Aerogel: il 'fumo congelato' fatto per il 99% d'aria che catturò una cometa

Immaginate un materiale solido che potete tenere in mano ma che è quasi tutto aria, talmente leggero da sembrare un pezzo di nebbia solidificata. Esiste davvero, si chiama aerogel, ed è uno dei materiali più straordinari mai realizzati dall'uomo. È stato soprannominato "fumo congelato" o "fumo solido" per il suo aspetto azzurrognolo e traslucido, e nasconde proprietà al confine con la fantascienza.

Quasi tutto vuoto

Un aerogel di silice è composto fino al 99,8% di aria: il resto è una rete sottilissima di silice, la stessa sostanza del vetro, organizzata in una struttura nanoporosa che intrappola minuscole sacche di gas. Alcune varianti hanno densità così basse — vicine a quella dell'aria stessa — da figurare tra i solidi più leggeri mai creati, tanto da essere entrate nel Guinness dei primati. Il caratteristico colore bluastro non è dovuto a un pigmento: è lo stesso fenomeno (la diffusione di Rayleigh) che rende azzurro il cielo, perché la microstruttura del materiale disperde di più la luce blu.

Nato da una scommessa

L'aerogel ha quasi un secolo di vita. Fu creato nel 1931 dal chimico americano Samuel Stephens Kistler che, secondo l'aneddoto, aveva scommesso con un collega di riuscire a sostituire il liquido contenuto in una gelatina con un gas senza farla collassare o restringere. La sfida sembrava impossibile: di norma, quando un gel si asciuga, la tensione superficiale del liquido che evapora fa crollare la struttura. Kistler trovò il modo di aggirare il problema con un processo a fluido supercritico, e vinse la scommessa, dando vita a una classe di materiali del tutto nuova. La ricerca su questi materiali è oggi portata avanti, tra gli altri, dal Lawrence Berkeley National Laboratory.

L'isolante perfetto

Poiché è fatto quasi solo di aria immobilizzata, l'aerogel è anche uno dei migliori isolanti termici che esistano. Una lastra sottile può impedire che il calore di un fornello raggiunga la mano, e gli aerogel sono studiati per applicazioni che vanno dall'edilizia all'abbigliamento tecnico, fino alle tute spaziali. La NASA li ha usati per isolare i rover marziani — dal piccolo Sojourner del 1997 ai gemelli Spirit e Opportunity del 2004 — proteggendone l'elettronica dalle gelide notti di Marte, dove la temperatura può crollare a decine di gradi sotto zero.

La missione che acchiappò una cometa

Ma l'impiego più spettacolare dell'aerogel è stato nello spazio profondo. La missione Stardust della NASA, lanciata nel 1999, aveva un obiettivo ambizioso: raccogliere campioni di polvere dalla cometa Wild 2 e riportarli sulla Terra. Il problema era enorme: i granelli viaggiavano a oltre 6 chilometri al secondo rispetto alla sonda (più di 21.000 km/h). A quelle velocità, qualsiasi materiale solido avrebbe vaporizzato le particelle all'impatto.

La soluzione fu un collettore riempito di aerogel. Colpendo il materiale soffice e poroso, ogni granello rallentava gradualmente, scavando una traccia a forma di carota e fermandosi intatto al suo interno, come una pallottola affondata in un cuscino. Nel gennaio 2006 la capsula di Stardust rientrò sulla Terra con i suoi preziosi campioni cometari, i primi mai raccolti oltre l'orbita lunare, come documenta il sito della missione della NASA. L'analisi di quella polvere ha rivelato persino mattoni della vita, come amminoacidi, formatisi miliardi di anni fa.

Un materiale del futuro, dal 1931

A quasi cent'anni dalla sua invenzione, l'aerogel continua a essere oggetto di ricerca: si studiano versioni a base di carbonio, di grafene e persino di cellulosa, sempre più leggere e resistenti, per usi che spaziano dalla depurazione dell'acqua all'accumulo di energia. Non male per un materiale nato da una scommessa, fatto quasi interamente di nulla, che ha attraversato lo spazio per andare a stringere la mano a una cometa.