Microgravità, macro domande. COLIS, vent’anni di fisica tra Terra e spazio

Da oltre venticinque anni Roberto Piazza, professore di Fisica della Materia al Politecnico di Milano, studia il comportamento dei materiali soffici: gel, vetri colloidali, sistemi complessi che cambiano lentamente nel tempo. Oggi, grazie a COLIS — una facility sviluppata insieme all’Université de Montpellier e installata sulla Stazione Spaziale Internazionale — quei cambiamenti possono essere osservati lontano dall’influenza della gravità terrestre.

Con lui ripercorriamo la storia di un progetto che ha impiegato vent’anni per arrivare in orbita.

Tutto comincia nel 2004, con un Announcement of Opportunity dell’Agenzia Spaziale Europea. Non mi ero mai occupato di spazio, ma decisi di provarci comunque, costruendo una collaborazione europea con il gruppo di Montpellier guidato da Luca Cipelletti e un team olandese.

Il progetto arrivò primo tra quelli di fisica e secondo in assoluto. Sembrava l’inizio di una corsa veloce. In realtà è stata una maratona durata più di vent’anni.

All’inizio i finanziamenti italiani non arrivavano e l’Agenzia Spaziale Italiana attraversava una fase complessa. Siamo andati avanti con grande determinazione finché, con l’arrivo di nuove figure in ASI, è stato possibile ottenere un primo finanziamento. Non enorme, ma decisivo.

COLIS è una facility ottica progettata per studiare materiali complessi — gelatine, vetri colloidali, materiali soffici — in condizioni di microgravità.

È grande quanto una valigia, ma al suo interno contiene ottiche, laser, telecamere e sistemi di controllo termico. Analizziamo gli speckle pattern, minuscole variazioni nella luce diffusa dai campioni: segnali estremamente sensibili che ci permettono di capire come la struttura interna del materiale evolve nel tempo.

In alcuni esperimenti osserviamo semplicemente la luce diffusa; in altri introduciamo perturbazioni termiche localizzate con un laser per vedere se la microstruttura si riorganizza.

La microgravità ci offre un vantaggio unico: possiamo osservare i processi senza l’effetto continuo — e spesso invisibile — della gravità terrestre.

Perché la gravità è una forza silenziosa, ma costante.

Una gelatina può sembrare solida quando la lanci come una palla, ma se la lasci su un tavolo lentamente si affloscia. Le creme cosmetiche, qualche anno fa, tendevano a separarsi nel tempo. È la cosiddetta shelf life. Anche lì la gravità agisce, lentamente ma inesorabilmente.

Sulla Terra possiamo usare centrifughe per accelerare questi fenomeni, ma non è detto che i meccanismi siano identici. La domanda centrale è:
se togliamo la gravità, i processi di ristrutturazione avvengono comunque? E con quali tempi?

COLIS nasce per rispondere proprio a questo.

Con grande pazienza.

L’ESA lavora con l’industria su specifiche molto dettagliate: ogni modifica richiede revisioni e nuove approvazioni. È un sistema rigoroso, ma inevitabilmente lento.

Nel tempo la strumentazione è stata integrata con altri esperimenti, tra cui quelli sulla cristallizzazione delle proteine di un gruppo belga. Questo ha allungato ulteriormente le tempistiche.

A ciò si aggiunge la logistica spaziale: navicelle danneggiate, cargo bloccati, equipaggi rientrati in anticipo. Ogni imprevisto significa mesi di attesa.

Ma alla fine COLIS è arrivato sulla ISS. E oggi è operativo.

Abbiamo solo risultati preliminari, perché il trasferimento dei dati dalla Stazione è lento e molto controllato.

Ma abbiamo già osservato qualcosa di sorprendente: un campione che sulla Terra si stabilizza in circa due ore, in orbita sembra impiegare un giorno intero. Un rallentamento enorme.

Non sappiamo ancora perché. Ed è proprio questo il cuore della ricerca: quando i dati mettono in discussione ciò che davamo per scontato.

Per anni la cristallizzazione delle proteine è stata cruciale: solo cristalli ben formati permettevano di determinarne la struttura tramite diffrazione.

Nel frattempo, però, il contesto è cambiato. Con l’intelligenza artificiale — e gli sviluppi premiati con il Nobel — oggi è possibile prevedere la struttura tridimensionale di una proteina a partire dalla sequenza degli amminoacidi.

Questo non rende inutili gli esperimenti in microgravità, ma ne cambia il significato. È la dimostrazione che la ricerca evolve mentre la si sta facendo.

Un ruolo fondamentale.

Ci conosciamo dai tempi del suo dottorato a Milano. Era già chiarissimo quanto fosse brillante — e aveva anche un talento straordinario come violoncellista.

Negli anni abbiamo condiviso studenti, periodi di lavoro, progetti. Ricordo ancora quando, negli Stati Uniti, mi svegliavo con il suono del suo violoncello mentre si esercitava per ore.

È una collaborazione che nasce da un rapporto umano solido. E credo che, in un progetto così lungo, la fiducia reciproca sia stata decisiva quanto le competenze scientifiche.

Sulla ISS restano ancora slot di esperimenti da completare: per il gruppo belga, per Cipelletti e per il nostro team.

Tutto dipenderà dalla programmazione delle missioni e dalla disponibilità dei cargo. Quando l’hard disk con i dati arriverà a Terra, ci vorranno ancora mesi per completare le verifiche e rendere disponibili tutte le informazioni.

La parte più entusiasmante deve ancora arrivare: l’analisi completa.

Sì. Da bambino osservavo il cielo dal Parco Lambro con un telescopio artigianale. Ho trasmesso questa passione ai miei figli, nelle estati in Basilicata, riconoscendo insieme le costellazioni.

Sapere che uno strumento nato dal nostro lavoro è ora lassù, in orbita, ha un significato profondo.
Io non sono mai andato nello spazio, ma una parte di me è lì.

È la continuità di una curiosità che non è mai cambiata.

Che la ricerca è un organismo vivo.

Puoi partire con un piano preciso, ma poi cambiano le domande, gli strumenti, il contesto scientifico. Bisogna saper seguire questa evoluzione.

Dico spesso agli studenti: lo scienziato vuole capire il mondo, l’ingegnere vuole cambiarlo. Io mi sento più scienziato. COLIS è stato questo: un tentativo di capire più a fondo.

E, dopo vent’anni, il viaggio non è ancora finito.