James Van Allen: L'uomo che trovò l'armatura invisibile della Terra

All'inizio del 1958, il contatore Geiger a bordo del primo satellite americano continuava a tacere ad alta quota. La conclusione ovvia era un guasto allo strumento, ed è quello che riferirono gli ingegneri. Il fisico che lo aveva costruito non era d'accordo. "Ci dissero che il nostro strumento aveva smesso di funzionare", ricordò. "Sapevamo bene di no e capimmo di aver incontrato un fenomeno del tutto nuovo nello spazio". Il contatore non era morto. Era soffocato.

Mount Pleasant

James Alfred Van Allen nacque il 7 settembre 1914 in una fattoria vicino a Mount Pleasant, in Iowa — una provenienza da cui non si staccò mai e per la quale non si scusò mai. Conseguì la laurea presso l'Iowa Wesleyan College nel 1935, poi un master nel 1936 e un dottorato di ricerca nel 1939 presso l'Università dell'Iowa, lavorando in fisica nucleare. Nulla nella traiettoria suggeriva un uomo che avrebbe finito per dare il nome a una caratteristica permanente del pianeta.

Una guerra passata a rendere le cose robuste

Dal 1940 lavorò alla spoletta di prossimità radio — un dispositivo che permetteva a un proiettile antiaereo di rilevare il suo bersaglio e detonare vicino ad esso piuttosto che al contatto — sotto il National Defense Research Committee. Nel 1942 si trasferì al Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins, dove il suo problema era brutalmente pratico: i tubi a vuoto si rompevano quando sparati da una canna di fucile, e qualcuno doveva far sopravvivere l'elettronica all'accelerazione di un proiettile navale.

Prestò poi servizio come tenente della Marina degli Stati Uniti dal 1942 al 1946, guadagnando quattro stelle di battaglia con la Flotta del Pacifico. Vale la pena notare ciò che questo decennio gli ha realmente insegnato. Van Allen trascorse i suoi anni professionali formativi imparando a costruire strumenti delicati che avrebbero continuato a funzionare in condizioni violente, e a interpretare ciò che dicevano al loro ritorno. Questo è precisamente il set di abilità di cui la fisica spaziale avrebbe presto avuto bisogno, e quasi nessun altro lo possedeva.

Palloni, razzi e il Rockoon

Dal 1946 diresse la ricerca ad alta quota presso il Laboratorio di Fisica Applicata, organizzando esperimenti a bordo di razzi V-2 tedeschi catturati e aiutando a sviluppare il razzo sonda Aerobee. I razzi erano scarsi e costosi, quindi inventò una via verso l'alto più economica: il Rockoon, un piccolo razzo portato in quota da un pallone e sparato da alta quota, saltando la parte più spessa dell'atmosfera e la maggior parte della bolletta del carburante. Fu una soluzione caratteristica — poco glamour, ingegnosa e guidata dal fatto che voleva dati più che hardware.

Nel 1951 entrò nel dipartimento di fisica dell'Università dell'Iowa, dove rimase fino al suo pensionamento nel 1985. Costruì uno dei gruppi di fisica spaziale leader nel mondo in uno stato più noto per il mais.

Explorer 1

L'Anno Geofisico Internazionale 1957-58 fu l'apertura dell'era spaziale, e il rivelatore di radiazioni di Van Allen volò sull'Explorer 1, il primo satellite americano, e poi sull'Explorer 3. I dati non avevano senso. A bassa quota il contatore si comportava normalmente; più in alto non segnalava nulla — non un segnale debole, ma zero.

L'intuizione di Van Allen fu quella di leggere correttamente il silenzio. Uno strumento che non segnala nulla può essere rotto, oppure può essere sopraffatto: saturato da più radiazioni di quante fosse progettato per contare, e quindi muto. Concluse quest'ultima ipotesi e, così facendo, identificò due vaste fasce di particelle cariche intrappolate dal campo magnetico terrestre, che circondavano il pianeta — le strutture che presero immediatamente il suo nome.

Lo chiamò "la prima scoperta scientifica dell'era spaziale", e la descrizione regge. L'umanità aveva messo un oggetto sopra l'atmosfera e aveva imparato istantaneamente qualcosa sulla Terra che nessuna osservazione a terra avrebbe potuto rivelare. Fondò anche una disciplina: la fisica magnetosferica non esisteva significativamente prima dell'Explorer 1 ed è stata un campo importante da allora. Time lo nominò Uomo dell'anno nel 1960, un onore insolito per un professore con un contatore Geiger.

Verso i pianeti

Le fasce furono l'inizio piuttosto che la vetta. Van Allen continuò a servire come ricercatore principale in ventiquattro missioni spaziali, e i suoi strumenti produssero le prime misurazioni dirette delle magnetosfere di Giove e Saturno. Fu anche pioniere di una tecnica genuinamente elegante: leggere le firme di assorbimento delle particelle cariche per rilevare anelli e lune che non erano stati visti — deducendo la presenza di corpi solidi dalle ombre che proiettavano nell'ambiente radiativo di un pianeta.

Il dissidente

Fu, nei suoi ultimi decenni, uno dei critici più eminenti del volo spaziale umano, sostenendo costantemente che le missioni robotiche restituivano molta più scienza per dollaro. Nel 2004 lo espresse con caratteristica franchezza: "l'unica motivazione superstite per continuare il volo spaziale umano è l'ideologia dell'avventura". Venendo dall'uomo che aveva fatto la prima scoperta dell'era spaziale, questo era imbarazzante per la NASA e impossibile da ignorare.

Il riconoscimento si accumulò a prescindere: elezione alla National Academy of Sciences nel 1959, la presidenza dell'American Geophysical Union dal 1982 al 1984, la National Medal of Science nel 1987, il Premio Crafoord nel 1989 e il premio Vannevar Bush nel 1991. Morì il 9 agosto 2006, per insufficienza cardiaca, all'età di novantuno anni.

Perché James viene chiamato genio

La qualità specifica in mostra nel 1958 non era il calcolo ma il nervo interpretativo — la volontà di fidarsi di un argomento fisico rispetto a un'ovvia spiegazione istituzionale. Tutti potevano vedere che il contatore era diventato silenzioso. La lettura predefinita era un guasto dell'apparecchiatura, ed era la lettura che non comportava alcun rischio professionale. Van Allen ragionò invece su cosa avrebbe fatto un rilevatore saturo, concluse che il silenzio era esso stesso il segnale, e affermò una grande scoperta sulla base di dati che sembravano un malfunzionamento. Questa è una forma rara di intelligenza scientifica: conoscere il proprio strumento così intimamente da poter distinguere uno rotto da uno stupito.

Fu guadagnata piuttosto che innata. Il lavoro sulla spoletta di prossimità e i programmi V-2 e Rockoon significarono che aveva trascorso vent'anni a costruire rilevatori e a leggere le loro modalità di guasto. L'intuizione fu il risultato di un tipo di competenza molto poco alla moda.

Il contro-argomento merita di essere esposto. Van Allen non era un teorico; non propose alcun quadro profondo, e la fisica delle particelle intrappolate fu elaborata sostanzialmente da altri. La scoperta dipese anche dall'essere nel posto giusto — la strumentazione satellitare americana nel 1958 era un club estremamente piccolo, e qualcuno che faceva volare un contatore di radiazioni avrebbe probabilmente trovato le fasce prima o poi. Ciò che è propriamente suo è il design sperimentale, lo strumento, la corretta lettura di dati ambigui, e poi cinque decenni successivi di lavoro di prima qualità su Giove e Saturno che nessuno attribuisce alla fortuna.

Eredità

Le fasce portano il suo nome, che è il tipo più raro di monumento: una caratteristica permanente della Terra chiamata dopo il ragazzo della fattoria dell'Iowa che la notò. Diede alla scienza planetaria il suo risultato fondante e poi trascorse cinquant'anni a sostenere silenziosamente che lo scopo di andare nello spazio era imparare qualcosa. Le fasce rimangono un vincolo pratico per ogni satellite e ogni missione umana che lascia l'orbita bassa — un pezzo del pianeta che nessuno sapeva che fosse lì finché uno strumento non tacque e un uomo si rifiutò di credere che fosse rotto.