Testo originale: “Interplanetary Cessna” di Randall Munroe, pubblicato su what if?
Traduzione in italiano di Raffaello Tesi (2013, ultimo aggiornamento 2016)
Cosa succederebbe se provassimo a volare con un normale aeroplano sopra i vari pianeti del sistema solare?
– Glen Chiacchieri
Ecco il nostro aereo:
Il Cessna 172 Skyhawk, probabilmente l’aereo più diffuso al mondo.
Ecco il nostro pilota:
Ed ecco cosa succederebbe se l’aereo fosse lanciato sopra la superficie dei 32 corpi celesti più grandi del sistema solare:
Nella maggior parte dei casi, non essendoci atmosfera, l’aeroplano si schianterebbe immediatamente al suolo (se lanciato da un chilometro d’altitudine, in qualche caso la velocità d’impatto al suolo potrebbe risultare sufficientemente bassa da consentire al pilota di sopravvivere, anche se l’equipaggiamento di sopravvivenza potrebbe non farcela).
Ci sono nove corpi nel sistema solare che possiedono un’atmosfera sufficientemente densa da fare la differenza: ovviamente la Terra, poi Marte, Venere, i quattro giganti gassosi, la luna di Saturno Titano e il Sole. Diamo un’occhiata da vicino a cosa succederebbe su ognuno di essi.
Sole. Qui le cose andrebbero più o meno come si può immaginare. Se l’aereo fosse lanciato sufficientemente vicino al Sole da poter entrare un poco nella sua atmosfera, verrebbe vaporizzato in meno di un secondo.
Marte. Per capire cosa succederebbe su Marte, possiamo dare un’occhiata al sito di X-Plane.
X-Plane è il simulatore di volo più avanzato del mondo, frutto di un assiduo lavoro di oltre 20 anni da parte di un gruppo di entusiasti di aeronautica, persone dal caps lock facile quando discutono di aeroplani. X-Plane riesce a simulare il flusso d’aria attraversato da un qualunque tipo di oggetto capace di volare. Questo lo rende uno strumento di ricerca di alto valore, soprattutto per simulare accuratamente velivoli progettati con design innovativi, nonché nuovi ambienti di volo.
È possibile per esempio modificare le impostazioni di X-Plane diminuendo la gravità, rendendo l’atmosfera più sottile e riducendo il raggio del pianeta. Ed ecco che possiamo simulare un volo su Marte (nota: desidero ringraziare Tom J e gli amici della comunità di X-Plane per il loro aiuto con i calcoli aerodinamici nelle varie atmosfere).
X-Plane ci dice che un volo su Marte potrebbe essere difficile, ma non impossibile. La stessa NASA ha preso in considerazione una possibilità del genere, ipotizzando di esaminare Marte con un aeroplano. Il problema principale è che, avendo a che fare con un’atmosfera molto sottile, per riuscire a decollare si deve essere rapidi. Occorre una velocità vicina a Mach 1 per alzarsi dal suolo e, una volta in volo, l’inerzia sarebbe talmente elevata da rendere il velivolo difficilmente manovrabile: in pratica con una virata l’aereo ruoterebbe su se stesso, ma continuerebbe a volare nella direzione iniziale. L’autore di X-Plane ha paragonato un volo su Marte al volo di un transatlantico oceanico a velocità supersonica.
Insomma, il nostro Cesnna 172 non ce la può fare. Lanciato da 1000 m d’altezza, non riuscirebbe a raggiungere una velocità sufficiente per planare durante la discesa, e si schianterebbe sul suolo di Marte a una velocità di circa 60 m/s (216 km/h). Se lanciato da un’altitudine di 4000 o 5000 m, potrebbe raggiungere una velocità sufficiente per tentare una manovra di planata, a più di metà della velocità del suono. Non sarebbe comunque possibile sopravvivere all’atterraggio.
Venere. Sfortunatamente X-Plane non è capace di simulare l’ambiente infernale che troviamo in prossimità della superficie di Venere, ma i calcoli fisici possono darci un’idea di come sarebbe il volo. Il risultato è il seguente: l’aeroplano riuscirebbe a volare abbastanza bene, con l’unico inconveniente che sarebbe in fiamme per tutto il tempo, poi smetterebbe di volare, e poi smetterebbe di essere un aereo.
La densità dell’atmosfera di Venere è oltre 60 volte maggiore di quella terrestre, ovvero talmente densa da permettere al nostro Cessna di decollare alla velocità di corsa di un essere umano. Sfortunatamente l’aria attraversata si scalderebbe rapidamente, superando la temperatura di fusione del piombo. La vernice si scioglierebbe in pochi secondi, la struttura dell’aereo inizierebbe rapidamente a sfaldarsi e l’aeroplano atterrerebbe gentilmente sul suolo a pezzetti in uno stato di ipertermia.
Meglio sarebbe volare sopra le nuvole. Infatti, se da un lato la superficie di Venere è orribile, l’atmosfera ad altitudini maggiori è sorprendentemente simile a quella della Terra. A 55 km sopra la superficie di Venere un essere umano potrebbe sopravvivere con una maschera d’ossigeno e una muta subacquea protettiva: l’aria è a temperatura ambiente mentre la pressione è simile a quella presente sulle montagne della Terra. Occorre comunque indossare la muta subacquea per proteggersi dall’acido solforico presente nell’atmosfera (non mi pare di venderla tanto bene questa storia…).
Anche se l’acido non è proprio uno scherzo, l’atmosfera sopra le nuvole di Venere è davvero un ambiente fantastico per un aeroplano, sempre che il suo metallo non sia esposto alla corrosione dell’acido solforico. E sempre che l’aereo sia capace di volare in un ambiente costantemente ventoso, paragonabile a quello di un uragano di categoria 5, altra cosa che ho dimenticato di menzionare.
Venere è un posto davvero terribile.
Giove. Il nostro Cessna non ce la farebbe a volare su Giove: la forza di gravità del pianeta è troppo elevata. La potenza necessaria per mantenere l’aereo in volo livellato è tre volte più grande di quella richiesta nell’atmosfera terrestre. Iniziando con una pressione favorevole, simile a quella della Terra in prossimità del mare, ci troveremmo ad accelerare in mezzo a venti tempestosi, volando verso il basso fino a raggiungere una velocità di 275 m/s (990 km/h), mentre passiamo attraverso i vari strati di ghiaccio di ammoniaca e acqua fino a distruggerci insieme al nostro aereo. Non c’è nessuna superficie dove sfracellarsi: la struttura di Giove passa progressivamente dallo stato gassoso a quello solido durante la nostra caduta libera.
Saturno. Qui la situazione è lievemente migliore rispetto a Giove. La bassa gravità – in realtà simile a quella della Terra – e l’atmosfera lievemente più densa (ma comunque sottile) indicano che saremmo capaci di lottare un po’ di più prima di precipitare, a causa del freddo o dei forti venti, verso lo stesso destino che ci aspettava su Giove.
Urano. Urano è un pianeta strano, uniformemente blu. È spazzato da forti venti e terribilmente freddo. Dei quattro giganti gassosi è il pianeta più favorevole al nostro Cessna, e probabilmente potremmo volarci per sopra un po’. Ma visto che sul pianeta non c’è davvero niente da vedere, perché intraprendere un viaggio del genere?
Nettuno. Se avete intenzione di volare su uno dei giganti di ghiaccio, probabilmente Nettuno (chiamato anche “Quello un po’ più blu”) è una scelta migliore rispetto a Urano. Per lo meno è possibile ammirare qualche nuvola prima di morire assiderati o vedere l’aereo sfaldarsi a causa delle turbolenze.
Titano. Abbiamo tenuto il meglio per il finale. Quando parliamo di volare, Titano potrebbe essere una scelta addirittura migliore della Terra stessa. L’atmosfera è densa, ma la sua gravità è molto bassa, con una pressione sulla superficie di solo il 50% più alta di quella terrestre e un’atmosfera quattro volte più densa. La sua gravità – più bassa di quella della Luna – ci permetterebbe di volare con facilità. Il nostro Cessna potrebbe difatti decollare con un semplice sistema di propulsione a pedali.
Un essere umano potrebbe addirittura volare su Titano con la sola forza dei suoi muscoli. Con un deltaplano potremmo comodamente decollare e planare indossando un paio di pinne extra large, o ancora più semplicemente usando delle ali artificiali. La potenza richiesta è davvero minima, probabilmente la stessa di cui avremmo bisogno per camminare.
L’unico inconveniente (perché un inconveniente c’è sempre) è il freddo. La temperatura su Titano è di 72 K (-201,15 °C), pari alla temperatura dell’azoto liquido. Basandoci sui valori richiesti per riscaldare un velivolo leggero, direi che su Titano la temperatura nella cabina del nostro Cessna si abbasserebbe di circa due gradi al minuto.
Le batterie certamente ci aiuterebbero a stare al caldo per un po’, ma alla fine il velivolo perderebbe tutto il suo calore e cadrebbe. La sonda Huygens, atterrando su Titano con le batterie quasi completamente scariche (e scattando stupende immagini durante la discesa), ha resistito al freddo della superficie solo per alcune ore. Un tempo comunque sufficiente da consentirle di scattare una singola foto dopo l’atterraggio, l’unica foto mai scattata da un corpo celeste al di là di Marte.
Se gli esseri umani indossassero ali artificiali per volare, potremmo creare la versione di Titano della favola di Icaro: le nostre ali si congelerebbero, si staccherebbero, e ci farebbero precipitare verso una morte sicura.
Devo però ammettere di non aver mai interpretato la storia di Icaro come una metafora sui limiti dell’essere umano: secondo me è in realtà una lezione sui limiti dell’impiego della cera come materiale adesivo. In fin dei conti il freddo di Titano è solo un problema d’ingegneria: con l’equipaggiamento giusto e sorgenti di calore appropriate, un Cessna 172 potrebbe davvero volare su Titano. E così potremmo anche noi.