Mission to the edge of space:Baumgartner tesina

SCIENZE

L'atmosfera terrestre è l'involucro di gas che avvolge il nostro pianeta e le cui molecole sono

trattenute dalla forza di gravità della Terra, entro un raggio di 500 km dalla superficie. L’atmosfera è

essenziale per gli esseri viventi in quanto consente sia la presenza della vita in tutte le sue forme

(animali e vegetali) e sia perché costituisce uno schermo protettivo contro le radiazioni ultraviolette

e contro la caduta di meteoriti. Attualmente si ritiene che l’atmosfera sia costituita da cinque strati

sovrapposti di densità decrescente, detti sfere, delimitati da zone di transizione, dette pause. Queste

sono:

1. la troposfera, ovvero lo strato più basso e più denso dell’atmosfera che si estende fino a

circa 12 km dal suolo e il cui limite superiore è chiamato tropopausa. La troposfera ospita la

quasi totalità del vapore acqueo ed è sede delle perturbazioni meteorologiche. In questo

strato la temperatura diminuisce all’aumentare della quota (in media di 0,5 °C ogni 100m),

fino a raggiungere temperature di -50/-70°C .

2. la stratosfera, è costituita da gas più rarefatti ma non diversi da quelli presenti nella

troposfera. Questo strato raggiunge i 60 km di altezza ed è delimitato superiormente dalla

stratopausa. La temperatura non varia rispetto a quella della troposfera (circa -70°C) fino

alla quota approssimativa di 20 km, poi comincia ad aumentare con valori variabili tra 1°C e

3°C per chilometro di quota. Questo aumento di temperatura è collegato alla presenza di

ozono che assorbe quasi completamente le radiazioni solari ultraviolette, impedendole di

raggiungere la superficie terrestre. La maggior parte dell’ozono è concentrata in uno strato,

detto ozonosfera, in cui la temperatura raggiunge valori attorno allo 0°C.

3. la mesosfera, si estende fino agli 80-90 km e il limite superiore è la mesopausa. Questo

strato è caratterizzato da una notevole e crescente rarefazione dei gas e da una forte

diminuzione di temperatura che raggiunge valori compresi tra i -70 e i -90°C.

4. la termosfera, termina verso i 500 km con la termopausa ed è uno strato in cui la densità

dei gas continua a decrescere. L’andamento della temperatura riprende ad aumentare poiché

influenzata dall’energia solare, raggiungendo i 1000°C.

5. l’esosfera, è la parte più esterna dell’atmosfera ed è la zona al di sopra dei 500 km. Il limite

superiore dell’esosfera non è definibile in quanto “sfuma” verso lo spazio interplanetario. A

questo livello, la temperatura continua ad aumentare con la quota fino a toccare

presumibilmente i 2000 °C.

La composizione dell’atmosfera è principalmente formata da azoto (per il 78%), da ossigeno (per il

21%) e contiene in quantità minori i gas nobili e l’anidride carbonica; sono presenti anche

percentuali variabili di vapore acqueo e tracce di idrogeno, ozono, metano e gas inquinanti (come

diossido di zolfo, diossido di azoto e ossido di carbonio).

Una volta apprese le conoscenze base dell’atmosfera, riusciamo a comprendere meglio il “viaggio”

di Felix. La sua ascesa è cominciata proprio dalla troposfera. In questa zona, come abbiamo già

detto, l'aria è più densa e gli agenti metereologici sono significativi; queste condizioni potevano

mettere a rischio l'integrità del pallone aerostatico e potevano rischiare di modificare in maniera

significativa la traiettoria del complesso pallone-capsula. Si può, dunque, facilmente evincere come

la parte più complessa del percorso sia consistito proprio nello stacco da terra e nell'attraversamento

della troposfera.

Una volta attraversata con successo la troposfera e la tropopausa, Baumgartner avrebbe dovuto

raggiungere l'altezza ideale di 36.000 m, dove la capsula si sarebbe dovuta fermare e permettere a

Felix di procedere con il salto. Grazie alla velocità del complesso, però, la quota massima raggiunta

è stata di 39.000 m. Le condizioni atmosferiche, a quell’altezza, sono ostili per l'uomo; infatti le

molecole d’aria respirabile sono talmente poche che nessun essere umano potrebbe sopravvivere

senza l'ausilio di un equipaggiamento adeguato e pressurizzato (cioè un ambiente che isoli l’uomo

dal vuoto che lo circonda).

La Tuta

In particolare, la tuta e la capsula pressurizzata hanno svolto un ruolo decisivo nell’impresa e, se ci

fosse stato il minimo difetto nel funzionamento di questi due elementi, la vita di Baumgartner

sarebbe stata in pericolo. La tuta spaziale che Felix ha indossato è stata disegnata appositamente per

lui e non era mai stata sperimentata per la caduta libera controllata.

Questa “speciale” tuta protegge da temperature dai +37°C ai -67°C; l’esterno è realizzato in un

materiale sia ignifugo che isolante e un dispositivo, della dimensione di un disco da hockey,

controlla tutti i sistemi di sopravvivenza all'interno della tuta e mantiene automaticamente costante

la pressione alle varie altitudini.

Il casco completa la funzione della tuta e, allo stesso modo, ha avuto il compito di proteggere Felix

dall'ambiente circostante. La visiera del casco è dotata di un circuito di riscaldamento intelligente

per evitarne l'appannamento e il congelamento e, inoltre, garantisce a Felix la possibilità di respirare

ossigeno puro. FISICA

Il progetto di Red Bull Stratos, però, non è nato come un semplice evento pubblicitario di

un'azienda di fama mondiale, ma fin dall’inizio prevedeva delle finalità scientifiche ben precise:

una di queste era osservare le reazioni del corpo umano alla velocità supersonica.

In questo senso, ci colleghiamo a quella branca della fisica che studia le forze che agiscono su un

corpo immerso nell'aria, ovvero l’aerodinamica. L’aria è un fluido comprimibile, cioè è capace di

diminuire di volume quando viene sottoposto a una pressione esterna. Il moto all’interno di fluidi

comprimibili si identifica solitamente con un parametro detto numero di Mach, dato dal rapporto

tra la velocità del corpo in moto in un fluido e la velocità del suono nel fluido considerato:

v

M = a

A seconda del mezzo in cui si propaga, la velocità del suono cambia: ad esempio, nell’aria,

raggiunge la velocità di 331 m/s a 0°C ma aumenta al crescere della temperatura, infatti a 20°C si

ha una velocità di 343 m/s.

Sulla base dei valori del numero di Mach, i flussi dei fluidi comprimibili possono essere classificati

in:  flusso subsonico (M < 1): si ha quando la velocità del corpo è minore di quella del suono. In

questo caso, il corpo si muove nel fluido con velocità v costante, producendo onde sonore

sferiche che “conterranno” sempre l’oggetto che le origina;