La Scienza di Samantha Cristoforetti

Ma in mezzo a tutto questo, tra un record e un tiktok, non possiamo rischiare di perdere di vista il cuore del lavoro dell'astronauta, che è la ricerca scientifica e lo sviluppo tecnologico. Durante le sue missioni, infatti, Cristoforetti ha svolto un gran numero di esperimenti legati a diversi ambiti.

La Stazione Spaziale Internazionale è un laboratorio scientifico nel quale è possibile portare avanti esperimenti impossibili da fare in qualsiasi altro luogo: sulla Terra possiamo eliminare la luce, annullare il suono, togliere l'aria, perfino escludere i campi elettromagnetici, ma non possiamo eliminare la forza di gravità. La ISS, invece, trovandosi in orbita intorno al nostro pianeta alla quota di 400 km e alla velocità di 28.000 km/h, si trova in una condizione di “caduta libera infinita” dove la gravità terrestre, seppur presente in maniera non differente dalla superficie della Terra, non ha effetti misurabili sul movimento dei corpi: in questo luogo è quindi possibile svolvere esperimenti scientifici in una condizione speciale indicata generalmente come “microgravità”.

Le attività scientifiche sulla ISS sono inserite in una lunghissima catena di lavoro che le lega ai ricercatori e alle ricercatrici qui sulla Terra. Gli studi che vengono portati avanti fanno infatti capo a tantissime linee di ricerca diverse, di cui le operazioni spaziali sono una parte. Per questo, piuttosto che essere iper-specializzati in un singolo campo scientifico, gli uomini e le donne nello spazio devono avere un'ottima conoscenza di base ma soprattutto essere bravi a imparare molto in fretta ed essere in grado di risolvere problemi inaspettati: per questo, scherzosamente, si considerano “operai e operaie” dello spazio, mandati a eseguire un esperimento dietro l'altro in quell'ambiente così particolare.

La missione più recente di Cristoforetti, battezzata MINERVA come la dea romana della saggezza e delle arti, prevedeva lo svolgimento di numerosi esperimenti in condizioni di microgravità, raggruppati sotto diversi argomenti: ingegneria, comunicazioni, ambiente, chimica, fisica, metallurgia, biologia.

Una grande parte degli esperimenti svolti da Cristoforetti durante la missione Minerva sono state dedicati alla salute e alla medicina spaziale: stress ossidativo nelle missioni spaziali (Prometeo), cambiamenti nelle cellule ovariche in microgravità (OvoSpace), invecchiamento nello spazio (DNAmAge), nutrizione per le missioni a lungo termine (NutrISS), diagnostica dei problemi uditivi (Acoustic Diagnostic), regolazione biochimica del tono muscolare (Myotone) e della densità ossea (con l'International Osteoporosis Foundation).

Inoltre, gli esperimenti più recenti a bordo della ISS fanno ampio uso della possibilità di raccogliere grandi quantità di informazioni e inviarle a Terra in tempo reale, come per lo strumento rHEALTH ONE, l'analizzatore biomedico più avanzato mai portato nello spazio, o l'esperimento  Brain Drain 2.0, sviluppato da un gruppo di ricerca dell'Università di Ferrara, prosecuzione di un altro esperimento che la stessa Cristoforetti aveva svolto in orbita nel 2014-215 durante la missione FUTURA. Brain Drain ha lo scopo di misurare gli effetti dell'assenza di peso sul volume di sangue di ritorno nell'asse cuore-cervello, utilizzando uno speciale collare dotato di piccolissimi sensori con uno strumento chiamato pletismografo (da plēthysmòs = riempimento) che può esser indossato per lungo tempo sotto i vestiti e trasmettere i dati a distanza, un aspetto che ha particolare importanza in telemedicina.

Si tratta di ricerche di frontiera, con applicazioni per la salute degli astronauti e delle astronaute nello spazio, ma anche per tantissime patologie diffuse qui sulla Terra. Perché la scienza, anche quella dello spazio, alla fine ha un solo obiettivo: migliorare la vita degli uomini e delle donne, ovunque si trovino.

L'attività si propone di mostrare le inaspettate capacità dei sensori all'interno degli strumenti elettronici a nostra disposizione, e lavorare sulla possibilità di rilevare e inviare a distanza grandi quantità di dati scientifici con relativa facilità. Gli esperimenti prevedono l'utilizzo dei dispositivi digitali personali degli studenti e delle studentesse, e suggeriscono di eseguire misure in autonomia negli ambienti quotidiani: in caso di situazioni familiari particolari e condizioni socio-economiche disagiate, si consiglia discrezione nell'assegnare alcuni di questi compiti.

Lo strumento utilizzato per l'attività è Arduino Science Journal.
L'app è scaricabile in maniera gratuita dallo store di Google, e allo stesso modo dallo store di Apple.

Arduino Science Journal (precedentemente Google Science Journal, poi passato sotto l'azienda italiana Arduino) è una app che consente di raccogliere dati sfruttando i sensori dello smartphone. Science Journal trasforma quindi smartphone, tablet e chromebook in quaderni di scienze e incoraggia gli studenti e le studentesse a esplorare il loro mondo con gli occhi della scienza. L'app permette di misurare diverse serie di dati in maniera semplice e intuitiva, di comparare situazioni diverse, e di osservare trend e oscillazioni. I sensori utilizzabili sono:

• Luce ambientale (lux)
• Intensità del suono (dB)
• Tonalità (Hz)
• Accelerometro lineare (m/s²)
• Accelerometro sugli assi X, Y, Z (m/s²)
• Bussola (gradi)
• Magnetometro (μT)

Così come viene fatto sulla ISS per monitorare le condizioni ambientali della stazione orbitale e studiare il loro impatto sulla salute degli astronauti e delle astronaute, come attività si può proporre agli studenti e alle studentesse di misurare alcune di queste variabili nei loro luoghi abituali di studio (camera, abitazione), in particolare:

• Luce ambientale (lux)
• Intensità del suono (dB)
• Tonalità (Hz)
• Magnetometro (μT)

Per una stima più robusta, si possono ripetere le misurazioni in momenti differenti e in giorni differenti, per poi eseguire una media.

Dal confronto dei diversi risultati, può scaturire una discussione sull'influenza delle condizioni ambientali sulla nostra salute e sulle nostre performance, ed eventualmente studiare modi per migliorarle e assicurare una postazione di studio con caratteristiche più adatte.

L'app permette di approfondire le analisi con registrazioni, grafici, calcolo di tendenze, ecc, per una attività più complessa e impegnativa adatta alle classi più avanzate.

La Missione Minerva dal sito dell'ESA (in italiano)

Blog di Samantha Cristoforetti sul sito dell'ESA (in inglese)

Pagina delle missioni MINERVA (2022) sul sito dell'ESA (in inglese)

Pagina delle missioni FUTURA (2015) sul sito dell'ESA (in inglese)

Video dei punti salienti della missione MINERVA (in inglese)

Video spiegazione dell'esperimento Drain Brain

Samantha Cristoforetti torna nello spazio. Numerosi esperimenti sulla salute (1)

Samantha Cristoforetti torna nello spazio. Numerosi esperimenti sulla salute (2)

Diario di un'apprendista astronauta
Samantha Cristoforetti
La nave di Teseo (2018)
ISBN: 9788834609224

Partenze a razzo
Tutto ciò che c'è da sapere prima di diventare un astronauta
Luca Perri
De Agostini (2019)
ISBN: 9788851175627

Houston, abbiamo un problema
Storie astronomiche di fallimenti di successo e di altre sorprese
Filippo Bonaventura, Lorenzo Colombo, Matteo Miluzio
Rizzoli (2022)
ISBN: 9788817162388

Nathan Never
Stazione Spaziale Internazionale
Michele Medda, Antonio Serra, Bepi Vigna
Sergio Bonelli Editore (2022)
ISBN: 9788869614248