Meteorologia e Climatologia | Kalòs Kaì Agathòs

Si dice che gli scienziati siano in realtà degli adulti che hanno conservato la curiosità e la meraviglia dei bambini. Non ci credete? Ecco un esempio. Alzi la mano chi non ha giocato almeno una volta con le bolle di sapone.

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Le spettacolari iridescenze sulla superficie e la vita effimera che le contraddistinguono sono un’attrazione a cui è difficile resistere, a prescindere dalla propria età anagrafica. Sicuramente meno noto è che fior di matematici e fisici le hanno studiate e continuano a farlo, per comprendere a fondo alcuni fenomeni molto complessi riguardanti la topologia, la teoria del caos, la teoria delle variazioni etc. Lord Kelvin si spinse a dire: “Fate una bolla di sapone e osservatela: potreste passare tutta la vita a studiarla”. Esagerato? Non proprio. Pensate, per esempio, ad una caratteristica evidente delle bolle, cioè il fatto di avere una forma perfettamente sferica. Beh non è un caso. La sfera è, in effetti, la superficie minima che racchiude un determinato volume, così come la circonferenza è la curva chiusa di lunghezza minore se paragonata al perimetro di un qualunque poligono avente la stessa area del cerchio racchiuso. E che dire poi degli spettacolari colori che si osservano sulla superficie delle bolle, sempre cangianti e in movimento, prodotti dalla riflessione e dall’interferenza della luce con la sottile parete di acqua saponata. Da tempo i fisici dell’atmosfera hanno anche notato sorprendenti analogie tra questi fenomeni e il comportamento delle correnti convettive atmosferiche. Adesso un gruppo di ricercatori capitanati da T. Meuel dell’Università di Bordeaux, ha realizzato un esperimento utilizzando una semibolla posizionata su un dispositivo in grado di riscaldarla dal basso e di metterla in rotazione.

In pochissimo tempo si è generato un vortice che ha immediatamente mostrato comportamenti simili ai grandi vortici planetari, si pensi alla Grande Macchia Rossa gioviana, ma anche agli uragani terrestri che sono parenti prossimi seppur su scala enormemente inferiore.

hurricane_depth

Visualization of hurricane Floyd approaching the coast of Florida.
Data from the NOAA GOES satellite. Images produced by Hal Pierce.

Per esempio, si è visto che i vortici aumentano di intensità fino ad un valore massimo per poi iniziare a decadere, similmente a quanto avviene alle tempeste tropicali (TC).

Per passare poi da un’analisi qualitativa ad una quantitativa hanno elaborato un modello matematico che, seppur relativamente semplice, si è dimostrato in grado di riprodurre in maniera molto interessante il comportamento di 171 TC del Pacifico e dell’Atlantico.

(d) Image of the full bubble with a vortex being formed by a large thermal plume. (e) A zoom on the vortex, the colors are interference colors of white light being reflected by the thin water layer constituting the bubble.

Restano ancora da capire molti dettagli ma è un significativo passo avanti nella direzione di predire con sufficiente precisione il percorso e l’intensità degli uragani che, nonostante gli enormi progressi compiuti negli ultimi anni, rimane ancora un obiettivo da raggiungere. Il tutto giocando con una bolla di sapone.

“Dobbiamo anche confidare un poco in ciò che Galileo chiamava la cortesia della Natura, in grazia della quale talvolta da parte inaspettata sorge un raggio di luce ad illuminare argomenti prima creduti inaccessibili alle nostre speculazioni […]. Speriamo adunque. E studiamo.” G. V. Schiaparelli, in Il pianeta Marte, 1893

Domenico Licchelli – 2014

Per saperne di più:

Intensity of vortices: from soap bubbles to hurricanes – T. Meuel et al. SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 3455
Michele Emmer, Bolle di sapone: tra arte e matematica, Bollati Boringhieri, 2009

Quasi fosse una sorta di mantra da ripetere periodicamente, quando uno scienziato è chiamato ad esprimersi sulle motivazioni che lo hanno spinto a scegliere quel mestiere, è molto probabile che ci si senta rispondere che, all’origine di tutto, c’è stata una qualche forma di Bellezza che l’ha impressionato in un certo momento della sua infanzia o adolescenza. Di solito, questa affermazione lascia alquanto sconcertati, soprattutto in quei casi in cui vengono citati improbabili, così sembra ai non addetti ai lavori, fenomeni fisici, equazioni matematiche e via discorrendo. Finchè non si posseggono i giusti strumenti mentali è, in effetti, difficile riuscire a condividere certi entusiasmi. Tuttavia, madre Natura ha inventato un sistema straordinario per permettere a tutti quantomeno di cominciare a diventare consapevoli dell’eccezionalità dello spettacolo che fluisce initerrottamente sotto ai nostri sensi. Potremmo definirla la Bellezza di scala, ossia quella particolare combinazione di forme, colori, dimensioni, significati profondi, che permea tutto il nostro Universo, a qualunque livello, dall’atomo ai super-ammassi di galassie, passando per gli organismi viventi. 10^30 è circa l’ordine di grandezza che intercorre tra un batterio e l’ammasso di galassie della Vergine. E’ un numero assolutamente folle ed inconcepibile secondo il nostro metro quotidiano, ma diventa comprensibile e perfino gestibile, se ci si dota di una visione scientifica e degli strumenti che la Scienza ha messo a disposizione.

Ciò che faremo in questo blog è proprio un esperimento volto a mostrare per immagini, mentali e fotografiche, la Bellezza che ci circonda, con l’auspicio che possa aprire nuovi orizzonti, a noi che lo elaboriamo ed eseguiamo e a voi che pazientemente ci leggete.

Visione in falsi colori al microscopio elettronico a scansione, della struttura ordinata dei cristalli di Carbonato di Calcio che compongono le pareti di una Ampullinopsis crassatina, una conchiglia marina estinta che, nonostante la veneranda età (l’esemplare in questione è datato a circa 25 milioni di anni, nel periodo Oligocenico), conserva ancora tracce del colore originario.

Bolle di Ossigeno prodotte da una reazione chimica su un tessuto trattato con Blu di Metilene, viste al microscopio ottico. Il fenomeno, apparentemente caotico, si sviluppa, invece, in maniera tale da creare una struttura ordinata e coerente

Cristalli osservati al microscopio ottico in luce polarizzata. Le proprietà ondulatorie della luce unite alla struttura tridimensionale dei cristalli generano delle spettacolari iridescenze, variabili per colorazione ed intensità secondo gli angoli di incidenza della luce

Polline osservato al microscopio ottico. Le dimensioni tipiche sono comprese tra 10 e 100 micron

Questa sorta di prezioso ricamo è in realtà l’ovatura di un nudibranchio. L’intera struttura, tipicamente di qualche cm al più, può contenere diversi milioni di embrioni

“Sei brutto come un verme” è un’affermazione decisamente difficile da affibbiare ad un verme marino. L’esemplare qui ritratto è una Protula sp. col suo bel ciuffo branchiale dispiegato, che utilizza sia per respirare che per cibarsi filtrando l’acqua.

Questo misterioso fiore è una orchidea spontanea (probabilmente una Ophrys passionis var. garganica) ed è una delle 32 specie finora censite nel Salento

Cirri d’alta quota, piccoli fractus e nubi stratiformi incendiate dagli ultimi raggi del Sole fanno da sfondo ad una coppia di cormorani (Phalacrocorax carbo), in volo verso il loro domicilio notturno.

L’incessante carsismo e l’azione meccanica delle onde scavano la roccia sommersa e modellano animali mitologici nei friabili calcari. Una pletora di organismi marini fanno poi a gara per rivestire la nuda roccia coi colori più vivaci

Placidamente addormentato come un enorme rettile corazzato coccolato dallo sciabordio delle onde, questo spuntone di roccia calcarea da milioni di anni assiste alle lente rotazioni del cielo sovrastante

La Luna, la nostra fedele compagna, qui impreziosita dalle calde tonalità prodotte durante un’eclisse dagli strati alti della nostra atmosfera, quasi a rimarcare il profondo legame che la unisce alla Terra

La Via Lattea nel Cigno, una delle zone più spettacolari della nostra galassia. Deneb la stella più luminosa nell’immagine è a circa 2600 anni-luce di distanza. Le intricate volute di gas, principalmente idrogeno, e le spesse nubi di polvere disegnano fantastici paesaggi trapuntati di stelle, molte delle quali arricchite di complessi sistemi planetari

La splendida galassia a spirale NGC5907 vista quasi di taglio, qui ripresa dal Large Binocular Telescope. La luce di questo Universo-isola ha impiegato oltre 50 milioni di anni per raggiungerci. In termini cosmologici siamo ancora dentro al cortile di casa, ma su scala umana è già vertigine pura.

Domenico Licchelli – 2014

Kalòs Kaì Agathòs

Elogio della Bellezza (scientifica)

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Un uragano in una bolla di sapone – Domenico Licchelli