UNIVERSO, STELLE E
SISTEMA SOLARE
UNIVERSO
Con il termine Universo si
intende tutto ciò che ci
circonda: le galassie, le
stelle, i pianeti e tutti gli altri
oggetti che vediamo nel cielo
(insieme ad una enorme
quantità di altre cose che
non vediamo) fanno parte
dell’Universo.
Riducendo
il
discorso
all’essenziale possiamo dire
che l’Universo è composto da
due “ingredienti”: MATERIA e
ENERGIA.
Universo fotografato dal
Telescopio Spaziale Hubble
NASCITA DELL’UNIVERSO
La teoria più accreditata che cerca di spiegare la nascita
dell’Universo è la Teoria del Big Bang.
Secondo questa teoria l’Universo si sarebbe formato circa
14 miliardi di anni fa.
Tutta la massa e l’energia dell’Universo si trovavano
concentrate in un volume piccolissimo nel quale la materia
non esisteva sotto forma di atomi ma nei suoi componenti
più piccoli.
A causa delle altissime temperature (1500 Ml °C) il
volume ha cominciato ad espandersi velocemente. Nel giro
di pochi minuti la temperatura è scesa moltissimo (300 Ml
°C) e le particelle sub atomiche si sono unite formando gli
atomi degli elementi più leggeri: idrogeno ed elio.
NASCITA DELL’UNIVERSO
Sono stati necessari ancora 300.000 anni affinché questi atomi
diventassero stabili.
Secondo questa teoria l’Universo è in continua espansione.
NASCITA DELL’UNIVERSO
La Teoria del Big Bang, proposta nel 1948 dai fisici
Gamow, Alpher e Bethe, si basa sull’osservazione che le
galassie si stando allontanando tra loro, quindi “all’inizio”
tutto doveva essere concentrato in un punto.
Una prova a sostegno di questa teoria è data dalla
scoperta della RADIAZIONE COSMICA DI FONDO.
Questa radiazione, scoperta da due tecnici di una
compagnia telefonica, rappresenterebbe l’eco del big
bang, cioè quell’energia che da elevatissima (temperature
molto alte) – nei primi momenti dell’espansione – con il
tempo si è andata sempre più affievolendo e ora la
troviamo sotto forma di piccole onde a 3° K (kelvin), cioè a
circa -270°C di temperatura.
GALASSIE
La forza dell’esplosione ha spinto la materia sempre più lontano. Ma
ha questa forza ha cominciato a contrapporsi una seconda forza: la
forza di gravità.
Grazie alla sua azione la materia nell’Universo non è distribuita in
modo uniforme, ma organizzata in ammassi giganteschi: le Galassie.
Queste sono formate da miliardi di stelle e anche al loro interno la
materia non è uniformemente distribuita.
LE STELLE
Sono corpi celesti che brillano di luce propria costituite in gran
parte da Idrogeno ed Elio.
In generale le stelle sono caratterizzate da due fattori:
LUMINOSITÀ (cioè quanta luce emette, quanto la vediamo
brillante), ciò dipende dalla quantità di energia prodotta nel suo
nucleo.
Ma la luminosità di una stella, per noi che la guardiamo dalla
Terra, dipende anche da due fattori: la sua distanza da noi e la
sua grandezza.
COLORE Il colore di una stella dipende dalla sua
temperatura superficiale: i colori azzurro e bianco indicano
temperature superficiali molto elevate (20-30.000°C) mentre
colori come il giallo e il rosso indicano temperature superficiali
più basse (5-3.000°C).
LE COSTELLAZIONI
Quando le guardiamo, le stelle ci appaiono
tutte alla stessa distanza, poiché sembrano
proiettate su quella che chiamiamo volta
celeste, una sorta di schermo a forma di
cupola.
In verità le stelle sono molto distanti tra loro e
da noi, anche milioni di anni luce (a.l.).
Volta celeste
In Astronomia le distanze, che sono enormi, si misurano in:
• Anno luce, cioè la distanza percorsa da un raggio di luce in un anno.
Poiché la luce ha una velocità di circa 300.000 km/sec ne deriva che
1 a.l. equivale a 9.460.800.000.000 km (si legge: 9 trilioni, 460 miliardi, 800 milioni).
Proxima centauri, la stella più vicina alla Terra è distante 4 a.l.!
• Unità astronomica, cioè la distanza media Terra-Sole che vale circa 150 milioni di km.
E’ usata per distanze all’interno del sistema solare.
Esistono anche altre unità di misura ma a noi possono bastare queste.
LE COSTELLAZIONI
La forma delle costellazioni, quindi, dipende solo dal nostro punto di vista (dalla Terra);
da un altro pianeta non riusciremo a riconoscere nessuna delle costellazioni a noi note.
I popoli antichi, un po’ per poterle individuare meglio e un po’ per dare un significato a
tutti quei misteriosi punti luminosi, hanno raggruppato le stelle in costellazioni cioè in
figure particolari che rappresentavano dei o animali protagonisti di alcune storie della
mitologia greca.
A sinistra la costellazione di
Cassiopea come si vede in cielo, a
destra come la immaginavano gli
antichi popoli.
LE COSTELLAZIONI
A sinistra la
costellazione di
Orione come si vede
in cielo, a destra
come la
immaginavano gli
antichi popoli.
A sinistra Grande e Piccolo carro,
sopra come la immaginavano gli antichi
popoli.
LE COSTELLAZIONI
DIAGRAMMA H-R (Hertzsprung-Russel)
Sulla base della luminosità e della temperatura di una stella, è possibile costruire un
diagramma che evidenzia la distribuzione delle stelle rispetto a queste due grandezze.
Si può osservare che le stelle si dispongono in questo diagramma non in maniera casuale
ma in gruppi.
• Molte stelle si
dispongono lungo
quella linea tratteggiata
a forma di “s” detta
SEQUENZA
PRINCIPALE.
• Altre formano il
gruppo delle.
GIGANTI ROSSE
• Altre formano il
gruppo delle NANE
BIANCHE.
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
Il Diagramma H-R ci aiuta a capire che le stelle sono dei corpi
celesti in continua trasformazione, potremmo dire che nascono,
si trasformano (vivono) ed infine muoiono.
Vediamo in che modo nascono, vivono e muoiono le stelle.
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
Le stelle nascono da enormi nubi
di polveri e gas cosmico
soprattutto idrogeno (H)e elio
(He): le nebulose.
Il materiale che costituisce le
nebulose, sotto l’azione della
forza di attrazione gravitazionale,
tende a raggrupparsi in blocchi via
via sempre più grandi. Le
conseguenze di questo fenomeno
sono essenzialmente due:
Aumento di massa
a causa
della forza gravitazionale;
Aumento di temperatura a
causa dell’attrito tra particelle e
dell’norme pressione all’interno.
Nebulosa Testa di cavallo
Nebulosa Elica
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
Affinché questa massa di gas e polveri si trasformi in una stella
è necessario che sia talmente grande da portare la temperatura
del suo nucleo fino a qualche milione di gradi.
Se è troppo piccola non riesce a raggiungere la temperatura
sufficiente e sopravvive come qualcosa di non molto diverso dal
pianeta Giove.
La futura vita della stella dipende essenzialmente dalla sua
massa iniziale, più è grande alla nascita e più breve sarà la sua
esistenza:
Le più grandi vivono un centinaio di milioni di anni;
Le più piccole vivono più di 100 miliardi di anni.
.
IL MOTORE DELLE STELLE
Quando nel nucleo di una stella le temperature raggiungono milioni
di °C si innescano le reazioni di FUSIONE TERMONUCLEARE
cioè quattro nuclei di idrogeno (H) si fondono per formare un
nucleo di elio (He) ed energia che si libera.
IL MOTORE DELLE STELLE
L’energia che si origina
nel nucleo produce una
pressione che spinge
verso l’esterno. La forza
di gravità spinge verso
l’interno.
La
stella
raggiunge
l’equilibrio
quando le due forze si
equivalgono.
A questo punto la stella è
nata, è in equilibrio e
occuperà un posto nella
sequenza principale del
Diagramma H-R in base
alla sua luminosità e
temperatura superficiale.
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
La stella in queste condizioni vive un tempo variabile (che
dipende dalla sua massa iniziale), e comunque fin quando
dura il suo combustibile (H).
Quando tutto l’idrogeno si sarà trasformato in elio, verrà
meno una delle due forze che ne garantiscono l’equilibrio;
la stella a questo punto collassa su se stessa e la sua
“seconda vita” sarà determinata ancora una volta dalla
sua massa iniziale.
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
Il nostro Sole ad esempio, una volta esaurito l’idrogeno collasserà su sè
stesso, determinando però un nuovo aumento di temperatura e
l’innescarsi di nuove reazioni nucleari che porteranno alla formazione di
elementi più pesanti.
La sua forza di espansione,
dovuta alla fusione
nucleare, aumenterà di
nuovo e ciò determinerà un
aumento dell’involucro
stellare: il Sole si sarà
trasformato un una gigante
rossa (le sue dimensioni
saranno tali da lambire
l’orbita terrestre).
Esaurito anche questo
carburante la stella torna a
contrarsi trasformandosi un
una nana bianca ormai
fredda e non più brillante.
IL SISTEMA SOLARE
Il sistema solare è composto dal Sole e da tutti gli altri corpi celesti (pianeti,
comete, meteore e asteroidi) che gli girano intorno.
Il Sole costituisce il 99% della massa dell’intero sistema solare; la sua attrazione
gravitazionale è grandissima ed è per questo che tutti gli altri corpi celesti gli
gravitano intorno.
IL SOLE
Il Sole è una stella gialla di medie
dimensioni.
La sua distanza dalla Terra è di 150 Mil.
di Km.
Partendo dal suo interno possiamo
distinguere vari strati:
Nucleo: reazioni termonucleari (10 M.
di gradi);
Zona radiativa: il calore si propaga per
irraggiamento;
Zona convettiva: il calore si propaga
per movimento di materia (moti
convettivi);
Fotosfera: superficie visibile del Sole
(5-6000 °C; macchie solari);
Cromosfera (atmosfera): visibile solo
nelle eclissi solari (protuberanze);
Corona (atmosfera): visibile solo nelle
eclissi solari, costituita da particelle
ionizzate che formano il vento solare.
IL SISTEMA SOLARE
I pianeti del Sistema solare in base
alla loro posizione rispetto alla fascia
degli asteroidi che si trova tra Marte e
Giove, possono essere distinti in:
Pianeti interni o di tipo terrestre:
Mercurio, Venere, Terra e Marte.
Sono piccoli e solidi, possono avere o
non avere una atmosfera che
comunque è formata da elementi più
pesanti dell’idrogeno e dell’elio.
Pianeti esterni o di tipo gioviano:
Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
La grande massa (forza di gravità) e la
distanza dal Sole gli permettono di
avere una atmosfera densa composta
da elementi leggeri.
Plutone dal 2006 è stato retrocesso
al rango di pianeta nano.
Alcuni pianeti del Sistema solare
hanno 1 o molti satelliti che gli
ruotano intorno.
IL SISTEMA SOLARE
IL MOVIMENTO DEI PIANETI INTORNO AL
SOLE
I pianeti si muovono intorno al Sole e le loro orbite sono
descritte dalle tre leggi di Keplero e dalla legge di
gravitazione universale di Newton.
PRIMA LEGGE DI KEPLERO
I pianeti ruotano intorno al Sole seguendo orbite
ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei fuochi.
La conseguenza di questa legge è che i pianeti, nel loro moto
di rivoluzione, si trovano talvolta più vicini al Sole
(PERIELIO) talvolta più lontani (AFELIO).
SECONDA LEGGE DI KEPLERO
Il raggio vettore che unisce il Sole ad un pianeta
copre aree uguali in tempi uguali.
Questo significa che la velocità di rivoluzione dei pianeti non è
costante.
Infatti affinchè il raggio vettore possa spazzare un’area uguale a
parità di tempo, il pianeta deve muoversi più lentamente quando si
trova in afelio e più velocemente quando si trova in perielio.
TERZA LEGGE DI KEPLERO
I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono
proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal Sole.
Più semplicemente questa legge dice che quanto più un pianeta è lontano dal
Sole tanto più la sua velocità di rivoluzione è minore.
NEWTON E LA LEGGE DI
GRAVITAZIONE UNIVERSALE
Le leggi di Keplero ci aiutano a capire, in termini
matematici, come si muovono i pianeti intorno al Sole, ma
nulla ci dicono sul perché si mantengono in questa orbita,
rivoluzione dopo rivoluzione.
Newton fu il primo ad intuire l’esistenza di una forza di
attrazione (esercitata dal Sole, ma anche dai pianeti).
LEGGE DI GRAVITAZIONE
UNIVERSALE
Due corpi si attirano reciprocamente con una forza la cui
intensità è direttamente proporzionale al prodotto delle loro
masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro
distanza.
mM
F G 2
d
F = forza di attrazione gravitazionale;
G = costante di gravitazione universale;
m e M = masse dei corpi;
d = distanza dei corpi.
E’ questa forza, dovuta alla gravità, che tiene legati i pianeti al Sole e i satelliti
ai pianeti e fa descrivere a ciascuno la sua particolare orbita.
FINE
