Cognome ................................................................ Nome ............................................................................... LE CARATTERISTICHE DELLE STELLE STRUMENTI PER OSSERVARE IL CIELO I corpi celesti emettono, oltre a radiazioni luminose, altri tipi di segnali elettromagnetici che, analogamente alla luce, si propagano come onde, di diversa lunghezza, che fanno parte dello spettro elettromagnetico: raggi gamma, raggi X, raggi ultravioletti e infrarossi, onde radio. Gli scienziati che lavorano negli osservatori astronomici dispongono di vari dispositivi che permettono di raccogliere e concentrare la luce visibile e gli altri tipi di onde elettromagnetiche che giungono dallo spazio. Per le osservazioni in luce visibile si utilizzano due tipi di telescopi ottici, detti a rifrazione e a riflessione. I telescopi a rifrazione sono simili nel principio al cannocchiale di Galilei: consistono di due lenti convergenti, un obiettivo e un oculare, montate in un lungo tubo a distanza opportuna. I raggi luminosi sono raccolti dall’obiettivo e concentrati sull’oculare, che ingrandisce l’immagine ricevuta. I telescopi a riflessione sono muniti di uno specchio parabolico al fondo di un lungo tubo, che riflette i raggi luminosi concentrandoli su uno specchio piano inclinato (all’interno del tubo), che li invia a un oculare collocato al di fuori del tubo. È del tipo a riflessione il famoso telescopio spaziale Hubble, messo in orbita nel 1990, che ha fornito splendide immagini astronomiche non offuscate dall’atmosfera. Per rilevare le onde radio si impiegano i radiotelescopi, costituiti da grandi antenne paraboliche. Talvolta schiere di più radiotelescopi sono collegate tra di loro, in modo da funzionare come un unico grande ricevitore di onde radio. I radiotelescopi permettono di rilevare oggetti poco luminosi, nonché certe galassie che emettono onde radio (radiogalassie, al cui centro sono forse presenti buchi neri) e quasar. Per sondare gli altri tipi di radiazioni (raggi gamma, ultravioletti, infrarossi, ecc.) che sono in gran parte schermate dall’atmosfera terrestre, si utilizzano speciali apparecchi rivelatori montati su satelliti artificiali. DOMANDE Le stelle, come il sole, sono sfere di gas caldissime, formate per circa il 75% da idrogeno e per il 25% da elio. Date le loro diverse distanze, alcune stelle ci appaiono più luminose, altre si vedono appena. È sufficiente una semplice osservazione per notare che alcune stelle sono più luminose di altre. Lo splendore di una stella valutato a occhio nudo è detto luminosità apparente e dipende dalla distanza della stella da noi; il dato che però interessa gli astronomi è la quantità di luce realmente irraggiata da una stella, cioè la sua luminosità assoluta, che viene ricavata attraverso confronti e calcoli: questo dato permette infatti di stabilire quanta energia emette la stella (che dipende dalla sua massa e dalla sua temperatura superficiale) e questa informazione, combinata con altre, consente di calcolare in quale fase della sua vita si trova la stella; la luminosità apparente e quella assoluta coinciderebbero se potessimo osservare le stelle poste a una medesima distanza da noi. Per comprendere come la luminosità apparente dipenda dalla distanza basta immaginare di osservare, di notte, come le minuscole luci di posizione di un aereo, che si trova a pochi chilometri di altezza, appaiono più brillanti di molte gigantesche stelle che distano anni luce da noi. Un’altra caratteristiche importante delle stelle è il colore della loro luce, che viene rilevato con strumenti adatti (in certi casi può essere apprezzato con un semplice binocolo). Il colore di una stella dipende dalla temperatura della sua superficie e ci informa se una stella è più o meno calda. Le stelle meno calde (3000‐4000°C) appaiono di colore rosso e, per temperature crescenti, i colori sono: arancione, giallo (è il caso del Sole), bianco e azzurro. 1.
Cos’è la luminosità apparente? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 2.
Cos’è la luminosità assoluta? ................................................................................................................................................... 1.
Quali tipi di telescopi si utilizzano? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 3.
Da cosa dipende il colore di una stella? 2.
Qual è la differenza? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 4.
Il Sole di che colore è? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... LE COSTELLAZIONI Le posizioni delle stelle rimangono apparentemente invariate nel tempo. Osservando il cielo, gli antichi astronomi individuarono dei raggruppamenti di stelle che formano disegni geometrici o richiamano immagini mitologiche od oggetti della vita quotidiana: le costellazioni. Delle 88 costellazioni in cui ora è suddivisa per convenzione la volta celeste, le 12 costellazioni dello zodiaco sono le più note. Corrispondono ai mesi dell’anno per il fatto che il Sole, nel suo apparente moto annuale, sembra attraversare di volta in volta una di esse. Antiche superstizioni di origine egizia attribuiscono a queste costellazioni influenze astrali sulla vita dell’uomo. Fra le costellazioni meglio visibili ricordiamo l’Orsa maggiore o Grande carro e l’Orsa minore o Piccolo carro. Entrambe sono costituite da 7 stelle di cui 4 disposte a quadrilatero sarebbero le ruote del carro e le altre indicherebbero il timone. L’ultima stella del timone dell’Orsa minore è la stella polare. Le stelle di una costellazione possono anche trovarsi a distanze grandissime tra loro. IL CICLO DI VITA DELLE STELLE La vita di una stella inizia, come abbiamo visto con il Sole, quando si condensano ammassi di polveri e gas molto rarefatti sparsi nello spazio: le nebulose. Le particelle di materia gradualmente si attraggono, finché inizia a formarsi un nucleo centrale, in cui la materia condensata attira a sé sempre nuove particelle. A un certo punto la forza di attrazione gravitazionale tra l particelle diventa così grande da farle “collassare”, cioè precipitare insieme verso il centro di gravità. Nel corso di migliaia di anni la parte centrale si ingrossa e contemporaneamente va aumentando la temperatura: si forma una protostella. Quando la temperatura raggiunge un certo valore, si innescano le reazioni di fusione termonucleare. Quando l’energia prodotta dalle reazioni nucleari, che tende a fare espandere la stella, viene bilanciata dalla forza di gravità, che tende a farla contrarre, la stella entra in una fase di “equilibrio”, che può durare miliardi di anni. La stella appare gialla, come il Sole, che si trova in questa fase da circa 5 miliardi di anni e può essere considerato una stella di “mezza età”. Prima o poi il combustibile nucleare, cioè l’idrogeno, si esaurisce, essendosi trasformato in elio. La stella entra in una fase di declino: la fusione dell’idrogeno cessa, la stella si contrae e si innescano nuove reazioni di fusione nucleare, in cui è l’elio che fa da “combustibile”; a questo punto l o strato esterno gassoso della stella si espande, la stella si raffredda e diventa rosseggiante. Se una stella ha un a massa simile a quella del Sole si forma una gigante rossa, che perde a poco a poco gli strati esterni, che si disperdono come nebulosa planetaria, lasciando “nudo” il nucleo; questo si trasforma in una nana bianca, grande quanto la nostra Terra, molto densa ma poco luminosa, in lento e progressivo raffreddamento: alla fine, la nana bianca si spegne, diventando una nana nera, che è una stella “morta”. Se la stella è di alcune volte più grande del Sole, si trasforma in una supergigante rossa, la quale può rapidamente collassare su se stessa con l’esplosione degli strati più esterni. La violenta deflagrazione distrugge il corpo celeste, proiettando nello spazio circostante un’enorme quantità di materia. Nel corso di questa esplosione la luminosità della stella può aumentare fino a 100 milioni di volte. È per questo che nella volta celeste compare a volte un punto luminoso simile a una nuova stella, chiamato supernova. In realtà è un astro che sta morendo. Dal materiale disseminato nello spazio, arricchito di elementi chimici, possono formarsi altre nebulose, da cui si origineranno altre stelle, in un processo di “riciclaggio cosmico”; una di queste stelle, chiamate di “seconda generazione”, è proprio il Sole. Talvolta il nucleo di una supernova sopravvive all’esplosione e può dare origine a una stella di neutroni o a un buco nero. Una stella di neutroni è così chiamata perché risulta formata da neutroni fortemente “pigiati” insieme in una sfera di circa 10 km; essa pesa poco più del Sole, pur essendo piccolissima. Le stelle di neutroni talvolta ruotano velocemente su se stesse, emettendo rapidi impulsi intermittenti di onde radio che si diffondono come i lampi di un faro. Questi segnali, simili a “pulsazioni”, hanno suggerito per queste stelle il nome di pulsare. Se il nucleo della supernova ha una massa abbastanza grande, può contrarsi fino a diventare incredibilmente piccolo e densissimo, in gradi di esercitare una forza di gravità talmente elevata che non solo attrae tutto ciò che gli passa vicino, ma non lascia sfuggire neppure un raggio di luce: per questo viene chiamato buco nero, cioè un “buco” nello spazio in cui scompare qualsiasi cosa vi cada dentro , anche la luce. RISPONDI SUL QUADERNO 1.
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Quante costellazioni ci sono? Quante sono le più note? Dove si trova la stella polare? Cos’è una nana bianca? Cos’è una pulsar? Cos’è una gigante rossa?
