Sapere Scienza

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Onde gravitazionali VS onde sismiche

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La prima rilevazione di onde gravitazionali ha focalizzato l'attenzione dei media nelle scorse settimane. Dal punto di vista sismologico l'esperimento è molto interessante se si pensa che i rivelatori di LIGO (e di VIRGO in Italia) devono essere isolati dal rumore sismico onnipresente sul nostro Pianeta. Le onde registrate hanno causato una deformazione di 10-19 m su una lunghezza di 4 chilometri. Significa una deformazione inferiore a 10-21. Le maree terrestri causano deformazioni dell'ordine di 10-7 e un terremoto significativo parte da 10-6. Si tratta di disturbi fino a 1015 volte più forti del segnale da misurare. Come sia possibile estrapolare il segnale delle onde gravitazionali da tutto il resto viene spiegato in un articolo di EOS, la rivista della American Geophysical Union.

 

Come ci si isola dal rumore sismico?

"Per isolare l'ottica di base del rivelatore LIGO dal rumore sismici servono strati multipli di molle, attuatori e pendoli che contrastano le vibrazioni e dissipano rumore sismico. L'isolamento sismico inizia con una piattaforma montata su molle appoggiate al suolo. Su di essa si trova la seconda fase: una piattaforma a due piani, con ogni ponte sospeso a molle e altri controlli. Questa fase 2 comprende anche tre sismometri a banda larga e sei geofoni per il monitoraggio del rumore sismico. Dal centro della seconda piattaforma sono appesi gli specchi che riflettono i laser utilizzati per rilevare i cambiamenti nella lunghezza dei bracci di LIGO. Gli specchi penzolano dalla fine di un pendolo quadruplo che, come suggerisce il nome, pende a sua volta da un terzo pendolo appeso a un secondo, tutti sospesi dalla seconda piattaforma. Sommando tutti quegli strati e pendoli, integrandoli con attuatori comandati del computer, si ottengono sette stadi di isolamento delle ottiche di LIGO dal tremore della terra. La riduzione del rumore è di un fattore 10-9"
Ma ancora non basta.

 

Il futuro è nello spazio

"La tecnologia non può sempre tenere a bada un Pianeta non cooperativo. I terremoti possono sopraffare lo strumento, microsismi da onde oceaniche possono invadere la sua larghezza di banda e anche il vento che soffia sugli edifici LIGO può rappresentare una sfida. I forti terremoti sovrastano il segnale che si vuole misurare e bisogna aspettare che la Terra smetta di vibrare. Le tempeste nel Golfo del Messico sono in grado di creare tanto rumore che i ricercatori LIGO della Louisiana devono solo andare a casa ed aspettare. Anche il vento che soffia sugli edifici al sito nello Stato di Washington può creare troppo rumore sismico. In definitiva, ci saranno sempre alcune bande in cui gli osservatori di onde gravitazionali terrestri semplicemente non potranno funzionare: nella configurazione attuale del LIGO, arriva un segnale con frequenza inferiore a 10 cicli al secondo, i pendoli non possono annullare il segnale sismico. Il rimedio per questa zona sorda di LIGO è lo stesso ricercato dagli astronomi cercando di esplorare l'Universo ai raggi X e altre lunghezze d'onda che non raggiungono la superficie terrestre: osservatori spaziali. Per riempire quel vuoto, la cugina di LIGO è in fase di sviluppo: il Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Non solo LISA  non sarà limitata dal rumore sismico, ma potrà facilmente avere maggiori lunghezze di braccio, che permetteranno agli strumenti di rilevare variazioni anche più piccole nel tessuto dello spazio e del tempo".

 

[Immagine: credit Caltech]

 

 

Marco Mucciarelli

Laureato in Fisica, dal 1998 è stato professore associato di Geofisica della Terra Solida presso l'Università della Basilicata. Dal luglio 2012 è stato Direttore del Centro Ricerche Sismologiche dell'Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale. Si è occupato di sicurezza sismica di grandi strutture, sismicità indotta e microzonazione sismica. Scomparso nel 2016, è stato un divulgatore brillante, che si è speso con passione per aumentare la consapevolezza sul rischio sismico in Italia.

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