unità 1 - astronomia

UNITÀ 1 - ASTRONOMIA
Lezione 1 – L’Universo
Approfondimento - L’espansione dell’Universo Le galassie, oltre a compiere un moto di rotazione attorno al loro
nucleo, si allontanano le une dalle altre e più sono distanti più
aumenta la velocità di allontanamento. La sensazione è quella di
trovarsi in un centro da cui tutti fuggono. In realtà la nostra
Galassia non si trova affatto al centro dell’Universo. Per meglio
capire questo fenomeno potremmo osservare come esempio un
palloncino che si sta gonfiando: la gomma si dilata e i punti
segnati sulla superficie si allontanano l’uno dall’altro [fig. 1].
L’Universo non presenta limiti, nel senso che noi diamo a questo
termine, e nemmeno un centro.
L’espansione dell’Universo non è più solo un’ipotesi, grazie
all’applicazione del fenomeno dell’effetto Doppler, considerato di
importanza fondamentale in Astronomia.
Sicuramente avrete già sentito parlare dell’effetto Doppler in
acustica: di certo vi sarà capitato di fermarvi lungo il ciglio della
strada per l’arrivo di una autoambulanza con la sirena spiegata.
Mentre essa si avvicina, il suono sembra più acuto, quando si
allontana invece sembra più grave.
Per capire questo fenomeno dobbiamo pensare che, mentre
l’autoambulanza si avvicina, le onde sonore precedono il mezzo ed
è come se fossero compresse dall’avanzare dell’autoambulanza,
mentre dopo il passaggio succede il contrario e le onde sono
dilatate e stirate. Il nostro orecchio, infatti, percepisce suoni acuti
se le onde che gli arrivano sono fitte e brevi e suoni gravi se le
onde sono rade e lunghe [figg. 2-3].
Analogamente, per la luce si è visto che una sorgente luminosa
produce una radiazione prevalentemente rossa (il cosiddetto
redshift o spostamento verso il rosso) se si sta allontanando e
violetta se si sta avvicinando.
Un’accurata analisi della luce emessa dalle stelle ha rivelato che
la maggior parte dei corpi luminosi invia una radiazione
luminosa con una ricca componente rossa: questo significa che i
corpi celesti non sono fermi ma si stanno allontanando.
Fig. 3. Effetto Doppler. Un osservatore riceve, da una sorgente
sonora che si avvicina, un maggior numero di onde, come se la
sorgente in movimento le comprimesse. La loro λ diminuisce e il
suono diventa acuto. Quando invece la sorgente si allontana, succede
il contrario.
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Fig. 1. L’Universo si espande; i
punti rappresentano le galassie.
Fig. 2. Il nostro orecchio percepisce
gravi i suoni generati da onde con λ
maggiore, e acuti i suoni generati da λ
minore (λ = lunghezza d’onda).
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Lezione 1 – L’Universo
Approfondimento - Quale sarà il destino dell’Universo? Tutto quello che avvenne, dopo la grande esplosione iniziale, è da imputarsi principalmente a due
“forze”: la forza di attrazione gravitazionale e la forza di espansione dovuta al grande scoppio
iniziale.
L’Universo si sta ora espandendo poiché è ancora grande la forza di espansione originatasi dal bigbang. Finché questa forza non si esaurirà, le galassie si allontaneranno sempre di più, le stelle, dopo
aver perso la loro energia, piano piano si raffredderanno e l’Universo andrà incontro a una morte,
definita da alcuni astronomi fredda, dove ogni forma di energia si sarà dissipata.
Altri scienziati pensano invece che la forza di espansione, a un certo punto, si esaurirà e allora,
dopo un periodo di stasi, se le
masse in questione saranno
sufficientemente grandi rispetto
alle loro distanze, prenderà il
sopravvento la forza di
attrazione gravitazionale. Tutte
le componenti dell’Universo
cominceranno quindi ad attrarsi
e ad avvicinarsi fino a ritornare
compresse e schiacciate come
nell’atomo primordiale.
A questo punto c’è chi ipotizza
una nuova esplosione, dato che
durante la contrazione la
Fig. 1.
temperatura e la pressione A. Secondo alcuni scienziati le galassie, dopo aver perso la loro energia,
avranno
raggiunto
valori potrebbero andare incontro a una morte fredda.
elevatissimi. Per questo a tale B. Diversa è l’ipotesi di altri scienziati, per cui con la contrazione si
ipotesi è stato dato il nome di potrebbero raggiungere valori elevatissimi che porterebbero a una
“morte calda” [fig. 1].
Attualmente, gli astronomi propendono per la prima ipotesi, cioè per un Universo destinato a
espandersi all’infinito. Questa supposizione è scaturita da studi recenti:
♦ nuove misure, fatte analizzando alcune stelle dette supernovae, suggeriscono che
l’espansione cosmica sta accelerando. La causa di ciò è rintracciata in una forza di
repulsione sconosciuta, che riempie lo spazio dappertutto. Questa forza può far espandere
l’Universo a velocità sempre crescenti;
♦ la densità dell’Universo sembra essere bassa, cioè al di sotto del valore critico, che è pari a
10–29 g/cm3. Se la densità dell’Universo fosse superiore a tale valore, l’Universo potrebbe
tornare a contrarsi, sempre che la forza misteriosa non superi la forza di attrazione
gravitazionale.
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Lezione 2 – Le stelle
Approfondimento - Il diagramma H-R
I due principali criteri di classificazione delle stelle, quello basato sul colore/temperatura e quello
relativo alla magnitudine assoluta, sono stati utilizzati per la costruzione di un diagramma
chiamato H-R dalle iniziali dei nomi dei due astronomi che lo hanno ideato. Infatti, l’astronomo
danese Hertzsprung e l’astronomo americano Russel, indipendentemente l’uno dall’altro, ebbero
la brillante idea di costruire un
diagramma dove tutte le stelle conosciute
occupano una posizione ben precisa in
rapporto alla loro temperatura e alla
loro luminosità assoluta.
Il
diagramma
presenta
sull’asse
orizzontale le diverse classi delle stelle,
mentre sull’asse verticale è rappresentata
la luminosità assoluta espressa in
rapporto a quella del Sole. Le stelle, in
base a questa classificazione, si
raggruppano prevalentemente in una
fascia centrale detta sequenza principale.
Leggendo il diagramma, si può notare
che nella parte alta si trovano le stelle
più luminose e più calde, nella parte
bassa le stelle meno luminose e più
fredde, nella zona centrale si hanno le
stelle con caratteristiche intermedie. Al
di fuori della sequenza principale vi sono
due gruppi di stelle: quello delle giganti
e supergiganti rosse e quello delle nane
bianche. Il primo gruppo si trova in alto
a destra della sequenza principale e
comprende stelle di media luminosità e
bassa temperatura.
Il secondo gruppo è situato in basso a
sinistra della sequenza e comprende
stelle di bassa luminosità ma con
altissime temperature. Il Sole occupa una
posizione centrale nella sequenza Fig. 1. Diagramma H-R. Le stelle che, in base alla loro
principale assieme a tutte le altre stelle classe spettrale e alla loro magnitudine, si collocano nella
sequenza principale sono stelle giovani. In alto a destra,
gialle [fig. 1].
Il diagramma H-R è risultato uno nel gruppo delle giganti e supergiganti rosse, si trovano le
mature; in basso a sinistra, nel gruppo delle nane
strumento utile per capire la fase stelle
bianche, si accumulano le stelle più vecchie.
evolutiva delle stelle.
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UNITÀ 1 - ASTRONOMIA
Lezione 3 – Il Sistema Solare
Approfondimento - C’è vita nello spazio?
La maggior parte degli astronomi dice che la vita nell’Universo è abbastanza diffusa, altri invece
affermano che è una cosa abbastanza rara e molto improbabile. I dubbi sono tanti e gli astronomi
della SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, ricerca di intelligenze extraterrestri)
ascoltano il cosmo con i loro radiotelescopi nella speranza di captare qualche messaggio
extraterrestre. Le prime ricerche di ascolto sono iniziate nel 1960, ma sino a ora non si sono ottenuti
risultati significativi; qualche volta è capitato di “sentire qualcosa”, ma alla fine si è rivelato solo un
disturbo proveniente dalla Terra. Attualmente, sono stati scoperti numerosi pianeti extrasolari (oltre
200), ma tutti giganti gassosi. Ultimamente sono stati individuati anche pianeti rocciosi (fuori dal
nostro Sistema Solare) ma la loro distanza è tale che, se anche fossero abitati, un dialogo
richiederebbe milioni o migliaia di anni. È certo però che la notizia della scoperta di qualche
segnale intelligente potrebbe destare anche delle preoccupazioni poiché viene spontanea una
domanda: “come saranno questi extraterrestri?”. Gli astronomi della SETI, durante il 51° Congresso
Internazionale di Astronautica, avvenuto a Rio de Janeiro nel 2000, hanno pensato innanzitutto di
proporre una scala definita “Scala di Rio” per graduare la credibilità di un eventuale messaggio
extraterrestre. La Scala di Rio, come quella Mercalli (per i terremoti) o la Scala Torino (per
l’impatto con gli asteroidi), ha lo scopo di garantire un’informazione più sicura senza generare
troppa confusione.
L’attendibilità del messaggio dipende da vari elementi:
● circostanza della scoperta: è più credibile se viene captato dagli astronomi della SETI e magari
nel momento in cui arriva, piuttosto che da astronomi improvvisati o dopo diverso tempo
dall’arrivo;
● tipo di segnale: è più attendibile se risulta mirato alla Terra e se intende comunicare qualcosa;
● distanza della sorgente: è più indicativo se proviene dall’interno del Sistema Solare; a mano a
mano che si allontana dal Sistema Solare fino a uscire dalla nostra Galassia l’importanza della
sorgente diminuisce.
Scala di Rio
0 segnale privo di qualsiasi credibilità (scherzo);
1 segnale insignificante;
2 segnale di scarsa credibilità;
3 segnale di modesta credibilità;
4 segnale di moderata credibilità;
5 segnale di credibilità intermedia;
6 segnale di notevole credibilità;
7 segnale di alta credibilità;
8 segnale con credibilità di grande portata;
9 segnale con credibilità elevatissima;
10 segnale di portata eccezionale.
La Scala, suddivisa in 10 gradi, ci permette di capire se si tratta di uno scherzo (grado 0 della Scala
di Rio), se è un fatto di credibilità intermedia (grado 5) oppure se il segnale ha un’alta attendibilità
(grado maggiore di 8). Tenetevi pronti!
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UNITÀ 1 - ASTRONOMIA
Lezione 3 – Il Sistema Solare
Approfondimento - La Terra è un pianeta fortunato
La Terra, per ora, risulta l’unico pianeta abitato. Tuttavia la vita potrebbe essere presente anche in
altri pianeti del Sistema Solare o in pianeti extrasolari, può essere comparsa e poi scomparsa o
comparire in futuro. Quando si parla di vita, però, non necessariamente dobbiamo pensare a forme
di vita intelligente, ma anche solo a organismi microscopici che, pur essendo invisibili, sono in
grado, con le loro funzioni, di cambiare l’aspetto di un pianeta. A questo punto si possono fare due
considerazioni:
♦ la Terra presenta una combinazione di caratteristiche che hanno
evoluzione: comparsa
permesso lo sviluppo della vita e anche una sua evoluzione;
graduale di nuovi
♦ sicuramente altri pianeti hanno, o hanno avuto o avranno, le organismi discendenti da
condizioni necessarie per l’insorgere della vita, ma non organismi precedenti.
sappiamo se esistano ambienti adatti a favorirne l’evoluzione.
Esaminiamo ora le caratteristiche specifiche del nostro pianeta:
a. la Terra ruota attorno al Sole, una stella di medie dimensioni. Se il Sole avesse dimensioni
maggiori, il suo calore sarebbe eccessivo; se fosse più piccolo, la temperatura sulla Terra
sarebbe troppo bassa e ciò ostacolerebbe l’evolversi della vita;
b. la Terra si trova a una certa distanza dal Sole, né troppo vicino né troppo lontano. Se fosse al
posto di Venere, la sua temperatura sarebbe troppo elevata, se fosse al posto di Marte, la sua
temperatura sarebbe troppo bassa;
c. la Terra possiede una certa dimensione da cui dipende la sua forza di gravità. Se fosse più
piccola, come Mercurio, non potrebbe trattenere l’atmosfera e la vita non sarebbe possibile.
Se fosse più grande, la sua forza di gravità più elevata tratterrebbe un’atmosfera più spessa
che potrebbe comunque essere compatibile con la vita, se le altre condizioni fossero
favorevoli;
d. la Terra ruota su se stessa a una velocità né troppo bassa, né troppo alta. Questo comporta
una variazione climatica non eccessivamente brusca;
e. la Terra presenta una temperatura media che permette la formazione dei composti organici,
cioè dei composti del carbonio che sono alla base della chimica dei viventi; inoltre, permette
all’acqua di mantenersi allo stato liquido;
f. la Terra presenta acqua allo stato liquido. Per capire l’importanza di questa caratteristica basti
pensare che tutti gli esseri viventi sono composti prevalentemente di acqua, con una
percentuale che varia dal 60% al 95% circa. Fino a oggi, in nessun altro corpo del Sistema
Solare è stata trovata acqua allo stato liquido (forse su Marte), mentre la sua presenza è
abbondante allo stato solido, cioè sotto forma di ghiaccio (come su Marte, su alcuni satelliti o
nelle comete), o allo stato di vapore (come nell’atmosfera di alcuni pianeti giganti). Ma
perché possa essere utile allo sviluppo di ogni forma di vita essa si deve trovare allo stato
liquido.
Gli aspetti appena elencati, combinati tra di loro, hanno reso il nostro pianeta ospitale alla vita. Le
premesse essenziali però, per l’insorgere della vita, sono riconducibili principalmente a due:
♦ la presenza del carbonio;
♦ l’acqua allo stato liquido.
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UNITÀ 1 - ASTRONOMIA
Lezione 3 – Il Sistema Solare
Approfondimento - Meteore e meteoriti
Quando il vento solare spazza via dalle comete polvere o
schegge, queste, passando vicino alla Terra, vi possono
cadere sopra per effetto della forza gravitazionale.
Attraversando l’atmosfera s’incendiano per il forte attrito
creando il fenomeno delle meteore o stelle cadenti, che è
particolarmente evidente in certi periodi dell’anno in cui
se ne contano anche più di cento per ogni ora.
La maggior parte delle meteore si disintegra
completamente
nell’atmosfera;
quando
qualche
frammento, di massa maggiore, raggiunge la superficie,
viene detto meteorite. Alcuni astronomi ritengono che i
meteoriti siano dovuti, più che a frammenti di comete, a
frammenti di asteroidi.
Fig. 1. Il cratere meteoritico di Canyon
A volte il meteorite può avere un peso e un impatto così Diablo, in Arizona, è la struttura da
impatto più studiata al mondo. Largo
rilevanti da riuscire a creare enormi crateri [fig. 1].
Vi sono meteoriti singoli e anche meteoriti riuniti a quasi 1600 metri, fu prodotto 50 000 anni
fa da un meteorite di circa 300 000
comporre veri e propri sciami.
Recentemente è stata ideata una scala per definire il tonnellate.
rischio di impatto di una cometa o di un asteroide con la superficie terrestre. La scala è denominata
Scala Torino, in onore dell’Osservatorio Astronomico di Torino dove per decenni si sono svolti
accurati studi in merito.
I criteri usati per la costruzione di tale scala sono:
♦ le dimensioni del corpo che potrebbe cadere;
♦ la probabilità che tale fatto possa verificarsi nei prossimi cento anni.
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Un eventuale impatto potrebbe causare eventi di tre tipi: locali, regionali e globali.
Nel primo caso, i “corpi cadenti” hanno un diametro inferiore a 100 metri, nel secondo caso
inferiore a 1 km, nel terzo caso superiore a 1 km.
Se l’evento ha una probabilità di accadere superiore all’1%, è necessaria un’attenzione particolare e
uno studio accurato per preparare eventuali azioni di difesa; se invece la probabilità dell’evento
supera il 99%, l’impatto si considera certo e necessita un intervento.
È opportuno sapere che la probabilità di un impatto con un corpo celeste, nei prossimi cento anni, è
di una su qualche milione.
La scala, che si divide in 10 classi di rischio, è stata studiata soprattutto per fornire un’idea
immediata su un’eventuale collisione, ma anche per evitare deformazioni di notizie, malintesi o
falsi allarmismi nell’opinione pubblica.
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