Prodotti Supelco® nello spazio
Col Voyager 1 al di là dei confini del nostro sistema solare
Da più di quarant’anni la prima generazione di setacci molecolari a base di carbonio Carbosieve contribuisce alla raccolta di dati scientifici a bordo delle sonde Voyager. Il primo prodotto “astronauta” del portafoglio Supelco® ha posto le basi in azienda per lo sviluppo di molte altre soluzioni innovative.
Una delle sonde spaziali Voyager - (Credit: NASA)
Quando i sensori a bordo del Voyager 1 diedero l'allarme, nel Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, l'eccitazione era palpabile: per anni la sonda spaziale non aveva trasmesso alcun segnale inatteso. Poi, il 25 agosto 2012, il numero di particelle che costituiscono il vento solare diminuì improvvisamente di un fattore 1.000, mentre la concentrazione delle particelle interstellari dei raggi cosmici aumentò quasi del 10%. Il Voyager 1 aveva evidentemente oltrepassato il confine estremo del nostro sistema solare, chiamato eliopausa.
Nessun altro oggetto costruito dall’uomo era mai arrivato così lontano dalla Terra. Si trattava di un momento storico. Ma non solo per la NASA. La sonda spaziale trasporta anche un prodotto progettato dal team Supelco® a Bellefonte, Pennsylvania. “Siamo molto orgogliosi che il nostro Carbosieve funzioni ancora perfettamente” afferma William “Bill” R. Betz, capo del gruppo di ricerca Particle Design dell'azienda scientifica e tecnologica Merck.
Il setaccio molecolare a base di carbonio funziona da più di 40 anni
Immagine al microscopio del Carbosieve del Voyager
Sviluppato nei primi anni settanta, lo speciale setaccio molecolare a base di carbonio, dopo oltre 40 anni dal lancio del Voyager 1, ha ancora un ruolo cruciale nel fornire dati che ci aiutano ad ampliare la nostra visione sul sistema solare e a soddisfare la nostra innata curiosità circa la natura dell’universo. La prima generazione della linea Carbosieve ha inoltre aperto la strada a una serie di innovazioni nell'ambito degli adsorbenti a base di carbonio Supelco®.
Attualmente i materiali high-tech Carbosieve originali sono usati come adsorbenti di particelle nei flussimetri per l’aria o per migliorare l’efficienza di impaccamento in apparecchi per estrazione in fase solida, sistemi purge-and-trap e colonne gascromatografiche. I setacci molecolari odierni, derivati da quelli imbarcati sul Voyager, sono utilizzati anche per la purificazione di gas o liquidi e per separare i prodotti di sintesi dalle miscele di reazione.
I primissimi Carbosieve avevano funzioni analoghe. Tuttavia, confrontati con lo stato dell’arte attuale, erano meno selettivi, avevano cinetiche più lente e spesso consentivano l’adesione sulle loro superfici solo di molecole relativamente grandi, come ossigeno, azoto o anidride carbonica.
La ricerca di un adsorbente per molecole estremamente piccole
Per il Voyager 1 e la sonda gemella Voyager 2 la NASA cercava un adsorbente che funzionasse al meglio dell’efficienza con molecole particolarmente piccole. In particolare, gli scienziati erano interessati all’idrogeno e ai suoi isotopi, deuterio e trizio, ma anche all’elio e all’isotopo litio-7: tutti elementi formatisi al momento del Big Bang. Fra l'altro, il Voyager doveva misurare le proporzioni tra i diversi isotopi dell’idrogeno al fine di verificare la teoria del Big Bang, proposta nel 1966.
Ai ricercatori risultava evidente che le piccole sfere polimeriche rivestite di carbonio usate per queste misurazioni nelle precedenti missioni spaziali non fossero sufficienti. Visto che Supelco® a quei tempi si era già fatta un nome per lo sviluppo di materiali adsorbenti, la NASA fece una telefonata a Bellefonte. La NASA voleva sapere se fossero disponibili adsorbenti in efficaci per questo tipo di molecole e, nel contempo, abbastanza stabili per resistere alle forti forze vibrazionali generate al momento del lancio di un razzo Titan Centaur.
E all'improvviso chiamò la NASA...
Si raccontano ancora diversi aneddoti su quella telefonata e sui volti pieni di stupore dei colleghi della sede centrale, dice Betz. Ovviamente il team Supelco® ha saputo soddisfare la richiesta. La struttura del Carbosieve di allora era caratterizzata da una dimensione media dei pori minuscola, pari a 0,7 nanometri, ed era quindi già in grado di adsorbire molecole di piccole dimensioni. Inoltre le particelle dei setacci molecolari a base di carbonio erano molto pure, ultra-resistenti e non mostravano segni di usura col tempo: “l’adsorbente era in grado di sopportare pressioni enormi, superiori a 1.100 bar, senza subire alcun danno” dice Betz.
In teoria sarebbe stato possibile impiegarlo sul fondo della Fossa delle Marianne, a 11.000 metri sotto il livello del mare. Fu il primo segnale che la NASA aveva imboccato la strada giusta col Carbosieve; dopo tutto le proibitive condizioni delle profondità marine erano simili a quelle presenti nello spazio. L’agenzia spaziale comprò 5 grammi di adsorbente e cominciò a effettuare i suoi test. “Non fu esattamente una grossa vendita” racconta ridendo Betz. “Ma per noi il riconoscimento derivato dal potere fornire supporto alla NASA nell’esplorazione dello spazio era inestimabile”.
Importanti informazioni sulla composizione chimica del nostro sistema solare
Come sappiamo oggi, le sonde Voyager 1 e 2 generano grande eccitazione nel mondo scientifico: hanno scoperto in tutto ventidue lune: tre ciascuno intorno a Giove e Saturno, dieci intorno a Urano, sei intorno a Nettuno. Hanno inoltre scoperto dei nuovi anelli intorno a Giove, Urano e Nettuno e, con l’aiuto del Carbosieve come mezzo di raccolta degli spettrometri di massa presenti a bordo, hanno contribuito a importanti scoperte relative alla composizione chimica dell'atmosfera dei diversi pianeti. Betz ricorda ancora i primi dati sugli isotopi dell’idrogeno. “È stato molto emozionante per noi”
Tuttavia l’esperto Supelco® avrebbe preferito fornire al team della NASA un setaccio molecolare al carbonio progettato su misura. Del resto, intraprendere nuove sfide scientifiche in nome della curiosità e arrovellarsi sui problemi fino alla soddisfazione completa dei clienti era ed è tuttora la specialità del gruppo Particle Design Supelco®.
L’inizio di una lunga collaborazione
Vogliamo aggiungere un altro particolare: non è stata l’ultima volta che la NASA ha composto il numero di telefono del team Supelco®. Il gruppo Particle Design ha avuto altre occasioni per dimostrare quello che sa fare. Ma questa è un’altra storia, riguarda la nuova generazione di adsorbenti a base di carbonio, chiamati Carboxen, posti a bordo della missione Cassini Huygens e della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Intanto le due sonde Voyager continuano diligentemente a trasmettere dati dallo spazio interstellare. Si prevede che riusciremo a mantenere il contatto con la sonda Voyager 2, che è un po’ più lenta, fino al 2025.
Tutti gli strumenti scientifici a bordo, tranne un paio, sono stati spenti per poter continuare a raccogliere dati fino ad allora. Questo al fine di prolungare la vita delle batterie atomiche a bordo. Per la loro ultima loro missione però, le due sonde non hanno bisogno di contatto radio con la terra e nemmeno di batterie cariche. Ognuna di loro trasporta un disco di rame placcato d’oro contenuto in un involucro protettivo di alluminio. All'interno si trovano la mappa astronomica del nostro sistema solare, i saluti dal nostro pianeta oltre che musica, suoni e immagini provenienti della Terra.
Probabilmente non sapremo mai se agli alieni piacerà la canzone “Johnny B. Goode” di Chuck Berry, inclusa nel disco, o se si meraviglieranno alla vista della polvere del Carbosieve con i suoi pori precisi al decimo di nanometro: ci vorranno diverse centinaia di migliaia di anni prima che le sonde arrivino in un luogo dove potrebbe esistere la vita.
Per continuare a leggere, autenticati o crea un account.
Non hai un Account?