Oggi, 21 dicembre, è il solstizio d'inverno: il Sole si ferma nel suo moto apparente annuale nel cielo, e da domani riprende il corso dal cielo australe verso quello boreale.
In tutte le culture questo evento astronomico ha dato origine a numerose feste e tradizioni popolari, che abbiamo discusso svariate volte anche in questo blog: il Natale, la festa romana del Sole Indigete, le feste celtiche legate al sole o a Venere. Tutte queste feste traggono origine dalla paura ancestrale dell'uomo primitivo, che temeva che il Sole venisse "divorato" dal buio invernale (vedi il mito contenuto nella festa di San Michele), e che festeggiava quando invece il nuovo Sole "bambino" rinasceva e riprendeva forza, anticipando la ripresa della primavera, che sarebbe arrivata tre mesi dopo. È evidente il parallelo con Gesù-Messia, che è il nuovo sole (Cristo=Sole) che rinasce nel buio invernale e che risplenderà vittorioso nella Pasqua primaverile. 
La rinascita del Sole è sottolineata anche nei proverbi: dice un celebre proverbio friulano

cioé, a Natale un passo di gallo, a Capodanno un passo di cane, all'Epifania un passo di strega. Il proverbio si riferisce alla diminuzione della lunghezza dell'ombra della meridiana, come effetto della risalita del Sole lungo l'eclittica. 
Ma l'aumento della durata del dì si può notare anche a occhio nudo, soprattutto al tramonto. 
Volendo essere piu' precisi, se si tracciano su un grafico le ore del tramonto per il giorno 21 di ogni mese, si vede chiaramente che il 21 dicembre il tramonto avviene prima di tutti gli altri mesi dell'anno (alle 16:25 per la localita' di Terranegra, a Padova): tuttavia, gia' il 21 gennaio il tramonto avviene alle 16:56, quindi mezz'ora piu' tardi, il che si puo' vedere facilmente anche a occhio nudo. 

E' la notte del 9 luglio 1962. I lampioni in molte strade delle Hawaii si spengono, e le comunicazioni con l'isola di Kauai vengono interrotte. Allo stesso momento, una enorme, rossa aurora boreale occupa il cielo di sud-ovest per ore [1]. 
Ma cosa era successo veramente?
Quell'improvviso bagliore era la conseguenza del fatto che, a 1300 km di distanza, a Johnston Island, un remoto atollo in mezzo al Pacifico meridionale, l'esercito degli USA aveva lanciato un missile e fatto esplodere una testata nucleare a 400km di altezza, in piena ionosfera. Il nome in codice dell'operazione era Starfish Prime.  Era l'inizio degli anni '60: la guerra fredda tra USA e URSS imperversava, e “facevamo tutte le possibili esplosioni di ordigni nucleari nell'atmosfera", e persino qualcuna sottomarina, afferma in una intervista Dan Winske, un fisico ora in pensione dei laboratori di Los Alamos, in New Mexico [1]. Uno dei dubbi del governo degli Stati Uniti era quello di capire se una esplosione atomica (per esempio, da parte sovietica) sarebbe stata in grado danneggiare seriamente l'infrastruttura dei satelliti, che allora stava muovendo i primi passi. Un'altro, piu' squisitamente militare, era capire se l'intensa radiazione provocata da queste esplosioni potesse difendere gli Stati Uniti dall'attacco di un eventuale missile sovietico. Insomma, erano gli antesignani dello "Scudo Spaziale", proposto decenni dopo dall'amministrazione Reagan.
Ma l'idea veniva da lontano, in un ambito totalmente diverso, e si era formata almeno dieci anni prima.

La mente dietro gli esperimenti come Starfish Prime era quella di un fisico greco naturalizzato statunitense, Nicholas (Nick) Christofilos. Christofilos era una personalita' eclettica, un creativo, e non aveva nessun interesse particolare nelle armi nucleari. Anzi, era interessato piu' che altro alla fusione nucleare a confinamento magnetico. Uno degli interessi di Christofilos era quello di "imbottigliare" il plasma (gas ionizzato ad alta temperatura) necessario per fare fondere i nuclei di idrogeno, in una configurazione chiamata "specchio magnetico": Christofilos infatti e' il "padre" di una di queste configurazioni, il Field-Reversed Mirror (FRM).
L'esempio piu' semplice di specchio magnetico e' proprio il campo magnetico terrestre, che e' meno intenso nella zona equatoriale e diventa molto intenso in prossimita' dei poli.
Christofilos, nell'intento di dimostrare che un mirror potesse confinare bene una nuvola di plasma al suo interno, propose nel 1958 un audace esperimento, chiamato ARGUS: in ARGUS, una nuvola di elettroni energetici fu depositata nel campo magnetico della Terra al di sopra dell’atmosfera, facendo esplodere una piccola bomba atomica lanciata da un missile. Lo scoppio della bomba creo' un guscio di elettroni ad alta energia (ordine del MeV, per decadimento beta dei radionuclidi) che rimasero intrappolati nel campo terrestre. Alcuni di questi elettroni potevano essere misurati decenni dopo il lancio del missile! [2]
Questi elettroni avevano una energia sufficiente a causare delle aurore boreali "artificiali", come quelle che videro nel 1962 gli abitanti delle Hawaii.

ARGUS inauguro' una serie di esperimenti consistenti nell'esplosione di ordigni nucleari in atmosfera, come abbiamo riportato piu' sopra nella testimonianza di Dan Winske. Uno di questi fu proprio Starfish Prime, il quale pero' occupa un posto speciale nella storia della scienza: James Van Allen dirigeva in quegli anni un gruppo di ricerca all'Universita' dello Iowa, e si getto' immediatamente sui dati (allora classificati) di Starfish, e di altre tre esplosioni di intensita' simile che furono effettuate dai Sovietici solo tre mesi dopo Starfish Prime [3]. Queste esplosioni alterarono quella che sarebbe stata chiamata fascia interna di Van Allen in modo drammatico. Gli elettroni con energia ordine del MeV erano almeno 100 volte piu' intensi e pericolosi per i satelliti, rispetto a quelli che naturalmente risiedono nelle fasce di Van Allen. Infatti, tra la fine del 1962 e l'inizio del 1963, almeno dodici satelliti americani furono distrutti da queste potenti radiazioni nella fasce di Van Allen prodotte dall'uomo.
Chiaramente, l'ecologia dello spazio vicino alla Terra fu alterato per anni da queste operazioni militari degli anni Sessanta: e tuttavia, furono proprio queste operazioni a permettere a Van Allen di scoprire le fasce che adesso portano il suo nome!

tGli effetti devastanti, sui satelliti, sui radar, sulle comunicazioni radio e persino sui dispositivi elettronici a terra, dovuti agli elettroni ad alta energia (ordine del MeV) artificialmente prodotti e confinati nelle fasce di Van Allen, alla fine convinsero pero' gli USA e l'URSS a un accordo che mise al bando i test nucleari in atmosfera (come ARGUS e Starfish Prime). Questo accordo fu raggiunto nel 1963, poco dopo la crisi di Cuba [1].

Un'aura di mistero, come in un film di spionaggio, avvolge la prematura scomparsa di Christofilos: mori' a soli 56 anni, apparentemente per un attacco cardiaco, ad Hayward, sobborgo di Livermore, in California, dove viveva da solo [4].
I dati e i documenti relativi all'operazione ARGUS rimasero top secret, e furono declassificati solamente nel 1982; quelli relativi all'operazione Starfish Prime addirittura nel 2006! Quando infatti il governo USA archivio' l'operazione Starfish, incarico' Palmer Dyal, il responsabile della campagna di misurazione di Starfish, di archiviare tutti i dati: e Dyal archivio' tutti i nastri magnetici coi dati di Starfish nel suo garage, dove rimasero dimenticati per quarant'anni. 
Nel 2000, il governo USA chiese a Dyal se volesse recuperare tutti quei dati: e Dyal nel 2006 li mise a disposizione del pubblico. Un team di ricercatori di Livermore hanno analizzato questi dati, simulandoli al computer e rivelando le caratteristiche devastanti di questo tipo di esplosioni: questi dati sono stati presentati alla conferenza dell'American Physical Society, a Spokane, nel 2022 [1,5].

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[1] Liz Boatman, Sixty Years After, Physicists Model Electromagnetic Pulse of a Once-Secret Nuclear Test, APS News, December 2022.
[2] L'esperimento ARGUS viene ricordato da Richard Freeman Post in una sua review sui mirror magnetici:  Richard F. Post, The magnetic mirror approach to fusion, Nuclear Fusion 27 (1987), no. 10, 1579–1739.
C'e' pero' anche un articolo originale di Christofilos del 1959, in cui presenta l'esperimento: Nicholas C. Christofilos, The Argus experiment, Journal of Geophysical Research 64 (1959), no. 8, 869--875. 
[3] Daniel N. Baker and Mikhail I. Panasyuk, Discovering Earth's radiation belts, Physics Today 70 (12), 46–51 (2017)
[4] New York Times, Nicholas C. Christofilos Dies; Head of Thermonuclear Project, Archivio storico del New York Times, 26 settembre 1972, pag.50 .
[5] Mikhail A. Belyaev et al, Topanga: A kinetic ion plasma code for large-scale ionospheric simulations on magnetohydrodynamic timescales, Physics of Plasmas 31, 012902 (2024)

Ripropongo quest'anno una riflessione che avevo fatto nel 2014 sui re Magi e la stella di Natale. Una lettura sotto l'albero! Con la promessa di andare a vedere (finalmente dopo 22 anni che risiedo a Padova...) l'originale della cometa di Giotto nella Cappella degli Scrovegni!

Stasera la Luna ha 1 giorno (1.7 giorni per la precisione): è il 1° Kislèv, mese lunare di novembre nel calendario ebraico (il mese in cui, il 25, cade Hanukkah, la festa delle Luci, che corrisponde in qualche modo al nostro Natale). 
Per i fan di Tolkien, è il Dì di Durin: ne lo Hobbit, Elrond, re degli Elfi di Granburrone, chiede che cosa sia questo Giorno di Durin, e Thorin Scudodiquercia, un po' indispettito, risponde:

Noi moderni con la nostra potente tecnologia sappiamo invece che ...È precisamente oggi! Infatti la prossima luna nuova sarà il 15 dicembre, e quindi la prossima lunazione sarà quasi completamente inclusa nell'inverno.
Non so da quale fonte Tolkien abbia dedotto il calendario dei Nani, che evidentemente è un calendario lunare: certo che porre l'inizio del calendario con il 1° novembre lunare, è in qualche modo reminiscente della festa di Samhain, il capodanno celtico che coincideva appunto con il 1° novembre lunare. Oggi il Samhain è diventato la più commerciale festa di Halloween, celebrata nella notte tra il 31 ottobre e il 1° novembre (nel più prosaico calendario solare...) ma è suggestivo pensare che questa antica festa celtica abbia influenzato il grande romanziere nel creare il suo mondo fittizio della Terra di Mezzo.
Intanto noi ci godiamo la piccola falce di luna che sorge sopra i tetti di Padova...

Questo pomeriggio, complice l'allontanamento di una forte perturbazione e la comparsa di un sole splendido che ha fatto capolino fra le nubi, è apparso un arcobaleno di nitidezza eccezionale sui cieli di Padova: completo di arco principale, arco secondario (separati dalla banda oscura di Alessandro), e pure alcuni arcobaleni da interferenza all'interno dell'arco principale, quest'ultimi molto rari da osservare.
E' un segnale fausto in prossimità del solstizio! Infatti, l'arcobaleno è apparso intorno al mezzogiorno solamente perché il sole oggi è al minimo della sua altezza sull'orizzonte:  infatti. l'arcobaleno si forma solamente se il sole è più basso di 42° sull'orizzonte.

libro dei morti, come osserva Mario Martinis nel suo libro sulle tradizioni popolari friulane, Il grande lunario del Friuli, il dio Thot dalla testa di ibis assiste il defunto, come un avvocato difensore, in una fase cruciale del suo viaggio nell'oltretomba, cioe' la pesatura dell'anima (psicostasia): se l'anima del defunto, simboleggiata dal cuore, e' piu' leggera della piuma di Maat, la dea della giustizia, allora il defunto verra' giudicato giusto, e ammesso al cospetto del dio Osiride nel regno dei morti. La bilancia di San Michele, che e' ancora oggi (assieme alla spada) il simbolo della giustizia nei tribunali,  rimanda a questo ruolo fondamentale, richiamato da uno dei versetti dell'antica liturgia latina della messa da morto ("Requiem"):

cioe', "il Santo Michele portatore di vessillo (la spada fiammeggiante) le difenda (=le anime dei morti) presso la luce eterna", dove il "difendere" e' inteso proprio come l'attivita' dell'avvocato difensore. 
Bene, ora che cosa c'entra tutto questo con la data della festa di San Michele? Nell'equinozio di autunno il sole attraversa la linea dell'equatore celeste, e si immerge nell'emisfero meridionale, che per noi abitanti dell'emisfero boreale significa l'inizio della stagione del buio: ecco allora l'arcangelo Michele che, come con le anime dei defunti, "accompagna" il Sole nel suo viaggio nell'oltretomba con la sua spada luminosa, verso la luce dell'anno nuovo.   
Il secondo simbolo con cui viene rappresentato il Santo, la bilancia, oltre a essere il simbolo della giustizia, e' per singolare coincidenza anche il segno zodiacale in cui il Sole attraversa l'equatore celeste nel cosiddetto "punto Omega" o punto Ω: si tratta appunto del segno della Bilancia. Oggi a causa della precessione degli equinozi, il punto Ω si trova nella costellazione della Vergine, ma per tradizione il segno zodiacale rimane quello della Bilancia.

Lo stesso significato del passaggio dalla stagione della luce a quella del buio ha la tradizione austriaca del "Lichtbratl" (letteralmente, l'arrosto della luce): in molti paesi dell'Austria e del sud della Germania, a San Michele i capimastro usavano offrire un arrosto di maiale ai propri dipendenti per indicare che una gran parte dei lavori manuali da adesso in poi si sarebbe dovuta eseguire a lume di candela. La stessa cosa nel detto friulano: Sant Michêl al impìe el ferâl e Sant Josèf lu distude, cioe' San Michele (29/9)

accende la lampada e San Giuseppe (19/3) la spegne, chiara indicazione della durata dei "mesi del buio".

Il 12 marzo del 1610 Galileo Galilei pubblica a Venezia il Sidereus Nuncius, un piccolo libretto in cui descrive le scoperte recentemente fatte con il suo telescopio a Padova: la superficie irregolare e montagnosa della Luna, alcuni ammassi stellari (il Presepe e la Nebulosa di Orione) e, soprattutto, i quattro satelliti di Giove che aveva scoperto, sempre a Padova, il 7 gennaio dello stesso anno, il 1610, e che chiama astri medicei (in onore dei Medici, signori di Firenze) gia' nella prima pagina del trattato, qui a fianco riprodotta. 
Di questi ultimi annota minuziosamente posizione reciproca in funzione del tempo, in quanto Giove e i suoi satelliti, come un sistema solare in miniatura, ai suoi occhi confermano la teoria eliocentrica di Copernico.
A parte l'ovvia importanza storica, il Sidereus Nuncius e' il primo esempio di articolo scientifico moderno: contiene infatti una introduzione, un paragrafo sui metodi (la descrizione del cannocchiale e del perche' permette di vedere gli oggetti celesti ingranditi, piu' anche una discussione sugli errori e sui limiti dello strumento), un paragrafo sui risultati, e una breve sezione conclusiva di sommario e discussione.
Come cittadino di Padova, non posso che essere orgoglioso del fatto che il primo articolo scientifico al mondo sia datato come:

cioe':

Vi ripropongo qui un post gia' apparso sul sito l'anno scorso: si tratta del bellissimo passo di Plinio in cui l'antico autore descrive l'ammorbidirsi del cielo invernale, approssimativamente nella data dell'8 febbraio.
Secondo Plinio, l'8 febbraio inizia la primavera. Non e' un riferimento alla primavera astronomica (21 marzo), ma a un cambio di regimi di venti che avviene nel Mediterraneo. Dice infatti nel Libro Secondo della Naturalis Historia, §122:

gazione in inverno (venti che ora chiamiamo bora) e iniziava il vento dell'ovest, quello che chiamiamo Ponente. Anche nella mitologia greca, Zefiro e' il vento dolce con cui comincia la primavera.
La determinazione della longitudine eclittica e' invece un po' grossolana, in quanto l'8 febbraio il Sole occupa circa 320°, quindi il 20° del segno dell'Acquario (attualmente la costellazione del Capricorno, per effetto della precessione degli equinozi). La differenza di 5° e' forse ascrivibile al fatto che la data dell'equinozio di primavera per i Romani era il 25 marzo, ma allora il segno della differenza  e' sbagliato (in tal caso dovrebbe essere 15°). La mia personale ipotesi e' che si tratti di un errore di un copista (XXV invece di XV).  

Questo brano e' tratto dall'incipit del capitolo 30 del De Temporum Ratione del Venerabile Beda: in esso il monaco, studioso e "scienziato" medievale chiarisce che l'autorita' dei filosofi laici, e cristiani, dell'antichita' stabilisce che solstizi ed equinozi si debbano osservare 8 giorni prima delle calende di aprile, ottobre, luglio e gennaio. Cioe', 25 marzo, 24 giugno, 24 settembre e 25 dicembre. Sono le date tradizionali di equinozi e solstizi nel calendario di Giulio Cesare, poi parzialmente ricalcolati ai tempi del Concilio di Nicea, che stabili' che l'equinozio di primavera fosse osservato il 21 marzo (come facciamo noi ora nel calendario gregoriano).
Queste antiche date sopravvivono ancora in alcune feste religiose: l'Annunciazione il 25 marzo, San Giovanni Battista il 24 giugno, e, non da ultimo, il Natale il 25 dicembre. 
Quindi, secondo gli antichi Romani, l'equinozio d'autunno era oggi.

Come dice la Pimpa, arriva l'autunno: lui, Claudio!
Un attimo: a scuola ci hanno insegnato che l'autunno arriva il 23 settembre.
Pero' il nostro Plinio il Vecchio, nella Naturalis Historia, dice (Libro II, cap.124)

Come abbiamo gia' avuto modo di vedere, a Plinio (che non era digiuno di tradizioni marinaresche) interessa fissare l'inizio delle stagioni con il regime di venti nel Mediterraneo, piu' che con l'esatta posizione del Sole nel cielo.
In questo passo, Plinio dice che, dopo i 40 giorni di aquiloni estivi, di nuovo soffiano i venti meridionali (austro), fino al sorgere eliaco di Arturo, la brillante stella principale della costellazione di Boote, che avviene 11 giorni prima dell'equinozio d'autunno.
Con Arturo inizia il coro, cioe' il vento di Nord-Ovest, che noi chiamiamo Maestrale. Con il coro inizia l'autunno.
Tenendo conto che la data dell'equinozio, stabilita da Giulio Cesare, era il 24 settembre (vedi per es., Beda cap.30 del De Temporum Ratione), e tenendo conto della numerazione inclusiva dei Romani, la data stabilita da Plinio risulta essere il 14 settembre, cioe' oggi.

La correttezza dell'affermazione di Plinio e' quasi chirurgica: con una simulazione del cielo (fatta con Stellarium) per il 14 settembre del 50 d.C. si ottiene che al tempo di Plinio effettivamente Arturo sorgeva insieme al sole. Attualmente, per la precessione degli equinozi, la levata eliaca di Arturo avviene quasi un mese dopo, intorno al 13-14 ottobre.