Titolo: Gravity
Regista: Alfonso Cuaròn
Durata: 91 minuti
Anno: 2013
Durante una passeggiata spaziale per la manutenzione del telescopio Hubble, un test missilistico russo distrugge un satellite e scatena una nube di detriti che innesca una devastante reazione a catena nello Spazio. Questo scenario così drammatico, rappresentato da Alfonso Cuaròn nel film Gravity, tocca una delle tematiche centrali della difesa planetaria: i rifiuti spaziali.
In questa recensione proviamo ad analizzare scientificamente alcune scene del film, e cercheremo di capire quali elementi sono plausibili e quali di finzione.
Guarda la locandina ufficiale italiana del film Gravity (2013). Crediti Warner Bros. Pictures.
Attorno alla Terra orbitano oltre 45.000 oggetti di dimensioni superiori ai 10 cm, regolarmente tracciati dalle reti di sorveglianza spaziale. Tra questi vi sono circa 16.000 satelliti operativi, oltre a satelliti dismessi, stadi di razzi e altri rifiuti spaziali. A questi si aggiungono centinaia di milioni di frammenti più piccoli, che non possono essere monitorati regolarmente. Tutti questi oggetti possono rappresentare un reale pericolo per gli astronauti e per i servizi fondamentali: satelliti, comunicazioni, GPS e navigazione. Ma non solo, alcuni nel rientro incontrollato in atmosfera, potrebbero arrivare a terra arrecando danni a edifici o persone.
Il mito del “diritto di smaltimento”
Nel caso di Gravity, i detriti o rifiuti spaziali si generano in seguito a un test anti-satellite (ASAT) condotto dalla Russia, che nel film sostiene di aver ottenuto un presunto “diritto di smaltimento” per un proprio satellite spia ormai fuori servizio. In realtà, a livello internazionale non esiste alcun “diritto di smaltimento”. Uno Stato può decidere di dismettere un proprio satellite, ma la comunità internazionale scoraggia fortemente i test distruttivi che producono nuovi detriti. Nel 2022 la maggior parte degli Stati membri dell’ONU ha approvato una risoluzione che invita a non condurre questo tipo di test; gli Stati Uniti hanno inoltre annunciato una moratoria unilaterale, mentre Russia e Cina hanno votato contro la risoluzione e l’India si è astenuta.
I test ASAT servono a dimostrare la capacità di distruggere un satellite mediante un missile. Uno degli episodi più noti risale al 2021, quando la Russia distrusse il satellite Cosmos-1408, generando migliaia di rifiuti spaziali, circa 1.500 dei quali tracciabili. La nube di frammenti costrinse gli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ad adottare procedure di emergenza e la stazione dovette effettuare successive manovre per ridurre il rischio di collisione.
Per limitare il tempo di permanenza dei rifiuti in orbita, questi test vengono generalmente effettuati a quote relativamente basse. Non sempre, però, è stato così: nel 2007 la Cina distrusse un satellite meteorologico a circa 800 km di quota e molti dei frammenti prodotti sono ancora oggi in orbita, continuando a rappresentare un rischio per i satelliti operativi.
Distruggere un satellite rimane quindi una soluzione da evitare: anche con i migliori modelli è impossibile prevedere con precisione l’evoluzione di tutti i rifiuti spaziali prodotti. Oggi si cerca invece di limitarne la produzione e di sviluppare tecniche per rimuovere quelli già presenti, facendoli rientrare in atmosfera in modo controllato oppure trasferendo i satelliti non più operativi su orbite cimitero.
Come si comporta davvero una nube di rifiuti spaziali
Torniamo al film. Subito dopo l’impatto, Houston comunica agli astronauti impegnati nella manutenzione di Hubble che i rifiuti non avrebbero intercettato la loro orbita. Pochi minuti dopo, però, ordina di interrompere immediatamente la missione: nuove stime indicano infatti che la nube di frammenti sta raggiungendo la quota del telescopio.
Il film non specifica a quale quota avvenga l’impatto, ma l’incertezza iniziale della previsione è plausibile. I modelli utilizzati per stimare l’evoluzione di una nube di rifiuti spaziali sono infatti probabilistici: permettono di valutare le quote che i frammenti possono raggiungere, ma non la traiettoria esatta di ciascuno di essi. Per questo motivo è fondamentale continuare a monitorare i frammenti anche nei giorni e nei mesi successivi all’evento. Ciò che appare poco realistico è piuttosto la rapidità con cui tutto accade nel film.
Guarda il trailer ufficiale di Gravity:
Dopo la collisione, infatti, Gravity mostra una reazione a catena che mette rapidamente fuori uso gran parte dei satelliti in orbita. L’idea si ispira alla cosiddetta Sindrome di Kessler, uno scenario teorico in cui una collisione genera una nube di frammenti che, colpendo altri satelliti, produce nuovi rifiuti e innesca ulteriori collisioni. Il meccanismo è rappresentato correttamente, ma viene estremamente accelerato. Con l’attuale densità di satelliti, uno scenario di questo tipo non si svilupperebbe in tempi così brevi.
Nella realtà, nei primi giorni i rifiuti rimangono concentrati lungo l’orbita dell’impatto, aumentando il rischio per i satelliti che attraversano quella stessa traiettoria. Solo con il passare dei mesi le perturbazioni gravitazionali li distribuiscono progressivamente lungo tutta l’orbita, formando una sorta di guscio attorno alla Terra alla quota della collisione. In questa fase il rischio di un impatto immediato diminuisce, ma aumenta quello per tutti i satelliti che operano nello stesso regime orbitale. Inoltre, man mano che vengono raccolte nuove osservazioni, le orbite dei frammenti vengono determinate con maggiore precisione e le previsioni di collisione diventano sempre più affidabili, almeno per gli oggetti più grandi.
Nel film, invece, la nube di rifiuti spaziali raggiunge in pochi minuti sia l’orbita di Hubble sia quella della ISS. Questo è uno degli aspetti meno realistici della storia. Per passare da un’orbita all’altra è necessario modificare energia e velocità: un frammento generato alla quota della ISS (circa 400 km), ad esempio, dovrebbe ricevere un incremento di velocità per raggiungere l’orbita di Hubble, che si trova a circa 540 km. I tempi mostrati nel film sono troppo brevi perché ciò possa avvenire. Inoltre Hubble e ISS orbitano su piani diversi e con inclinazioni differenti, per cui una stessa nube di detriti non potrebbe investire entrambe nel modo rappresentato.
Hubble, Shuttle e velocità orbitali
Gli astronauti raggiungono il telescopio Hubble a bordo dello Space Shuttle Explorer: anche questo è un elemento di finzione. Gli Space Shuttle sono stati ritirati dal servizio nel 2011 a causa degli elevati costi di gestione e dei problemi di sicurezza. Lo stesso vale per il jetpack utilizzato dal personaggio di George Clooney, già dismesso molti anni prima.
Quando i rifiuti colpiscono lo shuttle, l’astronauta interpretata da Sandra Bullock viene sbalzata nello Spazio ancora agganciata a un braccio robotico. Dopo essersi sganciata, inizia a ruotare rapidamente su sé stessa mentre si allontana dalla navetta.
Una rotazione iniziale potrebbe essere plausibile. L’astronauta è infatti collegata all’estremità di un lungo braccio robotico, molto più massiccio di lei e un impulso può mettere in rotazione l’intero sistema. Tuttavia la dinamica della rotazione dovrebbe rispettare la conservazione del momento angolare, quindi lei avrebbe dovuto iniziare a roteare dalla parte opposta, cosa che nel film non avviene.
Ancora meno credibile è invece il fatto che l’astronauta rimanga cosciente dopo un’accelerazione così violenta. Accelerazioni dell’ordine di 5-6 g rappresentano già un limite per astronauti addestrati, anche se la tolleranza dipende dalla direzione in cui la forza viene applicata al corpo.
Nella stessa scena sembra inoltre che alcuni rifiuti stiano precipitando verso la Terra. In realtà è proprio la gravità terrestre a mantenerli in orbita. La loro elevata velocità tangenziale fa sì che siano in continua caduta verso il nostro pianeta senza raggiungerlo mai, continuando a seguirne la curvatura. L’impressione che i rifiuti stiano precipitando è quindi soltanto un effetto del moto relativo tra l’osservatore e i frammenti.
Un altro problema fisico riguarda la velocità dei rifiuti. Inizialmente Houston riferisce che viaggiano a circa 30.000 km/h, un valore coerente con la velocità orbitale alla quota della ISS e dell’Hubble. Poco dopo, però, viene indicata una velocità di 80.000 km/h, insieme alla previsione che i frammenti completino un’orbita e tornino dopo circa 90 minuti.
Una velocità di 80.000 km/h non è compatibile con un’orbita circolare alla quota della ISS o dell’Hubble, dove un oggetto deve viaggiare a circa 30.000 km/h. Per raggiungere un valore così elevato, i frammenti dovrebbero trovarsi su un’orbita molto più vicina alla Terra oppure seguire un’orbita fortemente ellittica, raggiungendo tale velocità solo nel punto di massimo avvicinamento al pianeta (pericentro).
Anche il tempo di ritorno di 90 minuti presenta un’incongruenza. Se i rifiuti completano un’orbita nello stesso tempo della ISS, significa che stanno percorrendo praticamente la stessa orbita e nello stesso verso. In questo caso il secondo impatto sarebbe assimilabile a un tamponamento: la velocità relativa sarebbe molto bassa e insufficiente a provocare i danni catastrofici mostrati nel film. Al contrario, un urto frontale avrebbe una velocità relativa di circa 60.000 km/h, compatibile con la violenza dell’impatto rappresentato, ma i frammenti ritornerebbero dopo circa 45 minuti, non dopo 90.
Da Hubble alla ISS: un trasferimento impossibile
Una volta ricongiunti, Sandra Bullock e George Clooney decidono di raggiungere la ISS utilizzando i propulsori della tuta di Clooney, poiché lo Space Shuttle Explorer è ormai inutilizzabile. L’obiettivo è raggiungere la Soyuz attraccata alla stazione e utilizzarla come veicolo di salvataggio.
In realtà, come abbiamo già visto, Hubble e la ISS si trovano non solo a quote diverse, ma anche su piani orbitali differenti. Senza il supporto del controllo missione sarebbe praticamente impossibile conoscere con precisione la posizione della ISS e pianificare un rendez-vous. Anche raggiungendo la stessa quota, infatti, non è detto che ci si trovi nello stesso punto dell’orbita: sarebbe necessario eseguire una vera manovra orbitale, sincronizzando tempi e velocità con il passaggio della ISS.
Inoltre, un trasferimento come quello tra Hubble e la ISS, che richiede sia un cambio di quota sia un cambio di piano orbitale, necessita di una variazione di velocità (ΔV) di gran lunga superiore a quella che può fornire il sistema di propulsione di una tuta spaziale.
Non a caso, durante le missioni di manutenzione di Hubble gli astronauti utilizzavano sempre uno Space Shuttle. Se questo fosse stato danneggiato, come accadde al Columbia nel 2003, non avrebbero potuto rifugiarsi sulla ISS proprio perché si trova su un’orbita diversa. Per questo motivo, durante l’ultima missione di manutenzione del telescopio nel 2009, la NASA mantenne un secondo Space Shuttle (Atlantis) pronto al decollo per un’eventuale missione di soccorso.
Il sacrificio di George Clooney
Arriviamo alla scena più iconica del film e riportata nella locandina. La ISS è ormai vicina, ma il carburante della tuta di George Clooney è quasi esaurito. L’ultima spinta permette a Sandra Bullock di aggrapparsi al paracadute della Soyuz, mentre Clooney rimane collegato a lei e alla ISS da un cavo in tensione. Per salvarla decide di sganciarsi e si allontana come se una forza lo stesse trascinando verso l’esterno.
Dal punto di vista fisico, la scena non è corretta. Consideriamo infatti un sistema formato dalla ISS, da Sandra Bullock e da George Clooney, collegati tra loro da un cavo. Se assumiamo che la ISS sia in quiete nel proprio sistema di riferimento, anche i due astronauti sono inizialmente fermi rispetto ad essa. In assenza di forze esterne, il semplice distacco del cavo non dovrebbe produrre alcun allontanamento spontaneo: entrambi dovrebbero rimanere nella stessa posizione relativa.
Esiste però un effetto fisico che può aiutare a interpretare qualitativamente la scena: il gradiente del campo gravitazionale terrestre. Se la ISS, Sandra Bullock e George Clooney fossero disposti quasi lungo la direzione radiale rispetto alla Terra, il campo gravitazionale non sarebbe identico nei tre punti e il cavo potrebbe risultare leggermente in tensione. Si tratta però di una configurazione molto particolare e, per una lunghezza del cavo come quella mostrata nel film, la forza in gioco sarebbe comunque estremamente piccola.
Anche ammettendo che questo effetto sia sufficiente a tendere il cavo, il successivo allontanamento di Clooney si spiegherebbe in modo diverso da quanto suggerisce il film. Trovandosi a una quota leggermente diversa da quella della ISS, la velocità posseduta al momento dello sgancio non sarebbe quella necessaria a mantenere un’orbita circolare a quella quota. Clooney seguirebbe quindi un’orbita leggermente ellittica, separandosi progressivamente dalla stazione.
Come si comporta il fuoco nello Spazio
Una volta entrata nella ISS, Sandra Bullock si trova ad affrontare un incendio. La possibilità che si sviluppi un incendio all’interno di una stazione spaziale è realistica ed è considerata uno dei principali rischi delle missioni con equipaggio.
Ma come si comportano davvero fiamme, fumo e combustione in microgravità?
La combustione mostrata nel film, però, appare poco credibile. In microgravità, infatti, le fiamme non hanno una direzione preferenziale perché manca il galleggiamento dei gas caldi, responsabile sulla Terra della caratteristica forma allungata della fiamma. Tendono invece ad assumere una forma più tondeggiante e ad espandersi in modo uniforme attorno al materiale che sta bruciando.
Inoltre, in situazioni di aria stagnante, ci si attende un comportamento pulsato della fiamma perché, mancando la convezione indotta dal galleggiamento, l’ossigeno non penetra in modo continuo nella zona di fiamma ma entra solo ciclicamente. Questi comportamenti si dovrebbero osservare anche nei fogli di carta che fluttuano incendiati nella ISS.
È possibile che il sistema di ventilazione della ISS modifichi in parte questo comportamento, ma è difficile immaginare che riesca a introdurre un effetto convettivo tale da riprodurre una fiamma così simile a quella osservata sulla Terra.
Più realistica è invece la scena in cui l’estintore sembra ravvivare temporaneamente l’incendio: il moto convettivo del getto potrebbe introdurre rapidamente ossigeno nella zona di fiamma, ravvivandola in modo molto vigoroso. Va ricordato che la fiamma in microgravità fa fatica a ricevere ossigeno per mancanza di moti di galleggiamento.
Rimane infine poco credibile la possibilità di avvicinarsi così tanto a un incendio esteso su un’intera parete senza subire scottature da irraggiamento termico.
Raggiungere la Tiangong-1 è davvero possibile?
La Soyuz, che avrebbe dovuto portare l’astronauta fino alla stazione cinese Tiangong-1, ha ormai esaurito il carburante. Sandra Bullock utilizza allora i propulsori destinati alla manovra di deorbiting per avvicinarsi alla stazione cinese, una volta sufficientemente vicina, si lancia verso di essa aprendo il portellone e utilizzando un estintore come sistema di propulsione.
Dal punto di vista orbitale, però, la scena non è realistica. Sebbene la differenza di quota tra la ISS e Tiangong-1 sia relativamente piccola, il vero ostacolo è il cambio di piano orbitale: le due stazioni hanno inclinazioni che differiscono di circa 10°. Il ΔV disponibile sulla Soyuz, dell’ordine di 100 m/s, è di gran lunga inferiore a quello necessario per effettuare una simile manovra, tanto più considerando che Tiangong-1 sta progressivamente perdendo quota.
Inoltre, senza il supporto del controllo missione, tentare una manovra di rendez-vous di questo tipo sarebbe praticamente impossibile.
Muoversi nello Spazio con un estintore è davvero possibile?
Per quanto riguarda l’utilizzo di un estintore per muoversi nello Spazio, in linea di principio è fisicamente possibile, in accordo con la terza legge di Newton. Nella pratica, però, sarebbe molto più complicato di quanto mostrato nel film. In assenza di attrito, infatti, qualsiasi rotazione del corpo continuerebbe indefinitamente finché non venisse compensata da una forza o da un momento applicato in senso opposto.
Inoltre, un estintore produce un getto di anidride carbonica turbolento, che genera una spinta poco stabile e difficile da controllare. Per utilizzarlo come sistema di propulsione sarebbe necessario allinearlo il più possibile al centro di massa del corpo (che si trova approssimativamente all’altezza dell’ombelico), mantenere una postura rigida evitando movimenti di braccia e gambe e orientare il getto esattamente nella direzione opposta a quella in cui ci si vuole muovere, applicando brevi impulsi per correggere progressivamente la traiettoria.
Gli impatti dei detriti possono far precipitare una stazione?
In ogni caso Sandra Bullock riesce a entrare nella Tiangong-1, che nel film sta rapidamente perdendo quota a causa degli impatti con i rifiuti spaziali. Nella realtà, però, uno scenario di questo tipo è estremamente improbabile.
La Tiangong-1 orbitava a circa 400 km di quota e, senza motori accesi, il suo decadimento orbitale era dovuto principalmente all’attrito con gli strati più alti dell’atmosfera. Anche considerando l’impatto di frammenti di circa 10 cm, la variazione di velocità (ΔV) trasferita alla stazione sarebbe dell’ordine di pochi decimi di m/s.
Va inoltre ricordato che, alle velocità orbitali, un impatto con un oggetto di tali dimensioni sarebbe quasi certamente catastrofico e provocherebbe danni gravissimi alla stazione. Ma anche ipotizzando, per assurdo, che gli urti non fossero distruttivi, per modificare sensibilmente l’orbita della Tiangong-1 sarebbero necessari migliaia di impatti favorevoli. Dopo una frammentazione, invece, il flusso di frammenti non produce collisioni così frequenti né tutte nella direzione adatta a ridurre rapidamente la quota orbitale. Il rapido decadimento mostrato nel film non è quindi compatibile con la dinamica reale dei rifiuti spaziali.
È infine curioso notare che, cinque anni dopo l’uscita di Gravity, la stazione Tiangong-1 è realmente rientrata in modo incontrollato nell’atmosfera terrestre, disintegrandosi quasi completamente sopra l’Oceano Pacifico meridionale. Fortunatamente, gli eventuali frammenti sopravvissuti al rientro sono caduti in zone disabitate, senza causare danni.
Nel complesso, Gravity è un film di grande impatto visivo: molte scene sono spettacolari e riescono a mantenere alta la tensione. Dal punto di vista scientifico, però, lascia più di una perplessità. Il problema dei rifiuti spaziali, che rappresentano una minaccia reale, seria e complessa, viene rappresentato in modo fortemente spettacolarizzato e numerose sequenze sacrificano il realismo fisico a favore della narrazione.
Una maggiore attenzione ai dettagli scientifici avrebbe probabilmente reso il film ancora più convincente, senza diminuirne il valore come opera cinematografica.
Si ringraziano Pierluigi Di Lizia e Filippo Maggi, del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali del Politecnico di Milano, per il prezioso confronto scientifico nella realizzazione di questa recensione.
[A cura di Elisa Cattari]
Questo articolo è stato realizzato nell’ambito del tirocinio dell’Università di Bologna presso INAF – Istituto di Radioastronomia, all’interno del progetto Sorvegliati Spaziali.
