Lanciare un oggetto nello spazio

Che succede se io lanciassi un oggetto nello spazio? Quell'oggetto andrebbe in avanti per sempre oppure a un certo punto si fermerebbe?

Jawid Jafari
4 febbraio 2005
In realtà i due concetti di "andare avanti per sempre" e di "fermata"sono molto qualitativi e fisicamente non ben definiti. Tuttavia la domanda è alquanto intrigante per le connessioni a uno dei problemi più aperti della fisica moderna, quello dei sistemi complessi. Assumiamo infatti che il nostro oggetto abbia una velocità di fuga che lo faccia uscire dall'attrazione del sistema Terra-Luna. A questo punto si troverebbe a cercare una via di "sopravvivenza"fra i campi gravitazionali del Sole e degli altri pianeti. Le equazioni del moto di tale problema a più corpi in generale non sono integrabili, il nostro oggetto "perde la testa" ossia entra in un regime caotico e finisce catturato dal Sole o da un pianeta.

La cosa interessante è che sotto particolari condizioni può essere "salvato" da un teorema fondamentale della teoria del caos, il teorema KAM (Kolmogorov-Arnold-Moser). In termini semplici questo teorema ci dice che per particolari rapporti di grandezze fisiche, dette frequenze angolari, rispettivamente del sistema oggetto/Sole e di quello pianeta-perturbante/Sole, il nostro oggetto può entrare in un'orbita "stabile" attorno al Sole. La cosa che appare paradossale è che questi rapporti debbono essere numeri irrazionali!

La conferma sperimentale viene dalla distribuzione delle orbite di asteroidi nella fascia fra Marte e Giove. Analogo fenomeno si ha per la cattura da parte di un pianeta, con un satellite che fa da terzo corpo attrattivo. Anche qui se le frequenze angolari oggetto/pianeta e satellite-perturbante/pianeta sono su rapporti irrazionali, l'oggetto entrerà in un'orbita"stabile" attorno al pianeta. La prova è data dagli anelli di Saturno che improvvisamente mostrano dei vuoti (le divisioni di Cassini).

Naturalmente si potrebbero seguire argomenti analoghi nel caso il nostro oggetto fosse lanciato con la possibilità di uscire dal sistema solare.

Commenti generali:

- la fisica, anche a livello più semplice, è dominata da effetti a più corpi che sono molto difficili da controllare.
- ho sempre usato il concetto di "stabilità" fra virgolette. È molto difficile trovare qualcosa di "stabile" nel nostro Universo, per ora pensiamo alle "ultime" 12 particelle elementari supersititi...

Massimo Di Toro Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Catania

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