Tempeste nel cambiamento climatico

Scienziati di Airbus, DLR e BTU nel camera bianca di Airbus Defence and Space (ADS) a Friedrichshafen davanti ai componenti hardware dell'esperimento AtmoFlow. Dal team BTU: Dr. Peter Szabo (3° da sinistra), Simon Kühne (4° da sinistra), Dr. Vadim Travnikov (6° da sinistra), Peter Haun (6° da destra), Prof. Christoph Egbers (5° da destra) e Yann Gaillard-Röpke (4° da destra). (Foto: ADS/Dr. Astrid Adrian)

Con un esperimento unico, che può essere condotto esclusivamente in assenza di gravità, i ricercatori della BTU vogliono studiare gli effetti del riscaldamento climatico sui poli della Terra e le relative variazioni nei flussi d'aria e di acqua.

Nel febbraio 2024 è iniziata la seconda fase del progetto DLR "AtmoFlow". AtmoFlow indica le indagini scientifiche sul movimento convettivo in un sistema a sfera, che è analogo ai campi di flusso planetari", spiega il Prof. Dr.-Ing. Christoph Egbers, che dirige il progetto. Il periodo di finanziamento comprende tre anni e una somma di circa 680.000 euro.

Ricerca sui flussi della BTU per la terza volta nello spazio

Con AtmoFlow, per la terza volta, un esperimento coordinato scientificamente e tecnologicamente dalla BTU volerà in orbita a bordo di una stazione spaziale. Gli esperimenti predecessori GeoFlow I (2008-2009) e GeoFlow II (2011-2018) sono stati già preparati e condotti con grande successo da Cottbus. Il Prof. Dr.-Ing. Christoph Egbers, titolare della cattedra di Aerodinamica e Fluidodinamica della BTU e responsabile di tutti e tre i progetti, spiega entusiasta: "È qualcosa di molto speciale. Quasi nessuna altra università tedesca ha partecipato a così tanti esperimenti su stazioni spaziali negli ultimi 20 anni." A questi si aggiungono numerosi esperimenti a terra, voli parabolici e voli di razzi di ricerca, durante i quali si verifica per breve tempo la condizione di microgravità. Con il nuovo progetto DLR, vengono finanziati altri tre posti per scienziati e scienziate.

Mini-terra sulla ISS

Il principale obiettivo dell'esperimento Atmospherical Flow (AtmoFlow) è lo studio dei flussi atmosferici convettivi all’interno di una cella sferica. Tali esperimenti in celle sferiche sono molto diffusi nelle discipline di geofisica, astrofisica e, in particolare, nella ricerca atmosferica, e sono di fondamentale importanza. La particolarità della tecnologia della BTU è la sua geometria sferica, a differenza di altri esperimenti spesso pianeggianti e cartesiani.

In AtmoFlow, si studieranno i flussi in geometria sferica sotto l’influenza di un campo di forza centrale ("mini-terra"), esposti a condizioni di confine simili a quelle atmosferiche. Questa configurazione sperimentale non può essere realizzata sulla Terra, poiché il suo campo gravitazionale sovrappone il campo di forza artificiale del modello. Tuttavia, in condizioni di microgravità, cioè in assenza di gravità apparente, il campo di forza del modello può simulare la convezione — i flussi come quelli che si verificano nell’atmosfera terrestre, negli oceani mondiali o nel mantello magmatico.

Parallelamente e in modo complementare, il dott. Ing. Vadim Travnikov, ricercatore nel team del Prof. Egbers, sta sviluppando dal gennaio 2024, nell’ambito di un progetto finanziato dalla DFG, un modello CFD (Computational Fluid Dynamics) idrodinamico. Questo modello di flusso dovrebbe descrivere le forme e l’interazione dei flussi atmosferici della Terra. Attraverso un’analisi di stabilità, il ricercatore apprende di più sullo stato di un flusso. In questo modo, un’instabilità può innescare il passaggio a un flusso turbolento, che si manifesta, ad esempio, in un uragano nell’atmosfera terrestre. "Siamo interessati a come i flussi cambino con il cambiamento climatico a livello globale", dice lo scienziato. "Con questa conoscenza, i meteorologi possono prevedere più accuratamente il clima locale." I risultati di queste ricerche vengono integrati nel progetto AtmoFlow, che studia i flussi planetari e atmosferici sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Stato attuale: il volo verso l’ISS è previsto per il 2026 o il 2027

L’obiettivo del progetto della BTU è stabilire un modello di simulazione che, sulla base dei dati del modello sferico, calcoli i processi di convezione atmosferica. Modificando le condizioni di confine — come temperature più alte ai poli Nord e Sud — questo modello può simulare anche gli effetti del cambiamento climatico sui processi di flusso e prevederne le possibili conseguenze. Il team comprende ancora il Dr. Peter Szabo, il M.Sc. Peter Haun, il M.Sc. Yaraslau Sliavin e il M.Sc. Yann Gaillard-Röpke.

Contesto

Russia, USA, Giappone ed Europa gestiscono congiuntamente la ISS e i suoi moduli di ricerca almeno fino al 2030. Solo dalla Germania partono 40-50 esperimenti di diverse discipline e istituzioni in assenza di gravità sulla stazione spaziale.