi prodotti alimentari finalizzati ad un corretto e sano sviluppo del bambino furono inizialmente sviluppati per gli astronauti. Negli anni ’80 gli scienziati NASA crearono un olio vegetale proveniente dalle alghe brevettato successivamente nel 1994 con il nome di Formulaid. Questo contiene due importanti acidi grassi poli-insauturi Omega-3 e Omega-6, l’acido docosaesaenoico (DHA) e l’acido arachidonico (AA) rispettivamente, fondamentali per un corretto sviluppo del cervello e delle capacità cognitive. Si è osservato che una carenza di DHA è associata con l’insorgenza della malattia di Alzheimer (qui). Ad oggi moltissimi alimenti per lo sviluppo del bambino contengono questi e altri nutrienti.

Termometro a infrarossi

La pandemia di Covid-19 ha reso molto popolari questi termometri. Il beneficio sta nella possibilità di misurare la temperatura corporea senza che il dispositivo entri in contatto con le membrane mucose diminuendo quindi il rischio di trasmissione di eventuali infezioni. La NASA collaborò con la Diatek Corporation, attraverso il programma Technology Affiliates, per lo sviluppo di questo prodotto, rilasciato poi sul mercato nel 1991. Ulteriori informazioni qui.

Fotocamere degli smartphone

Le fotocamere dei nostri smartphone risalgono in parte al lavoro dello scienziato Eric Fossum e del suo team al JPL, centrato sulla miniaturizzazione delle camere digitali per le missioni interplanetarie. Agli inizi degli anni ’90 nasce il sensore a pixel attivi (active-pixel sensor), altresì detto CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor). Sino ad allora erano già disponibili sensori di alta qualità, come i CCD, ma richiedevano un consumo energetico non indifferente e ottime capacità di trasporto di carica elettrica. Il sensore CMOS risolve tutti questi problemi, inoltre è compatto, leggero, affidabile e più economico.

Quell’invenzione ha rivoluzionato il mondo della fotografia digitale e non solo. Il sensore CMOS è entrato nelle webcam, nei telefoni, nelle fotocamere reflex (DSLR) ed è attualmente utilizzato nell’imaging dentale e nell’endoscopia capsulare (come PillCamTM). Per saperne di più su questa invenzione clicca qui.

E molte altre

Ecco altre tecnologie NASA brevemente citate: aspirapolvere portatile, sistemi di purificazione dell’acqua, coperte isolanti di emergenza, software di AI per il monitoraggio di pazienti a distanza, il comunissimo e umile mouse, il purificatore d’aria, navigazione GPS, microinfusori di insulina impiantabili, chirurgia refrattiva laser per la correzione di problemi visivi. Come dicevo poco sopra, sono moltissime le tecnologie NASA presenti nella nostra vita, e vi invito a cercarne altre qui.

Missioni per il monitoraggio della Terra

Oltre all’infinita lista di tecnologie citata poc’anzi, esistono tutta una serie di missioni attualmente in corso che hanno lo scopo di migliorare la vita qui sul nostro pianeta (e di prevenire la nostra estinzione). Trovate la lista completa qui. Eccone alcune che trovo interessanti e di elevata importanza.

Satellite SMAP

Il satellite SMAP (Soil Moisture Active Passive) fu lanciato nel 2015 ed è attivo ancora oggi. La sua missione consiste nel misurare e mappare l’umidità del suolo terrestre. Perché è importante? L’umidità del suolo è un segnale vitale del pianeta Terra, e questo satellite la misura sull’intera superficie ogni 2-3 giorni. I dati ottenuti permettono di monitare e prevedere periodi di siccità, inondazioni e perfino le rese sul raccolto del grano.

Tutto ciò è liberamente accessibile a tutti, e diversi paesi in tutto il mondo ne fanno ampio uso proprio per meglio affrontare periodi di grave siccità ed evitare così potenziali carestie. Il monitoraggio della disponibilità di acqua sul pianeta è fondamentale anche per meglio comprendere i cambiamenti climatici in corso.

Una piccola riflessione: SMAP è costato 900 milioni di dollari, provenienti dalle tasse versate dai cittadini americani. Non si potevano usare quei soldi per sfamare direttamente le popolazioni più povere del mondo? Prendiamo come esempio il continente africano, con 1.2 miliardi di persone (nel 2016), e immaginiamo di usare tutti i soldi dello SMAP per sfamare questa gente (ovviamente non tutti vivono in condizione di estrema povertà, questa riflessione vuole essere puramente indicativa). Assumiamo di poter sfamare una persona per un giorno con 5$. Ciò significa che con 900 milioni di dollari si possono sfamare per un giorno 180 milioni di persone, cioè un sesto della popolazione del continente.

Quei soldi sono invece stati investiti in tecnologia e innovazione e hanno permesso di sviluppare SMAP. Oggi SMAP aiuta i paesi sottosviluppati a meglio gestire le proprie risorse, aumentando la quantità di cibo che sono in grado di produrre loro stessi. E così sarà per decenni.

Missione DART

Oltre a migliorare la vita sulla Terra, gli scienziati NASA ci tengono anche a prevenire l’eventuale fine del mondo dovuta all’impatto di un asteroide, e per questo motivo hanno dato vita alla missione DART (Double Asteroid Redirection Test). La prima dimostrazione di questo avanzato sistema di difesa avverrà nel settembre del 2022: l’asteroide 65803 Didymos passerà vicino (ma non troppo da essere pericoloso) al nostro pianeta e sarà allora che il veicolo spaziale DART impatterà su di esso deviandone la traiettoria.

Sono moltissime le missioni finalizzate al monitoraggio dei segni vitali del nostro pianeta, come il livello e la topografia degli oceani (SWOT), la quantità e distribuzione di anidride carbonica (OCO-3) e più in generale, i cambiamenti climatici che stiamo vivendo.

I vantaggi dell’esplorazione spaziale riassunti

Vorrei concludere questo articolo riassumendo un po’ quelli che sono i vantaggi e benefici dell’esplorazione spaziale, iniziando da quelli citati sopra: trasferimenti tecnologici (spin-off) alla nostra vita quotidiana, miglioramento della vita sul nostro pianeta con missioni come SMAP e prevenzione dell’estinzione di massa causata dai cambiamenti climatici o dall’urto con eventuali corpi celesti. E se l’estinzione fossa causata dall’uomo stesso? Tra gli obiettivi dell’esplorazione marziana c’è anche quello di stabilire un insediamento permanente sul pianeta rosso, nel caso in cui qualcosa dovesse andare storto sul pianeta azzurro (e.g. conflitto nucleare).

Un altro motivo, forse il più importante, risiede nella natura umana: il desiderio di conoscenza, la sete di infinito e la capacità di meravigliarsi e di sognare davanti all’ignoto.

Vi ringrazio di aver letto questo articolo, e per questo motivo vi chiedo ancora un minuto della vostra attenzione per guardare il seguente video: la più bella immagine dell’universo catturata dal telescopio Hubble.

Ludovico Andrea Alberta

Mi chiamo Ludovico e ho preso a cuore il progetto di The Science Lab. Ho iniziato a scrivere articoli per il presente blog a settembre 2020. Sono laureato magistrale in Scienze e Tecnologie Chimiche all'Università di Milano - Bicocca. Attualmente mi trovo a Dresda (Germania) per il mio dottorato. Mi occupo, insieme ai miei colleghi del progetto BIOREMIA ETN, di sviluppare nuovi potenziali materiali per impianti ortopedici e dentali. Io nello specifico studio e ricerco leghe innovative di titanio con azione antibatterica. (Se vuoi saperne di più, visita il sito www.bioremia.eu)