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L'immagine
Sottosuolo di un'area di scavi ad Aquileia
Sotto l’impero di Cesare Augusto, Aquileia era il principale porto dell’Adriatico settentrionale e la capitale della regione Venetia et Histria. Dopo l’invasione degli Unni (452) e l’occupazione dei Longobardi (568), Aquileia cessa di essere una capitale. Oggi è un piccolo comune della provincia di Udine a qualche chilometro di distanza dalla laguna di Grado.
L’antico porto fluviale romano che stava presso la foce del fiume Natissa (il cui corso pare sia stato deviato da Giuliano l’Apostata nella seconda metà del IV secolo per dare più importanza al porto di Grado), si trova oggi sepolto sotto vari metri di terra. Nei secoli, i sedimenti di origine fluviale che hanno prodotto i lidi che delimitano la laguna hanno spostato le linee di costa di vari chilometri.
L’area visualizzata nell’immagine principale corrisponde a un quadrato di 60 m di lato e rivela ombre di oggetti che potrebbero trovarsi fino a una profondità dell’ordine dei metri. L'area si trova all'interno di una delle principali zone di scavo dell'antico porto romano. Le strutture visualizzate verranno interpretate alla luce delle informazioni acquisite con differenti metodi di indagine e prospezione geofisica (georadar e lidar). Si tratta infatti dei risultati di un progetto di ricerca sulle possibili applicazioni della radiografia muonica del sottosuolo all'archeologia e di integrazione di diverse tecniche per l'indagine archeologica nella Regione Friuli Venezia Giulia nel quale sono coinvolti il Dipartimento di Fisica e il Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Trieste, la Sezione di Trieste dell'INFN (Istuto Nazionale di Fisica Nucleare) e il gruppo CARS (Cartography and Remote Sensing) dell'Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geoofisica Sperimentale OGS.
Nell'immagine associata, a una rotazione dell'immagine principale è stata sovrapposta una mappa dello stesso sottosuolo ottenuta nel 2003 da Alessandro Prizzon interpretando i dati di prospezioni georadar (tesi di Dottorato di ricerca Metodologie integrate 3-D per indagini archeologiche e paleoambientali).
La tecnica
Radiografia muonica del sottosuolo (MGR)
Analogamente alla radiografia medica che utilizza raggi X per ottenere informazioni sulla densità dei corpi, la radiografia muonica del sottosuolo (Muon Ground Radiography, MGR) utilizza i raggi cosmici che piovono sulla superficie della Terra sotto forma di muoni, per “illuminare” gli strati superficiali del suolo e ricavarne ombre significative dal punto di vista geologico, archeologico o ingegneristico.
Mentre la radiazione X per la radiografia medica viene generata e orientata intenzionalmente, i muoni sono prodotti naturali delle interazioni dei raggi cosmici primari nell’alta atmosfera terrestre.
Si chiamano <i>raggi cosmici primari</i> le particelle cariche che arrivano sulla Terra dopo essere state accelerate fino a raggiungere altissime energie (centinaia di milioni di volte superiori a quelle che vengono prodotte nei più grandi acceleratori) da sorgenti cosmiche ancora non ben precisate ma verosimilmente molto lontane (stelle di neutroni, pulsar, supernovae, nuclei galattici, quasar) visto che queste particelle arrivano da tutte le direzioni). Interagendo con i vari strati dell’atmosfera terrestre, i raggi cosmici primari producono una continua pioggia di particelle secondarie. Tra queste le più stabili sono appunto i muoni, che raggiungono il suolo in numero di circa 130 al secondo per ogni metro quadrato di terreno.
I muoni, scoperti nel 1936 e chiamati in un primo tempo mesotroni e successivamente mesoni mu (dalla lettera greca μ, mu), sono particelle elementari cariche simili agli elettroni, ma con massa circa duecento volte maggiore. Grazie alla loro notevole massa, i muoni non emettono molta radiazione di frenamento (bremsstrahlung) e penetrano terreno (e anche nella roccia) per diverse decine di metri.
Siccome la profondità della penetrazione dipende alla densità del mezzo attraversato dalla radiazione, conoscendo la conformazione della superficie e la posizione dello strumento, l’analisi dei muoni rivelati permette di ottenere una stima della quantità di materia attraversata nelle varie direzioni di provenienza.
Per questa ragione questa tecnica richiede precise informazioni topografiche e stratigrafiche ottenute con altre tecniche di prospezione del terreno come il georadar e il lidar.
Con le La distribuzione angolare dei muoni è massima dall’alto secondo la verticale al suolo ma si estende, decrescendo, ad angoli di zenith verso l’orizzontale, divenendo molto ridotta oltre i 70° e praticamente insignificante a 90°. La radiazione utilizzabile proviene quindi da un cono di terreno abbastanza chiaramente delimitato attorno ai 60° dalla verticale.
Per rilevare i muoni si utilizzano due tipi fondamentali di rivelatori: cilindrico e planare. Il rivelatore planare è adatto per essere posizionato in cavità ipogee (come grotte o sotterranei) e raccoglie dati relativi alla radiazione cosmica che attraversa l’intero cono di terreno soprastante la cavità. Il rilevatore cilindrico viene invece inserito in posizione verticale all'interno di un foro (che normalmente deve essere appositamente praticato con una trivella) e raccoglie la radiazione proveniente da un volume di terreno corrispondente alla differenza tra il cono formato dalla radiazione incidente sulla superficie laterale del cilidro e quello formato dall’ombra della sua base (visibile come un cerchio verde al centro dell’immagine).
Lo strumento con cui sono stati rilevati i dati da cui è stata ricavata l’immagine è un cilindro di alluminio di oltre due metri di lunghezza a chiusura completamente ermetica contenente i rivelatori, l’elettronica di controllo e acquisizione dati e la bussola elettronica. Nel caso del rilevatore cilindrico, dopo essere stata calata in un foro precedentemente praticato nel terreno fino ad una profondità di circa dieci metri la strumentazione viene tenuta in operazione per diversi giorni in modo da registrare le traiettorie dei muoni che la raggiungono.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
