Simulazione realistica di collisioni galattiche con Arduino

Riprodurre la danza gravitazionale tra galassie utilizzando un microcontrollore è oggi possibile grazie alla potenza di Arduino e alla precisione dei modelli fisici esistenti. Un progetto basato sull'incontro tra fisica e programmazione, che unisce scienza e ingegneria, e che consente di comprendere concretamente le dinamiche cosmiche, traducendo in codice i principi fondamentali della meccanica newtoniana. La simulazione delle collisioni galattiche diventa così sia un esercizio tecnico, sia un viaggio nell’evoluzione dell’universo visibile attraverso la logica della programmazione.

L’interesse per le interazioni gravitazionali tra galassie ha radici profonde nella curiosità umana verso il funzionamento dell’universo. Negli anni Ottanta, le prime simulazioni numeriche di questi fenomeni venivano pubblicate sulle riviste di astronomia, mostrando come un semplice algoritmo potesse riprodurre i movimenti complessi di milioni di stelle. Oggi, la stessa logica fisica può essere riprodotta in scala ridotta attraverso un microcontrollore come Arduino, capace di gestire calcoli iterativi in tempo reale grazie ad un linguaggio di programmazione efficiente e ad un hardware accessibile. Il principio fisico alla base della simulazione deriva dalla seconda legge di Newton, secondo la quale la forza che agisce su una massa è uguale al prodotto tra la massa stessa e l’accelerazione generata. La legge di gravitazione universale permette di calcolare la forza attrattiva tra due corpi di massa m e M separati da una distanza r. La variazione della velocità, ottenuta come prodotto tra l’accelerazione e l’intervallo di tempo, definisce i nuovi parametri cinematici del sistema. Applicando il metodo di Eulero alle equazioni differenziali, è possibile aggiornare ad ogni passo temporale le posizioni e le velocità delle stelle coinvolte, ricreando l’evoluzione dinamica del sistema galattico.

Una scheda Arduino Due, abbinata ad un display da 320x480 pixel, consente di visualizzare l’interazione gravitazionale tra decine o centinaia di stelle. Cinque pulsanti ed un potenziometro permettono di regolare lo zoom, il passo temporale e le caratteristiche delle masse simulate, offrendo un controllo preciso sull’esperimento numerico. Il calcolo delle forze è intensivo: per un sistema con cento stelle si devono elaborare quasi cinquemila interazioni, poiché ogni corpo influisce sugli altri con uguale intensità ma in direzioni opposte. La rappresentazione risultante mostra scenari simili a quelli osservati nei sistemi reali, come la celebre Galassia Vortice M51, in cui due galassie si fondono in una struttura spiraleggiante. Attraverso questa applicazione, la fisica teorica si trasforma in esperienza visiva e tangibile, dimostrando come la programmazione possa diventare uno strumento per esplorare i processi cosmici che plasmano l’universo.