Astronomia e Spazio

a cura di Alessandra Celletti, Professore Ordinario di Fisica Matematica presso il Dipartimento di Matematica, Università di Roma Tor Vergata

 

La Matematica e l’Astronomia sono sempre state collegate tra loro sin dall’antichità. Basti pensare alle geometrie usate da Tolomeo per descrivere i moti celesti, oppure ai calcoli compiuti da Ipparco per prevedere le eclissi. Anche in epoche più recenti gli scienziati che studiano il cielo sono allo stesso tempo matematici e astronomi. Qualche esempio: Keplero scopre che gli oggetti celesti si muovono – in prima approssimazione - su orbite ellittiche, le equazioni di Newton sono usate per calcolare gli effetti gravitazionali, la teoria delle perturbazioni di Laplace e Lagrange consente di ottenere una soluzione approssimata della dinamica di pianeti e satelliti, gli studi di Poincarè forniscono un contributo incredibile alla Meccanica Celeste. E nell’ambito dei suoi studi sul moto dei pianeti, Poincarè dà inizio alla teoria del caos che permea i sistemi dinamici in numerosi contesti, non solo astronomici, ma anche biologici, economici, metereologici, ecc. Dal lancio della prima missione spaziale avvenuto nel 1957, la Matematica ha assunto un ruolo determinante nell’ambito delle scienze spaziali. Per poter definire l’orbita di un satellite artificiale in orbita attorno alla Terra o di una sonda interplanetaria sono necessari complicati calcoli basati su nozioni di Meccanica Celeste, Analisi Matematica, Calcolo Numerico. La Matematica aiuta altresì ad ottimizzare le traiettorie, ad effettuare accurate analisi degli errori di misurazioni astronomiche, ad analizzare statisticamente le strutture cosmologiche. Questi sono solo alcuni dei numerosi esempi in cui la Matematica entra in campo astronomico e spaziale, creando sempre più sbocchi professionali sia nell’ambito della ricerca che in quello industriale.

1. Tipo di impiego offerto

 

I settori astronomici e spaziali in cui i matematici trovano impiego sono molteplici. Qui di seguito viene presentata una lista parziale.

• Ricerca: le applicazioni astronomiche e spaziali trovano ampio inserimento nell’ambito della Fisica Matematica, dell’Analisi e della Statistica. La ricerca in questi settori può essere di tipo teorico (ad esempio, dimostrazioni di teoremi di stabilità delle soluzioni o di particolari configurazioni, risultati su ottimizzazione di traiettorie, metodi di analisi statistica di grandi moli di dati sperimentali) oppure numerici (ad esempio, integrazioni al computer di modelli di dinamica orbitale o rotazionale, determinazione della natura regolare o caotica del moto).

• Didattica: recentemente, l'offerta didattica di molte scuole secondarie è stata arricchita da programmi che includono lezioni di astronomia e, più genericamente, di scienze dello spazio. Il percorso lavorativo è comune a quello di altri laureati che si orientano verso l’insegnamento nelle scuole.

• Agenzie Spaziali: l’obiettivo primario delle agenzie spaziali è la progettazione ed eventuale realizzazione di missioni spaziali. Il contributo di laureati in Matematica è richiesto prevalentemente nell’ambito della dinamica del volo spaziale, ovvero della costruzione della traiettoria con l’obiettivo di soddisfare i requisiti di missione e di minimizzare il carburante (e quindi il costo della missione).

• Industrie Spaziali: le offerte di lavoro nelle industrie spaziali sono molteplici e coprono diversi ambiti, dal controllo ottimo alla meccanica celeste, dall’analisi dati al calcolo numerico. I laureati in Matematica trovano anche offerte lavorative nel settore del management.

 

2. Competenze richieste

 

Le competenze richieste ai laureati in Matematica dipendono dal settore di impiego. Nel caso delle università e centri di ricerca è richiesta la capacità di porsi criticamente problemi matematici interessanti, capacità di ragionamento, creatività, rigore scientifico e comunicazione verso i colleghi.

Nel caso di agenzie spaziali e industrie spaziali, in cui si affrontano problemi altamente interdisciplinari, è importante riuscire a comunicare con persone con preparazione culturale diversa, in particolare fisici, informatici e ingegneri. E’ inoltre richiesta una buona capacità di risoluzione di problemi, conoscenza di alcuni linguaggi di programmazione e adattabilità al lavoro in team.

3. Offerta ed adeguatezza di una formazione specifica

 

La maggior parte dei corsi di laurea triennale e magistrale in Matematica offrono una formazione che può essere di interesse nel settore spaziale, ad esempio (ma la lista non è esaustiva) corsi di Meccanica Analitica, Meccanica Celeste, Sistemi Dinamici, Metodi Variazionali, Controllo Ottimo, Calcolo Numerico, Analisi Numerica, Probabilità e Statistica. Poiché il settore spaziale è caratterizzato da una forte interdisciplinarietà, per poter lavorare in ambito industriale e agenzie spaziali, è spesso necessario acquisire nozioni che consentano di avere un panorama sufficientemente ampio, in modo da padroneggiare anche alcuni aspetti fisici, informatici, ingegneristici e manageriali.

Una preparazione specifica viene offerta presso il Dipartimento di Matematica dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”, dove viene annualmente erogato il Master di II livello in “Scienza e Tecnologia Spaziale”. Il Master è rivolto a laureati (laurea magistrale) in discipline scientifiche (Matematica, Fisica, Astronomia, Informatica, Ingegneria, ecc.). La durata del Master in “Scienza e Tecnologia Spaziale” è di un anno. L'attività formativa prevede 60 crediti formativi, pari a 1.500 ore, di cui 400 ore di attività didattica cosiddetta frontale, cioè con la presenza di docenti (lezioni tradizionali, laboratorio guidato, esercitazioni guidate), seguite da un tirocinio formativo della durata compresa tra 3 e 6 mesi. Lo stage si svolge presso le aziende, agenzie spaziali e centri di ricerca partner del Master. Il Master si propone di fornire, in maniera innovativa, una preparazione altamente qualificata e competenze specifiche sugli aspetti scientifici dello spazio, così da formare una figura professionale con accresciute possibilità di inserimento nell'ambiente spaziale.

 

4. Soddisfacimento e prospettive

 

L’ambito astronomico e il settore spaziale sono attualmente caratterizzati da una poliedrica interazione tra il mondo della ricerca e quello industriale. I temi astronomici e le missioni spaziali sono argomenti molto complessi, i quali richiedono ampie competenze matematiche in diversi settori, quali ad esempio: Analisi Matematica, Fisica Matematica, Analisi Numerica, Probabilità e Statistica, Calcolo Numerico. Pertanto i laureati in Matematica trovano spesso un’adeguata realizzazione delle proprie aspettative, tramite sbocchi professionali in ambito astronomico-spaziale con particolare riferimento a centri di ricerca e, soprattutto, alle numerose industrie spaziali presenti sul territorio nazionale. Le prospettive di lavoro sono generalmente molto buone, soprattutto in ambito industriale dopo un periodo di stage; per le industrie spaziali sono importanti la capacità di risolvere problemi, di lavorare in squadra e le competenze informatiche in alcuni ambienti di programmazione.