La Stazione Spaziale Internazionale e “l’assenza” di gravità

La Stazione Spaziale Internazionale è il più costoso e grande satellite artificiale costruito dall’uomo, gestito da cinque diverse Agenzie Spaziali (NASA, ESA, RKA, JAXA e CSA-ASC). Grande poco più di un campo di calcio e costruito in buona parte in Italia (tra tutti i componenti la cupola e il modulo con gli oblò di osservazione sono interamente prodotti nostrani) è ininterrottamente abitata dal 2 novembre 2000 con un equipaggio che può variare dai due ai sei membri. Per il 2028 è previsto il suo smantellamento o la sua parziale riutilizzazione, attualmente il “servizio taxi” per gli astronauti è fornito dalle immarcescibili ed affidabilissime Sojuz russe, mentre per i rifornimenti di cibo, acqua, materiali sono usati anche i vettori Progress, Dragon, Cygnus e dal H-II Transfer Vehicle.

Fino ad oggi si sono alternati ben 239 astronauti di 19 paesi diversi ed attualmente per la prima volta un italiano, Luca Parmitano è il comandante della SSI. La stazione si trova a circa 400 km dalla superficie terrestre ed orbita ad una velocità di oltre 27.000 km orari compiendo 15 giri della Terra al giorno.

Pur essendo ben al di sopra dell’atmosfera la forza di gravità sulla Stazione Spaziale Internazionale è soltanto del 10% inferiore di quella che avvertiamo sulla superficie del nostro pianeta. Una riduzione così piccola non è sufficiente a rendere le persone e gli oggetti privi di peso. Ed allora perché astronauti ed oggetti fluttuano dentro la stazione spaziale? E perché questo imponente manufatto non precipita sulla Terra?

Questo apparente mistero era stato spiegato da Isaac Newton. In questi casi per spiegarne gli effetti si ricorre al classico esempio del cannone o meglio di un “super cannone”. Supponiamo di trovarci su una montagna molto alta e di sparare un proiettile con un potente cannone. La gittata sarà di qualche chilometro. Ripetiamo il lancio con velocità via via crescenti; la traiettoria del proiettile si incurva sempre di meno ed esso cade sempre più lontano. Se il proiettile ha una velocità sufficientemente elevata non ricadrà sulla Terra; potrà invece entrare in orbita e diventare un satellite terrestre.

La SSI come tutti gli altri satelliti lanciati in orbita non sono altro che oggetti in caduta libera che non cadranno mai sulla Terra. Per comprendere meglio cosa vuol dire essere in caduta libera facciamo un altro esperimento mentale. Prendiamo una bilancia pesa persone e saliamo su un ascensore. Prima di tutto pesiamoci e poi premiamo il pulsante dell’ultimo piano. La bilancia segnerà un peso maggiore. L’accelerazione dell’ascensore per un osservatore interno all’ascensore stesso si somma con quella della gravità. Se giunti al decimo piano premiamo il pulsante di un piano inferiore, la nostra bilancia segnerà un peso inferiore.
Adesso se il vostro peggior nemico trancia i cavi dell’ascensore la cabina precipita con un’accelerazione di 9,81 metri al secondo quadro voi per qualche secondo prima di sfracellarvi al suolo fluttuereste come come se la forza di gravità fosse assente. In realtà sareste in caduta libera come lo sono gli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale.

Per sperimentare l’assenza di peso gli astronauti si addestrano sui Vomit Comet come vengono chiamati quegli aerei utilizzati per i voli parabolici. In questi voli, l’aeroplano effettua una sequenza di traiettorie approssimativamente paraboliche, durante le quali chi è all’interno dell’abitacolo, per circa 20-25 secondi, è in condizione di assenza di peso, come gli astronauti sulla Stazione Spaziale. Sono per quel breve lasso di tempo in caduta libera. Ovviamente i motori di questi aerei vengono “riaccesi” prima che dall’addestramento si passi alla tragedia. Non è difficile perché con un certo cinico umorismo gli astronauti abbiano battezzato questi aerei Vomit Comet.

Se la gravità sulla Stazione Spaziale è il 90% di quella terrestre l’accelerazione della forza gravitazionale è circa un milionesimo di quella terrestre per questa si parla di microgravità. Per non confondere le due cose è bene ricordare che l’accelerazione di gravità, o accelerazione gravitazionale, secondo l’interpretazione newtoniana, rappresenta il vettore del campo gravitazionale; pertanto essa è l’accelerazione che un corpo subisce quando è lasciato libero di muoversi in caduta libera in un campo di gravità e la sua unità di misura è il metro al secondo quadrato.