Lezione del 10 febbraio 2017

Uno sguardo al cielo profondo
fuori dalla nostra galassia
Luisa Spairani
10 Febbraio 2017
Gruppo Astrofili Eporediesi (GAE)
http://www.ivreastrofili.it
L'osservazione del nostro universo
Sebbene il concetto moderno di Universo e il suo studio siano stati
introdotti dai Greci, i cambiamenti che avvengono in cielo (moto diurno e
annuale del Sole, fasi lunari etc) furono notati già in epoca preistorica e
risalgono a circa 30000 anni fa le prime registazioni sistematiche
dell’alternarsi delle fasi lunari.
Secondo Cassini (1625-1712) “.. non fu solo la curiosità, che trasportò gli
uomini ad applicarsi alle osservazioni astronomiche; si può dire che vi
furono costretti dalla necessità. Perché se non si osservano le stagioni,
che si distinguono dal moto del Sole, è impossibile di riuscire
nell’Agricoltura”.
Saper quantificare il tempo è stata sempre una necessità primaria
dell’uomo. Il famoso sito megalitico di Stonehenge (2500 AC), serviva
anche a questo. L’allinementi delle pietre segnano i punti in cui sorge e
tramonta il Sole nei solstizi.
L'osservazione del nostro universo
6000 anni fa i babilonesi costruivano già enormi piramidi “ziggurat” per
osservare il cielo. Per loro il cielo era una volta solida le cui fondamenta
poggiano sul vasto oceano “l’abisso” (apsu), che sostiene anche la Terra.
Già 4000 anni fa ad Ur viene registrata la prima eclissi di Luna della storia.
Dal 1300 a. C., e per più di 2600 anni i Cinesi hanno registato circa 900
eclissi di Luna e 600 eclissi di Sole.
Intorno al 700 a. C. I Babilonesi sapevano prevedere le eclissi di Luna ed
Esiodo nel suo libro “Le opere e i giorni”, espone le principali nozioni di
astronomia pratica utili alla navigazione e all’Agricoltura.
L'osservazione del nostro universo
Nel VI secolo a.C iniziano, con la scuola di Mileto (Talete, Anassimene e
Anassimandro), le prime riflessioni sull’Universo.
Talete:
• La Terra è rotonda
• La Luna è illuminata dal Sole
• Predizione dell’eclissi di Sole del 585 a. C.
Pitagora e la sua scuola (VI sec a.C)
• Sfericità di Terra, Sole, Luna
• Rotazione Terrestre
• Moto di rivoluzione di Venere e Mercurio
L'osservazione del nostro universo
Eudosso di Cnido (408-355 a.C.) fu il primo a elaborare matematicamente
un sistema del mondo in cui gli astri sono distribuiti su 27 sfere ideali.
L'osservazione del nostro universo
Aristarco di Samo (IV-III sec a.
C)
• Sistema Eliocentrico – Moto
di rotazione della Terra
• Prime misure di dimensioni e
distanze di Sole e Luna
Eratostene
• Misura della lunghezza del
meridiano Terrestre
L'osservazione del nostro universo
Ipparco di Nicea (185 - 125 a.C.) diede un contributo fondamentale
all’Astronomia:
•Scoprì le irregolarità del moto della Luna
•L'eccentricità dell'orbita solare e la variabilità della durata delle stagioni
che correttamente attribuì a variazioni della distanza della Terra dal Sole.
•Calcolò anche la distanza dalla Terra alla Luna, ottenendo un risultato
molto vicino al vero mentre una misura analoga per il Sole gli diede un
valore molto più incerto.
•Compilò un catalogo di oltre 800 stelle, che ripartì in sei classi di
grandezza apparenti (magnitudine), e dedusse l'esistenza del fenomeno
della precessione.
•Rappresentò i moti del Sole e della Luna e si avvalse della teoria degli
epicicli che costituì la base per il sistema tolemaico.
L'osservazione del nostro universo
Claudio Tolomeo (100 -170 d.C.) visse ad
Alessandria d'Egitto.La sua principale opera
fu l’Almagesto che fu per secoli il testo
fondamentale dell’astronomia.
L’universo tolemaico è finito, sferico e
geocentrico: il sole, la luna e i cinque pianeti
(Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno)
ruotano attorno alla Terra compiendo
un’orbita circolare verso occidente facendo
ogni giorno un giro. Dopo Saturno c’è la
Sfera delle stelle fisse. I pianeti, oltre a
compiere un movimento di rivoluzione
intorno alla Terra, ruotano anche intorno ad
un punto, l’epiciclo, in modo che la somma
del movimento dell’epiciclo con il moto di
rivoluzione danno al pianeta un movimento
a forma di spirale.
L'osservazione del nostro universo
Copernico Niccolò (Thor 1473Frauenburg, odierna Fronbork,
1543), è noto per la teoria
astronomica detta "teoria
eliocentrica" o "teoria eliostatica",
in base alla quale il sole è immobile
al centro dell’universo e la terra,
ruotando quotidianamente sul suo
asse, gira nell’arco dell’anno intorno
al sole .
L'osservazione del nostro universo
L’Astronomia moderna studia l’Universo e il suo contenuto di materia ed
energia a partire dalle particelle elementari (m = 10-30 kg) fino ai
superammassi di galassie (m = 1050 kg)
I corpi celesti oggetto dello studio sono:
•I corpi del Sistema Solare
•Il Sole e le Stelle
•Il Mezzo Interstellare (ISM)
•Gli Ammassi Stellari
•La Galassia (Via Lattea) e le Galassie
•Gli ammassi e i superammassi di Galassie
•I quasar
•L’Universo (Cosmologia)
L'osservazione del nostro universo
I Corpi del Sistema Solare
L'osservazione del nostro universo
Le Stelle
L'osservazione del nostro universo
Le Protostelle
L'osservazione del nostro universo
Le Nebulose Planetarie
L'osservazione del nostro universo
Supernovae
L'osservazione del nostro universo
Stelle di Neutroni
CRAB NEBULA
L'osservazione del nostro universo
Buchi Neri
L'osservazione del nostro universo
Ammassi Aperti
L'osservazione del nostro universo
Ammassi Globulari
L'osservazione del nostro universo
Mezzo Interstellare
L'osservazione del nostro universo
La Via Lattea
L'osservazione del nostro universo
Le Galassie
L'osservazione del nostro universo
Gli Ammassi di Galassie
L'osservazione del nostro universo
Tutti questi oggetti possono essere studiati da diverse angolazioni:
•L’ASTRONOMIA SFERICA studia i sistemi di riferimento delle coordinate
con cui si esprime la posizione di un oggetto sulla volta celeste.
•La MECCANICA CELESTE studia i movimenti dei corpi celesti, siano essi
pianeti, sistemi stellari o galassie.
•L’ASTROFISICA studia i corpi celesti con i metodi della Fisica Moderna,
cioè cerca di scoprire la composizione chimica e le condizioni fisiche
(densità, temperatura ecc.) dei corpi celesti. Affrontantando anche i
problemi relativi alla loro origine, evoluzione e fine.
L'osservazione del nostro universo
I Nuclei Galattici Attivi
L'osservazione del nostro universo
Cataloghi
Astronomici
Internet
e
A partire da Ipparco,
la catalogazione degli
oggetti
celesti
ha
sempre
avuto
notevole importanza.
Gli Ordini di
Grandezza
L'osservazione del nostro universo
Circa il 95% delle informazioni che noi riceviamo dagli oggetti
celesti vengono ricavate dalla misura della loro radiazione.
E = Eo sin(kx-wt)
B = Bo sin(kx-wt)
k=2p/l [rad/m]
w=2pn [rad/s]
Le onde elettromagnetiche, secondo la teoria di Maxwell, sono fenomeni
oscillatori, generalmente di tipo sinusoidale, dovute alla variazione
periodica nel tempo del campo elettrico e del campo magnetico.
L'osservazione del nostro universo
La caratteristica fondamentale che distingue i
vari campi elettromagnetici e ne determina le
proprietà è la
FREQUENZA, che rappresenta il numero di
oscillazioni effettuate dall’onda in un secondo
(unità di tempo). La frequenza si misura in
Hertz (Hz).
Strettamente connessa con la frequenza è la
LUNGHEZZA D’ONDA, che è la distanza
percorsa dall’onda durante un tempo di
oscillazione e corrisponde alla distanza tra due
massimi o due minimi dell’onda.
Queste due grandezze, oltre ad essere tra loro
legate, sono a loro volta connesse con
l’ENERGIA trasportata dall’onda: l’energia
associata alla radiazione elettromagnetica è
infatti direttamente proporzionale alla
frequenza dell’onda stessa.
Relazione frequenza lunghezza d’onda n = c/l .
Energia del fotoni: E = h×n, h = 6.63 × 10-34 J·sec
L'osservazione del nostro universo
Lo spettro elettromagnetico
L'osservazione del nostro universo
Le regioni dello spettro elettromagnetico
Regione
dello spettro
Lunghezza d'onda
(Angstroms)
Lunghezza d'onda
(centimetri)
Frequenza
(Hz)
Energia
(eV)
Radio
> 109
> 10
< 3 x 109
< 10-5
Microonde
109 - 106
10 - 0.01
3 x 109 - 3 x 1012
10-5 - 0.01
Infrarosso
106 - 7000
0.01 - 7 x 10-5
3 x 1012 - 4.3 x 1014
0.01 - 2
Visibile
7000 - 4000
7 x 10-5 - 4 x 10-5
4.3 x 1014 - 7.5 x 1014
2-3
Ultravioletto
4000 - 10
4 x 10-5 - 10-7
7.5 x 1014 - 3 x 1017
3 - 103
Raggi X
10 - 0.1
10-7 - 10-9
3 x 1017 - 3 x 1019
103 - 105
Raggi Gamma
< 0.1
< 10-9
> 3 x 1019
> 105
E=4.135 10-15 n [eV]
L'osservazione del nostro universo
colore
l (Å)
n (*1014 Hz)
Energia (*10-19 J)
violetto
4000
4600
7.5
6.5
5.0
4.3
indaco
4600
4750
6.5
6.3
4.3
4.2
blu
4750
4900
6.3
6.1
4.2
4.1
verde
4900
5650
6.1
5.3
4.1
3.5
giallo
5650
5750
5.3
5.2
3.5
3.45
arancione
5750
6000
5.2
5.0
3.45
3.3
rosso
6000
8000
5.0
3.7
3.3
2.5
L'osservazione del nostro universo
L’osservazione
dei corpi celesti comporta lo studio di tre grandezze fondamentali legate
alla radiazione elettromagnetica:
• DIREZIONE di arrivo della radiazione.
(posizione dell’oggetto nello spazio)
• INTENSITA’ del segnale ricevuto.
(flusso di energia della radiazione (W/m2))
• DISTRIBUZIONE SPETTRALE della radiazione.
Immergiamoci
Citizen Science
“L’unico vero viaggio verso la scoperta non consiste nella ricerca
di nuovi paesaggi, ma nell’avere nuovi occhi”
Marcel Proust, Alla ricerca del tempo perduto
• https://einsteinathome.org/it-it/home
• http://www.cosmologyathome.org/
• https://www.galaxyzoo.org/
• https://www.zooniverse.org/projects/povich/milky-wayproject
• https://www.planetfour.org
Grazie dell ‘attenzione!