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COMETE • ECLISSI • QUASAR • PLANETARI • PULSAR • GALASSIE A SPIRALE • NEBULOSE • ASTEROIDI • NANE BIANCHE
L’UNIVERSO
ESPERIMENTI E PROGETTI
AFFASCINANTI
PER SCOPRIRE I SEGRETI DELL’UNIVERSO
HEATHER COUPER
E
NIGEL HENBEST
STELLE BINARIE • METEORITI • RAZZI • GIGANTI ROSSE • TELESCOPI • SONDE SPAZIALI • AURORE • PIANETI
COME FUNZIONA
COME FUNZIONA
L’UNIVERSO
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PLUTONE E OLTRE
ESPERIMENTO
Pianeta doppio
Un pianeta e la sua luna orbitano intorno
al baricentro del sistema ( pag. 152).
Caronte, la maggiore luna di Plutone,
è dieci volte più leggera di Plutone, e il
baricentro del sistema costituito da questi
due corpi si trova all’esterno di Plutone.
Grazie a questo esperimento, riuscirete a
localizzare questo punto.
COSA OCCORRE
z plastilina z spiedino di legno z cannuccia z filo
Legate un po’ di filo all’estremità
della cannuccia. Questo sarà il
manico. Con lo spiedino, bucate l’altra
estremità della cannuccia. Inilate lo
spiedino in modo che la cannuccia lo
divida in due parti uguali.
1
Attaccate due palline di plastilina,
“Caronte” da 25 mm e “Plutone” da 50
mm di diametro, alle estremità dello spiedino.
Tenendo in mano il ilo, bilanciate le due
palline. Quindi spingetele leggermente, in
modo che orbitino intorno al baricentro
2
Pianeta X
Intorno al 1900, Urano e Nettuno sembravano
“uscire dalla rotta”, il che poteva essere causato
Orbita
dall'effetto gravitazionale di un Pianeta X situato
di
oltre l’orbita di Plutone. Attualmente, però Urano
Plutone
e Nettuno sono di nuovo in rotta, come se il
Pianeta X si fosse allontanato. Gli astronomi
ritengono che le misurazioni di Urano e Nettuno
effettuate intorno al 1900 fossero imprecise e che
il Pianeta X, in realtà, non esista. In effetti, molti
corpi sono stati trovati al di là di Plutone, ma
Orbita
di Nettuno
nessuno con dimensioni tali da poter disturbare
le orbite planetarie.
Disegnate due quadrati di 5 cm x 5 cm
di lato sulla carta velina. Su un quadrato
disegnate alcune stelline e una croce.
Nell'altro quadrato copiate, lo stesso disegno,
spostando però la posizione della crocetta su
un lato.
2
A questo punto, accendete le due torce e puntatele verso
i due quadrati di carta velina. Poi, guardate nella inestrella
di osservazione e fate in modo che le stelline che avete
disegnato siano perfettamente allineate. Quando tutto è a posto,
guardate ancora una volta attraverso la inestrella. Ora chiedete
al vostro amico di accendere e spegnere a intermittenza le torce
elettriche. Riuscite a percepire un movimento?
Probabile
orbita del
Pianeta X
Orbite dei
pianeti
interni
Orbita
di Urano
5
Regolando delicatamente
la posizione dei rettangoli
di plexiglas, sarà più facile
allineare le stelline
Chiedete a un adulto di coprire i bordi
dei rettangoli di plexiglas con nastro
adesivo spesso, per evitare di tagliarvi.
Quindi inilateli nelle fessure che avete fatto
nella scatola.
4
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IL SISTEMA SOLARE
Le sonde planetarie
La maggior parte delle informazioni sui
pianeti di cui disponiamo oggi sono state
acquisite grazie alle sonde automatiche.
Queste, dopo lunghissimi voli, sono entrate
in orbita e sono atterrate sui pianeti,
esplorandoli. Nonostante vengano progettate
per svolgere le attività più variate, le sonde
presentano delle caratteristiche comuni: per
esempio, una grande antenna parabolica
utilizzata per ricevere le istruzioni dalla Terra
e spedire indietro i dati e le immagini. Le
sonde possono essere alimentate a energia
solare o nucleare.
ESPERIMENTO
Come costruire un modello
della sonda Galileo
Seguite attentamente queste
istruzioni e potrete costruire un
modellino della sonda Galileo, inviata dalla
NASA in missione su Giove nel 1989. Questa sonda era
provvista di rivelatori, antenne, macchine fotograiche, alimentatori
di energia, unità di propulsione e di una Sonda Atmosferica che è
stata paracadutata nell’atmosfera di Giove nel 1995.
COSA OCCORRE
z cartoncino spesso
z spiedini di legno
z palline di polistirolo
z colla z forbici
z righello z compasso
z pennarelli con inchiostro
nero, argento e oro
z matita
Preparazione
Ricopiate sul
cartoncino le figure
mostrate a sinistra,
rispettando
attentamente le
misure indicate
accanto a ogni
disegno. Quindi,
ritagliatele con
cura.
Montaggio
Unire i diversi
pezzi, infilandoli
su di un "perno"
di legno lungo 250
mm, seguendo
l'ordine mostrato
dalla figura qui
sopra.
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LE SONDE PLANETARIE
Braccio di sostegno del
magnetometro che misura i
campi magnetici
Parabola di comunicazione.
È stata progettata per
inviare i messaggi sulla
Terra ma non è mai stata
utilizzata a causa di un
difetto di apertura
Schermo solare per
proteggere la Galileo dal
surriscaldamento durante il
passaggio vicino al Sole
Generatore nucleare
che fornisce l'energia
Braccio di sostegno del
generatore nucleare
Il corpo principale della
sonda Galileo ruota
lentamente
Antenna a bassa
ampliicazione per le
comunicazioni con la
Terra
Braccio di
sostegno
del secondo
generatore
nucleare
I motori per il
controllo dell’assetto
regolano la velocità
di rotazione e
l’orientamento
La piattaforma
di osservazione è
equipaggiata con
telecamere e altre
strumentazioni
Feritoie per la
dispersione del calore
prodotto all’interno
della sonda
Bussola stellare
per il controllo
dell’orientamento
tramite le stelle
I serbatoi di carburante/
ossidante contengono i
propellenti per i motori
A bordo della Galileo
La sonda Galileo
è equipaggiata con
sofisticate e complesse
strumentazioni, in grado
di raccogliere dati sulla
meteorologia, sull’atmosfera
e sui campi magnetici di
Giove. La Sonda Atmosferica
è stata paracadutata
nell’atmosfera di Giove e
ha inviato a Terra tutte le
informazioni raccolte per un’ora,
prima di essere distrutta dal clima
di questo inospitale corpo celeste.
La parte inferiore di Galileo non ruota
La Sonda
Atmosferica
si stacca per
scendere
nell’atmosfera di
Giove
Come montare il vostro modello di
sonda Galileo
Colorate, con i pennarelli nero, argento
e oro, tutti i pezzi che avete ritagliato
dal cartoncino. Quindi, piegateli come
mostrano le istruzioni. Montate poi i
componenti, seguendo l'ordine indicato
nel disegno a sinistra. Le fotografie da 1 a
6 (qui di seguito commentate) mostrano
come potete montare le sezioni più
complicate del modellino.
Piegate a metà i due
rettangoli (L) e incollatene
uno all’estremità di ciascun
braccio nero (G). Incollate
due pezzetti di piedini (J) a un
estremo di ogni braccio.
3
Antenna per le
comunicazioni
con la Sonda
Atmosferica
Piegate le linguette del
pezzo (H) e incollatele
ai bordi dei due ottagoni (l).
In questo modo, otterrete la
scatola che costituisce il corpo
principale della sonda.
4
1
Per costruire le sagome a
forma di disco ricurvo (B,
W e U), ritagliate, in ogni disco,
tre linee dall’estremità della
circonferenza ino al centro, poi
sovrapponete i bordi e incollateli.
2
Attaccate l’ultimo
ottagono (I) alla parte
inferiore della sezione motori
(M, N). Incollate i quattro
serbatoi (R) alla sezione come
mostra la igura.
6
5
Fate tre pieghe
orizzontali lungo i pezzi F
e G. Poi piegateli in modo da
ottenere delle forme triangolari.
Quindi, issateli, stendendo un
velo di colla sulle linguette.
Infine montate la Sonda
Atmosferica. Attaccate i
componenti U e V ai pezzetti
di spiedini di legno e inseriteli
nei pezzi T e S. Il cono W deve
essere issato sotto la sonda.
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IL SISTEMA SOLARE
Le comete
Le comete sono delle “palle di neve sporca”,
che hanno abbandonato la formazione del
Sole e dei pianeti circa 5 miliardi di anni fa.
Però, la gravità di una stella di passaggio può
far spostare le comete dalla loro posizione nella
Nube di Oort ( pag. 154) e nella Fascia di
Kuiper ( pag. 153). Allora, le comete “cadono”
all’interno del Sistema Solare, dove rimangono
intrappolate tra i pianeti. Una cometa trascorre
la maggior parte della sua esistenza allo stato
ghiacciato; tuttavia, man mano che si avvicina
al Sole, incomincia a consumarsi. Si ritiene
che le comete possano durare soltanto dai 500
ai 10.000 anni da quando vengono “catturate”
nel Sistema Solare. Infatti, a causa del calore
del Sole, la maggior parte delle comete inizia a
evaporare, sviluppando masse enormi di vapore
e lunghe code di gas luminosi. Le comete si
muovono più velocemente quando sono vicine
al Sole, dove la forza di gravità è più intensa.
Al contrario, nella parte più lontana delle loro
orbite, si muovono più lentamente.
Come scoprire e osservare le comete
Generalmente, le comete si
trovano a una notevole distanza
dal Sole quando vengono
scoperte, anche se sono ancora
poco luminose. Di solito, questi
corpi celesti vengono battezzati
con il nome del loro scopritore.
È più facile osservare le comete
quando si avvicinano al Sole,
perché la loro luminosità
aumenta mentre sviluppano
la chioma e, talvolta, la coda.
Il momento più indicato per
cercare le comete è a ovest dopo il tramonto e a est prima
dell’alba.
ESPERIMENTO
L’orbita di una cometa
La maggior parte delle comete ha un’orbita stretta e lunga che le
avvicina moltissimo al Sole, per poi allontanarle di nuovo. Nel
punto più lontano dal Sole della sua orbita, la cometa risente
molto debolmente della forza di gravità della nostra stella.
Mentre, quando la cometa è più vicina al centro del Sistema
Solare, viene sottoposta a un’attrazione molto più forte. Quindi,
deve spostarsi rapidamente per evitare di essere attratta verso il
Sole. Con questo esperimento, potrete osservare le variazioni di
velocità di una cometa lungo la sua orbita intorno al Sole.
SCOPERTE
COSA OCCORRE
Edmond Halley
Edmond Halley era un astronomo e un
isico e ha dato il suo nome alla cometa
più famosa di tutte. Nel 1705 aveva
annunciato che la cometa passata nel
1682 vicino alla Terra sarebbe ripassata
nel 1758. Aveva ragione e per questo
motivo la cometa venne chiamata Halley
in suo onore. Il passaggio più recente
della Cometa di Halley risale al 1986 e
il suo ritorno è previsto per il 2062. Però
questo passaggio avverrà lontano dalla
Terra e quindi,
per vederla
bene dal
nostro pianeta,
si dovrà
aspettare ino
al 2134.
z polistirolo cartonato
z cucchiaio z acquerelli
z pennello z biglie
Segnate la posizione del
Sole all’interno della parte
più stretta della curva. Inclinate
leggermente il cartoncino, in
modo che il Sole si trovi nella
parte in basso del foglio di
polistirolo. Utilizzate una biglia
come “cometa” e, partendo da un
punto a monte (in alto) rispetto al
Sole, fatela scivolare lentamente
lungo il solco. Si muoverà sempre
alla stessa velocità lungo tutto il
solco?
2
Tracciate un solco
nel foglio di polistirolo,
usando il manico del cucchiaio.
Questo solco deve avere la
forma di un’ellisse e sarà l’orbita
della vostra cometa.
1
Il Sole
La cometa
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LE COMETE
ESPERIMENTO
COSA OCCORRE
asciugacapelli z carta assorbente
La coda di una cometa zz pallina
da ping-pong z forbici
La coda di una cometa è sempre rivolta
nella direzione opposta a quella del Sole,
poiché viene respinta dalla forza del vento
solare, una corrente di particelle cariche,
che viaggiano ad alta velocità, liberate
dagli strati esterni del Sole. Per questo,
quando una cometa si allontana dal Sole,
sembra che vada all’indietro. Ecco come
costruire una “cometa” per studiare questo
effetto.
Ritagliate quindici
striscioline di carta
assorbente da 5 x 200 mm
ognuna. Allineatele sul tavolo,
una accanto all’altra, e issatele
tutte insieme, applicando il
nastro adesivo alle loro estremità.
1
z nastro adesivo z spiedino di legno
Fissate le estremità così
unite delle striscioline intorno
alla linea mediana della pallina da
Accendete l’asciugacapelli, per creare il “vento solare”,
ping-pong con il nastro adesivo.
e puntatelo verso la “cometa”. Chiedete a un compagno di
Inilate lo spiedino di legno nella
muovere la “cometa” intorno a voi mentre continuate a dirigerle
pallina, in modo che sia ad angolo
contro il vento solare. Le striscioline cambiano direzione?
retto con le striscioline.
2
3
ESPERIMENTO
Come studiare la cometa
Nel 1986, quando la sonda spaziale Giotto
fotografò il nucleo della cometa di Halley, si
scoprì che, sotto l’enorme chioma di vapore, il
nucleo ghiacciato della cometa è rivestito del
materiale più scuro del Sistema Solare; come
un gelato alla vaniglia ricoperto di cioccolato.
La sonda spaziale Rosetta è stata lanciata nel
2004 per atterrare realmente su una cometa.
La sua missione ha lo scopo di trivellare la
supericie scura del nucleo cometario, per
prelevare campioni da analizzare. Anche voi
potete fare la stessa cosa con una barretta di
gelato alla vaniglia ricoperta di cioccolato.
COSA OCCORRE
z ciotola trasparente
z acqua calda
z cannuccia
z barretta di gelato alla
vaniglia ricoperta
di cioccolato
Togliete il gelato dalla sua confezione
e lasciatelo a temperatura ambiente
per 15 minuti. Riempite una ciotola con
acqua calda e immergete un’estremità della
cannuccia nella ciotola per circa 5 minuti.
1
Ora forate il gelato con la cannuccia.
Inilatela nel gelato, ruotatela
lentamente e poi estraetela. Quindi
sofiate dall'altra estremità e prelevate il
“campione” da esaminare.
2
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IL SISTEMA SOLARE
Le stelle cadenti
Talvolta, in una bella serata, vi può capitare
di vedere qualcosa che assomiglia a una stella che
cade dal cielo. Questa “stella cadente”, o meteora,
in realtà non ha nulla a che fare con le stelle
lontane che brillano nel cielo. Si tratta di un
grumo di polvere proveniente dallo spazio esterno
che brucia nel momento in cui entra in contatto
con lo strato di atmosfera terrestre a circa 100 km
di altezza sopra le nostre teste. Queste particelle
di polvere - ciascuna della dimensione di un
granello di sabbia - sono state seminate dalle
comete più “vecchie”. In certi periodi dell’anno, la
Terra si imbatte in veri e propri sciami di polvere
di cometa e noi vediamo una pioggia di meteore
che sembrano provenire dallo stesso punto del
cielo e bruciano nel momento in cui attraversano
l’atmosfera. Molto raramente un pezzo di roccia
più grande penetra nella nostra atmosfera e, se
resiste alla sua infuocata discesa, arriva sulla
Terra sotto forma di meteorite.
PIOGGE DI METEORE
Nome
dello sciame
Quadranti
Liridi
Eta Aquaridi
Delta Aquaridi
Perseidi
Orionidi
Tauridi
Leonidi
Geminidi
Ursidi
Periodo di
massima attività
Numero massimo
di meteore all’ora
3-4 gennaio
22 aprile
5 maggio
31 luglio
12 agosto
21 ottobre
8 novembre
17 novembre
14 dicembre
22 dicembre
50
10
10
25
50
20
10
10
50
15
A caccia di stelle cadenti
Ecco all’orizzonte una stella cadente, una meteora, fotografata mentre precipita.
Le luci colorate sono aurore boreali, visibili in quanto la fotografia è stata
scattata in una regione nordica. Una stella cadente è visibile solo per una
frazione di secondo.
L’impatto di
un meteorite
La caduta verso la Terra
Una grande roccia o un blocco
di metallo proveniente dal
cosmo resiste al passaggio
attraverso l'atmosfera e cade
verso la Terra sotto forma di
meteorite. È incandescente
come una palla di fuoco, la sua
brillantezza può sfidare quella
della Luna, e può causare anche
un forte tuono.
L’impatto
La forza dell'impatto può essere
tale da spaccare il meteorite
non appena questo tocca la
superficie terrestre. Più dura
è la roccia o il metallo e più
aumentano le possibilità che il
meteorite rimanga integro.
L’onda d'urto
Le onde d'urto dell'impatto
si propagano fino a una certa
distanza dal meteorite stesso,
creando delle fratture nella
roccia sottostante il punto
d'impatto.
Da dove provengono i meteoriti?
I pezzi di roccia o di metallo che cadono sulla Terra provengono
dalla cintura degli asteroidi, una fascia costituita da milioni di
frammenti di detriti spaziali che si trova tra Marte e Giove. Questo
blocco di ferro cosmico è il più grande meteorite che si conosca:
pesa oltre 55 tonnellate. È caduto in epoca preistorica vicino a
Hoba, in Namibia (Africa).
L’esplosione
Infine il meteorite esplode,
creando un cratere e spargendo
i suoi detriti su un’ampia area.
Tracce del meteorite possono
essere ritrovate sul fondo del
cratere.
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LE STELLE CADENTI
Perché le meteore sono così calde
La Luce
Zodiacale
Quando uno sciame di polveri si imbatte nell'atmosfera
terrestre, le sue molecole urtano contro le molecole di
gas. Questo attrito trasforma l’energia di movimento in
una quantità tale di calore che le particelle di polvere
bruciano, e l’aria diventa incandescente. Questo
fenomeno produce la coda luminosa della meteora.
La polvere sparsa dalle
comete, che vediamo sotto
forma di stelle cadenti quando
incontra l’atmosfera terrestre,
è diffusa in tutto il Sistema
Solare. Potete vedere questa
gigantesca nube di polveri
in certi momenti dell’anno,
se vi trovate in un luogo
molto buio che non presenti
inquinamento luminoso (
pag. 30-31). In primavera
guardate a ovest dopo il
tramonto per cercare un
misterioso cono di luce con la
punta alta nel cielo. Questo
fenomeno viene chiamato
“luce zodiacale” ed è formato
dalle particelle di polvere
cosmica illuminate dal Sole.
Come dimostrare l’attrito
Potete dimostrare la forza
dell'attrito sfregando
velocemente, tra loro, i palmi
delle vostre mani. Sarete
in grado di sentire la forza
dell'attrito man mano che
questa cercherà di impedire
alle vostre mani di muoversi.
Contemporaneamente,
sentirete le mani riscaldarsi,
perché lo sfregamento
trasforma l'energia di
movimento in energia
termica, cioè in calore.
ESPERIMENTO
Perché le meteore si spandono
Le meteore di uno sciame viaggiano lungo percorsi
paralleli nello spazio esterno, però, quando bruciano
al contatto con l’atmosfera, sembrano spandersi a
partire da un punto nel cielo chiamato “radiante”.
Lo sciame prende il nome dalla costellazione in cui
risiede il suo radiante. In questo esperimento, gli
spaghetti in posizione verticale, paralleli l’uno all’altro,
ricostruiscono i percorsi seguiti dalle meteore
Stendete uno strato uniforme di
plastilina nel piatto. Inilzate un pugno
di spaghetti crudi al centro della plastilina
assicurandovi che non si rompano.
1
COSA OCCORRE
z spaghetti
z plastilina
z piatto
Controllate che ciascuno spaghetto
rimanga in posizione verticale nella
plastilina. Gli spaghetti rappresentano le
particelle di polvere presenti in uno sciame
di meteore che entrano nello strato di
atmosfera terrestre.
2
A questo punto guardate verso il
basso nel piatto. Dal vostro punto di
vista, sembrerà che tutti gli spaghetti si
allarghino a partire dal centro del piatto.
Nello stesso modo, appare una pioggia di
meteore.
3
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IL SOLE
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IL SOLE
Il SOLE
Troppo caldo da maneggiare
La nostra stella, il Sole, è una massa di gas rovente in
continua agitazione. Potenti campi magnetici generano
le macchie solari sulla sua supericie (fotograia sopra) e
i giganteschi archi lucenti, dette protuberanze, che movimentano la sua atmosfera (fotograia a sinistra).
Così grande che potrebbe
contenere un milione di pianeti
come la Terra, il Sole funziona
come un’enorme bomba
nucleare all’idrogeno che riversa
energia luminosa verso la sua
famiglia di pianeti. Il Sole
illumina e riscalda la Terra da 5
miliardi di anni e continuerà a
darci energia per altri 5 miliardi
di anni.
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IL SOLE
LA NOSTRA STELLA
Il Sole è un’enorme sfera di gas fiammeggiante, tanto grande da poter
contenere la Terra un milione di volte. La sua supericie brillante, molto più
calda di un altoforno, ci dà la luce del giorno e ci riscalda. Senza il calore del
Sole, la Terra si raffredderebbe ino a raggiungere la temperatura dello spazio
esterno: -270 °C.
Il cielo del passato
Le stelle sopra di noi,
generazione dopo
generazione, non
sono mai cambiate. A
Stonehenge, nel Regno
Unito, un antico anello
di pietre, disposte in
allineamento con il
solstizio (a pag. 155),
testimonia l'enorme
importanza che questi
eventi hanno sempre
avuto per l'umanità.
Ancora oggi molti
visitatori raggiungono
Stonehenge per vedere
sorgere il Sole di mezza
estate in corrispondenza
di un punto preciso di
questo impressionante
osservatorio di pietra.
Guardare la nostra
stella
Questa bizzarra
struttura è il telescopio
solare McMath e si
trova in Arizona,
negli Stati Uniti. Uno
specchio montato alla
sommità della torre
rilette la luce lungo il
tunnel ottico diagonale
lungo 152 metri. Sotto
terra, gli astronomi
studiano la grande
immagine del disco
solare che si focalizza su
uno schermo.
Per quanto ci possa sembrare
imponente, il Sole appare maestoso
soltanto perché, su
scala cosmica, è molto
vicino a noi. Anche
le altre stelle che si
vedono nel cielo di
notte sono come il
nostro Sole, ma sono
milioni di volte più
lontane. Deneb, nella
costellazione del Cigno,
è milioni di volte più
brillante del Sole,
mentre la debole Proxima Centauri,
la stella più vicina a noi dopo il
Sole, è migliaia di volte meno
luminosa. Se la Terra si trovasse in
orbita attorno a Deneb, verrebbe
bruciata completamente, mentre,
se il nostro Sole fosse Proxima
Centauri, saremmo tutti congelati.
Studiare il Sole
Studiando il Sole, gli astronomi
sperano di riuscire a capire il
meccanismo che permette alle stelle
di emettere luce: dopo tutto, il Sole
è l’unica stella che possiamo studiare
da vicino. Infatti, quasi tutte le altre
stelle appaiono, anche attraverso i
telescopi più potenti, soltanto come
puntini luminosi.
Gli astronomi però sono riusciti
a individuare la forma tondeggiante
di alcune delle stelle più grandi
e più vicine a noi. Comunque,
proprio la vicinanza del Sole lo
rende pericoloso. Infatti, la nostra
stella emette una tale quantità di
calore e di luce che, quando questa
arriva sulla Terra, può danneggiare
gli strumenti più sensibili. Ma,
soprattutto, può danneggiare gli
occhi e la pelle di noi uomini. Per
questo non si deve mai guardare
direttamente il Sole; il calore
che si concentra sul retro del
globo oculare potrebbe causare
molti danni alla retina. In
alcuni osservatori solari
professionali, una lente
o uno specchio mette
a fuoco un’immagine
ingrandita del Sole su di
uno schermo bianco. In
altri osservatori, invece,
il telescopio è dotato di
specchi speciali e di iltri
che riducono l’intensità della
luce del Sole di oltre un milione
di volte, così che sia possibile
fotografarlo senza rischi. Il metodo
più semplice per studiare il Sole a
casa vostra è quello di proiettare la
sua immagine su di uno schermo:
in questo modo può essere osservata
in tutta tranquillità. Potrete anche
notare quelle chiazze scure sulla sua
supericie brillante, conosciute come
“macchie solari”. Questo fenomeno è
causato dalle irregolarità del campo
magnetico del Sole. Nei punti in cui
il campo magnetico
iltra attraverso la
supericie della stella,
esso impedisce al
calore di risalire. Il
risultato è una zona
più fredda che appare
più scura rispetto al
resto della supericie.
Anche se gli astronomi
non riescono a vedere
macchie sulle altre
stelle, hanno buoni
motivi di ritenere che
anche molte delle stelle
più piccole e più fredde ne abbiano.
Infatti, la luce che proviene da
questi corpi celesti cambia in modo
regolare man mano che ruotano.
La spiegazione più probabile è che
queste stelle abbiano delle macchie
molto più ampie di quelle del Sole.
La stella più
vicina
Enormi
protuberanze rosa
contornano la
supericie color
arancio del
Sole. Il calore
e la luce di
questa stella
alimentano
tutte
le forme
di vita
sul nostro
pianeta.
La luce stellare, infatti,
diventa più debole ogni qual volta
la loro rotazione ci mostra una
macchia scura. Al di sopra delle
macchie solari, le linee di forza
dei campi magnetici si spingono
nell’atmosfera inferiore del Sole,
la cromosfera. Qui il magnetismo
cattura i gas e controlla il “clima”
del Sole. Allo stesso tempo, il
magnetismo provoca degli enormi
archi di gas luminescente, chiamati
“protuberanze”, che possono
diventare ino a cento volte più estese
della Terra. Quando due linee di
forza magnetiche si toccano, possono
entrare in corto circuito: l’esplosione
che ne risulta - un “brillamento”
solare - può essere potente come
milioni di bombe atomiche.
Le eclissi solari
Di tanto in tanto, la Luna si
viene a trovare davanti al Sole e
ne oscura la supericie, causando
un’eclisse. Questo fenomeno vela
l’atmosfera luminosa del Sole - la
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LA NOSTRA STELLA
Il campo magnetico solare
Il Sole non è solo una fonte di calore e
di luce, ma genera anche dei potenti
campi magnetici simili a quelli a cui
è sottoposta questa limatura di ferro.
Le variazioni che si producono
in questi campi magnetici danno
origine a gigantesche esplosioni
chiamate brillamenti solari.
corona - che si estende verso lo
spazio esterno. Nel XIX secolo gli
astronomi che studiavano l’atmosfera
del Sole avevano l'arduo compito
di raggiungere i luoghi più remoti
del nostro pianeta per trovarsi nel
posto giusto nel momento in cui si
veriicava un’eclisse. Alcune volte
riuscirono anche a fotografare lo
spettro della debole corona, che
mostrava delle insolite righe di
emissione splendenti ( pag. 153).
Alcune di queste erano causate da un
nuovo elemento: l’elio. Sulle prime
gli astronomi ritennero che le altre
fossero originate da un altro nuovo
elemento che chiamarono “coronio”.
Scoprirono poi che queste righe, in
realtà, scaturivano dai comuni atomi
di ferro riscaldati a temperature
superiori al milione di gradi. Questo
dimostrò che la corona è molto più
calda della supericie del Sole, che ha
una temperatura di 5500 °C. Oggi,
speciali telescopi (i coronograi)
possono mostrare l'atmosfera solare
in qualsiasi momento. Gli astronomi
sono, inoltre, in grado di ottenere
immagini della corona grazie ai
satelliti orbitanti intorno alla Terra
che raccolgono i raggi X provenienti
dai gas caldissimi della corona solare.
La supericie esterna della corona
ribolle incessantemente,
disperdendo nello spazio
un turbinio di gas che si
diffondono per tutto il
Sistema Solare. Quando
raggiunge la Terra, questo
vento solare dissemina alcune
particelle nella nostra atmosfera
che provocano emissioni di luce da
parte delle molecole dell’aria con
un’apoteosi di colori: le aurore polari.
Il numero delle macchie solari e
l’intensità del vento solare seguono
un ciclo di 11 anni. Quando il
magnetismo è al massimo della sua
intensità e la supericie è coperta
di macchie, la corona è brillante
più che mai, e il vento solare sofia
con la massima forza. Lo studio
approfondito di altre stelle, basato
sull’uso di telescopi speciali a terra e
di satelliti orbitanti intorno al nostro
pianeta, ha consentito agli astronomi
di registrare radiazioni molto simili
a quelle emesse dalla corona solare.
Queste radiazioni, probabilmente,
provengono dalla calda atmosfera
di stelle lontane. Nel corso di pochi
anni, queste radiazioni appaiono e
scompaiono, portandoci a concludere
che anche queste stelle presentano
un ciclo di attività magnetica simile
a quello del Sole.
L’interno del Sole
Gli astronomi sono riusciti a
calarsi ancora più in profondità
nei misteri del Sole, suddividendo
la sua luce in uno spettro di colori
simile all’arcobaleno. Ogni colore
corrisponde a una diversa lunghezza
d’onda di luce. L’osservazione dello
spettro della luce solare mostra delle
righe scure che attraversano la
banda colorata. Queste righe
sono prodotte da diversi
tipi di atomi, ognuno in
grado di assorbire la
luce a una lunghezza
d’onda speciica. Così,
senza avvicinarsi al
Sole, gli scienziati
possono capire di che
cosa è fatto. Il Sole è
costituito quasi interamente di
idrogeno ed elio, i due elementi più
leggeri. Queste sostanze sono le più
comuni nell’Universo, ma la Terra
ha perduto la maggior parte del
suo idrogeno e del suo elio, perché
questi gas leggeri sono fuggiti alla
gravità terrestre. Il nucleo del
Sole ha una temperatura di circa
14 milioni di gradi. È talmente
caldo che gli atomi di idrogeno
reagiscono tra loro come in una
bomba a idrogeno. Questa bomba
cosmica, però, non esplode tutta
in una volta, ma poco a poco, e
produce una costante emissione
di energia. Il Sole è caratterizzato
come tante altre stelle per il
suo sistema planetario. Ormai
conosciamo più di 300 sistemi
planetari extrasolari, anche se i
telescopi attuali non sono ancora
abbastanza potenti per mostrarli. Se
vivessimo su un pianeta in orbita
intorno alla vicina stella Proxima
Centauri, anche il pianeta più
grande del Sistema Solare - Giove –
si perderebbe nel bagliore del Sole.
E nessun telescopio, posizionato su
un pianeta di Proxima Centauri,
potrebbe mai sperare di identiicare
la nostra minuscola Terra.
Lo scopritore del Sole
Sir Norman Lockyer
(1836-1920) scoprì
l'elio nel 1868. Non
sulla Terra, bensì
nel Sole. Fu, infatti,
proprio lui a scoprire
delle righe sconosciute
nello spettro solare e
ad attribuirle a nuovo
elemento. Lo chiamò
"elio" dalla parola greca
helios che signiica
Sole. Lockyer studiò,
inoltre, le macchie e
le protuberanze solari,
svolse ricerche su
Stonehenge e fondò
la rivista scientiica
Nature.
L’eclisse di Sole
Questa sequenza
fotograica mostra
un'eclisse totale di
Sole. Per alcuni
minuti, nella fase
centrale de1l'eclisse,
la Luna copre il Sole
completamente,
rendendone visibile la
corona (al centro nella
fotograia). Questa
parte del Sole ha una
temperatura di un
milione di gradi, ma
non ha una luminosità
suficiente a renderla
visibile.
91
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IL SOLE
L’energia solare
L'unica grande fonte di energia sulla Terra che
non deriva dal Sole è l’energia nucleare. Tutto
il resto dell'energia che usiamo viene dal Sole.
Bruciamo combustibili fossili, come il carbone, il
petrolio e il gas per sprigionare l'energia che deriva
dal Sole immagazzinata in piante preistoriche per milioni di
anni. L’elettricità che usiamo proviene per la maggior parte
da turbine che sono alimentate da combustibili fossili. Anche
l’energia eolica e quella prodotta dalle maree dipendono
dai movimenti dell’atmosfera provocati dall’energia del
Sole che si riversa sulla Terra. Sebbene siamo coscienti che
dipendiamo dal Sole per il nostro fabbisogno energetico, e
che l'importanza del Sole sia enorme da tutti i punti di vista,
a volte è dificile rendersi conto di quali siano le sue inluenze
sulla vita di tutti i giorni. Queste due pagine vi daranno
un’idea di quanto il Sole sia davvero splendente e caldo.
Raggi solari fossilizzati
Quasi tutte le fonti di luce e di calore liberano energia solare nascosta per milioni di anni
sotto molti strati di roccia. Il carbone è composto da piante sotterrate che vivevano 350
milioni di anni fa. Queste piante crescevano grazie all’energia solare che consentiva loro
di assorbire l’anidride carbonica dall’atmosfera e di formare grazie a essa le cellule viventi.
Il petrolio e il gas naturale altro non sono che i resti di piante microscopiche, che hanno
usato l’energia del Sole per crescere, e dei microscopici animali che di queste piante
si sono nutriti. Queste cellule semplici si sono decomposte sottoterra e sono rimaste
inglobate nelle rocce, inché non sono stati scavati i pozzi per portare il petrolio e il gas in
supericie.
Il calore del Sole
Circa la metà dell’immensa energia
del Sole viene emessa sotto forma di
luce. L’altra metà, invece, viene liberata
sotto forma di calore, che possiamo
sentire facilmente nelle giornate calde.
Ogni metro quadrato della Terra
riceve dal Sole tanto calore quanto
quello che può produrre una stufetta
elettrica. Potete utilizzare una comune
lente d’ingrandimento per fare una
dimostrazione del calore Solare.
Non guardate mai direttamente
il Sole, perché la sua luce può
causare dei danni agli occhi.
È consigliata la
presenza di un adulto
per la realizzazione di
questo esperimento
COSA OCCORRE
z lente d'ingrandimento
z tavoletta di
cioccolato
z piatto
L’estrazione del gas e del petrolio
Il petrolio e il gas naturale si trovano generalmente
insieme, poiché entrambi sono stati prodotti da minuscoli
organismi marini ormai sepolti sotto strati di sedimenti.
La decomposizione li ha trasformati in gas e petrolio che si
sono accumulati nel sottosuolo.
Torre del
pozzo di
estrazione
del carbone
Pozzo di
estrazione
Filone di
carbone
ESPERIMENTO
Torri di pozzi dove
le trivelle vengono
affondate nel
terreno per estrarre i
combustibili
La calotta di
roccia non lascia
iltrare nulla
Filone di
carbone
Il gas naturale è
intrappolato sotto la
roccia
L’estrazione del carbone
Il carbone è formato dai resti fossili delle
piante che popolavano le paludi e le foreste
preistoriche e che sono rimaste sepolte sotto
molti strati di sedimenti. Questi resti si sono
poi decomposti e hanno formato il carbone.
Il petrolio si accumula
al di sotto dello strato
di gas naturale perché è
più pesante
Il gas e il petrolio
iltrano verso l’alto
attraverso gli strati di
roccia permeabile
La cioccolata calda
Prendete una lente d’ingrandimento, un piatto
e una tavoletta di cioccolato, e mettetevi dove
batte il Sole. Scartate la tavoletta di cioccolato e
appoggiatela nel piatto, poi prendete la lente di
ingrandimento e concentrate la luce solare sulla
tavoletta. Che cosa succede?
92
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L'ENERGIA SOLARE
ESPERIMENTO
Quanto è luminoso il Sole?
L’elettricità prodotta dal calore del Sole
Il Sole fornisce talmente tanta luce che è dificile
immaginare quanto sia brillante. Grazie a questo
esperimento, potrete farvi un’idea della sua luminosità
paragonandolo a un oggetto a voi familiare: una comune
lampadina. L’esperimento deve essere realizzato in una
bella giornata assolata in una stanza bene illuminata dai
raggi solari. È importante che il Sole illumini un piano di
lavoro dove sia possibile appoggiare una lampada da tavolo.
COSA OCCORRE
z righello
z compasso
z matita
z blocco per appunti
z cartoncino bianco
z lampada con
lampadina da 60 W
Questi enormi specchi si trovano nel deserto del Nuovo Messico (USA)
e servono a concentrare l’energia del Sole. Il calore che si ottiene genera
vapore che mette in azione le turbine per la produzione di elettricità.
Tracciate una riga in mezzo a un grande
foglio di cartoncino bianco. Chiamate una
metà “Sole” e l’altra “lampadina”.
1
Posizionate il cartoncino in modo che
la luce solare colpisca soltanto la metà
“Sole”. Illuminate la parte “lampadina” con la
lampada, disposta in modo che le due metà del
foglio siano ugualmente illuminate. Disegnate
un cerchio intorno alla luce della lampadina.
2
Tracciate un cerchio uguale nella
parte “Sole” del cartoncino. Il Sole
splende su di una porzione di foglio, della
grandezza del cerchio che avete tracciato,
con la potenza di una lampadina da 60 W.
3
Esponete questo lato
del cartoncino alla
luce del Sole
Mettete questa parte del
cartoncino in ombra e
illuminatela con la lampada
da tavolo
Disegnate altri cerchi uguali al primo,
per riempire completamente la parte
“Sole” del cartoncino. Sul vostro cartoncino
il Sole brilla con intensità pari al numero di
lampadine da 60 W uguale a quello dei cerchi.
4
Quante lampadine da 60 W?
Per calcolare la luce totale irradiata dal Sole,
seguite questo ragionamento:
1. Immaginate una sfera attorno al Sole che
arrivi ino alla Terra. Immaginate di tracciare
abbastanza cerchi da coprirla completamente;
questo è il numero di lampadine necessarie a
eguagliare la luce emessa dal Sole.
2. Misurate il raggio del vostro cerchio in
centimetri e moltiplicate questo numero per
se stesso (se è 2, calcolate 2 x 2 = 4). Ora
moltiplicate il numero ottenuto per 3,14 (il
cosiddetto “pi greco”). Il risultato di questa
moltiplicazione chiamatelo “A”: è l’area del
cerchio in centimetri quadrati.
3. L’area della sfera immaginaria è 2800 milioni
di milioni di milioni di milioni di centimetri
quadrati. Dividete questa cifra per “A” e
scoprirete quante lampadine da 60 W sarebbero
necessarie per eguagliare la luce del Sole.
93
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IL SOLE
La nostra stella in primo piano
Relativamente alle distanze cosmiche, il
Sole è proprio dietro l’angolo. Dopo il Sole,
infatti, la stella più vicina a noi si trova circa
270.000 volte più lontano. Ecco perché le
stelle, anche attraverso i telescopi più potenti, sembrano
solo dei puntini luminosi. Il disco solare, comunque,
con gli apparati ottici opportunamente schermati, può
essere osservato nei dettagli. Ciò che si vede non è una
supericie solida, come quella della Luna, ma soltanto
lo strato più esterno di una gigantesca massa gassosa. Il
Sole, infatti, è talmente caldo che su di esso nulla può
resistere allo stato liquido o solido. È possibile vedere,
sulla sua supericie, delle chiazze scure. Queste non sono
altro che zone meno calde della supericie, chiamate
“macchie solari”. Nell’arco di qualche giorno, ogni
macchia solare attraversa il disco solare, in conseguenza
della rotazione della nostra stella.
Un semplice proiettore solare
Per osservare il Sole occorre un proiettore solare.
Andate in una stanza dove batte il Sole e dotata
di tende pesanti alle inestre. Praticate un foro di
2 mm al centro di un foglio di cartoncino. Fissate
questo foglio alla inestra, in alto, e avvicinate le
tende. Mettete un cartoncino bianco davanti ai
raggi di luce, per formare un’immagine del Sole.
ESPERIMENTO
Proiettore di macchie solari
Il Sole ruota intorno al suo asse, portando con sé le macchie solari
COSA OCCORRE
sulla sua supericie. Osservando giorno per giorno le macchie solari,
z cartoncino
potrete calcolare quanto tempo impiega il
Non guardate mai
z penna
direttamente il Sole, perché
Sole per compiere una rotazione completa.
z forbici
la sua luce può causare dei
z nastro adesivo
Molte macchie solari sono visibili per
danni agli occhi.
z binocolo
parecchi giorni, ma poiché il Sole non
z carta velina
ruota come un corpo solido, le macchie
vicino all’equatore si muovono più
Il cartoncino copre
velocemente rispetto a quelle che si
una lente del binocolo
trovano presso i poli. Ecco come
potete realizzare un proiettore
che vi aiuterà a osservare molti
particolari della nostra stella.
Una lente del binocolo lascia
passare la luce che viene
focalizzata sullo schermo di
cartoncino
Ritagliate nel cartoncino un
foro circolare grande abbastanza
da far passare una delle due lenti
principali del binocolo. Con il nastro
adesivo, issate il binocolo al cartoncino, con
il foro in corrispondenza di una delle lenti.
Sollevate in verticale, rivolto verso il Sole, un
secondo foglio di cartoncino: lo schermo. Tenete
il binocolo a circa un metro dallo schermo, in
modo che la sua ombra cada su di esso. Inclinate
e ruotate lentamente il binocolo, inché la luce
lo attraversa e raggiunge lo schermo. Quindi,
azionate la messa a fuoco del binocolo, ino
a quando otterrete un’immagine chiara. A
questo punto, issate il vostro “proiettore solare” a
una sedia, per avere una maggiore stabilità.
1
94
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LA NOSTRA STELLA IN PRIMO PIANO
Altri modi di osservare il Sole
Se i vostri occhi potessero vedere i raggi X, invece della luce comune, il Sole avrebbe un aspetto
completamente diverso. Questa immagine, ottenuta grazie a un telescopio a raggi X, mostra
l’atmosfera solare brillante, mentre la supericie appare scura. Ciò è dovuto al fatto che la
supericie del Sole è molto più fredda rispetto alla sua atmosfera, che ha una temperatura di
milioni di gradi ed è quindi abbastanza calda da emettere raggi X. Le chiazze luminose che si
vedono si formano al di sopra delle macchie solari.
La scoperta delle macchie solari
Le macchie solari, come quelle nella foto, vennero scoperte nel
secondo secolo dopo Cristo dagli astronomi cinesi. Nel 189 d.C.
scrivevano che “il Sole era di colore arancio, caratterizzato da una
nuvola di vapore nero simile a una gazza dal dorso nero in volo”.
Fissate la carta
velina allo
schermo con il nastro
adesivo. Disegnate un
cerchio lungo il bordo
dell’immagine del Sole
e poi le macchie solari
che si vedono. Aspettate
qualche minuto e
vedrete il Sole spostarsi
lateralmente, man mano
che la Terra ruota.
Disegnate una freccia
che mostri la direzione
del movimento del Sole.
2
Misuriamo le macchie solari
Terra
Ripetete lo stesso
procedimento il
giorno seguente, o nella
prima giornata di sole, su
un altro foglio di carta
velina. Confrontate i due
tracciati, allineandoli
in modo che le frecce
indichino la stessa
direzione. Dovreste
riuscire a identiicare
le stesse macchie, ma
vedrete che, poiché il
Sole gira su stesso, si
saranno spostate.
3
In confronto al Sole, anche le macchie solari più
estese appaiono piuttosto piccole. Il Sole, però, è
immenso e fa sembrare insigniicante qualsiasi altro
oggetto del Sistema Solare. Dopo aver registrato
alcune macchie solari grazie al vostro proiettore,
confrontate le loro dimensioni con quelle della
Terra. Misurate il diametro del vostro Sole, che
avete disegnato sullo schermo. Quindi dividetelo
per cento e disegnate un cerchietto blu con questo
nuovo diametro vicino al Sole: questa, in scala, è
la Terra. Confrontate le dimensioni della macchia
solare più estesa con le dimensioni della Terra. Le
maggiori macchie solari osservate sono almeno
dieci volte più estese della Terra. Su altre stelle, le
“macchie stellari” possono essere tanto vaste da
ridurre la luminosità delle stelle cui appartengono.
95
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IL SOLE
La luce del Sole
Nel 1835 il filosofo francese Auguste
Comte fece un elenco dei problemi
che, a suo parere, sarebbero rimasti per
sempre un mistero per gli scienziati e, tra
questi, inserì anche la composizione delle
stelle. Trent’anni dopo, gli astronomi studiavano
già comunemente la composizione del Sole e delle
stelle, analizzandone la luce. Infatti, la luce irradiata
dal Sole e dalle stelle può essere scomposta da un
prisma che proietta un arcobaleno - uno spettro - in
cui ogni colore corrisponde a una luce con energia
diversa. Questo spettro, che è diverso per ogni stella,
ne rivela la temperatura e la composizione.
Le righe scure di Fraunhofer
Joseph Fraunhofer (1787-1826) realizzò le migliori
lenti telescopiche della sua epoca. Uno dei
problemi delle lenti è che non mettono a fuoco
la luce di diversi colori nello stesso punto, perciò
degli aloni colorati contornano anche l’immagine
più nitida. Nel corso dei suoi esperimenti, facendo
passare la luce attraverso prismi fatti con i suoi
vetri migliori, Fraunhofer vide che il familiare
arcobaleno era coperto di decine di righe scure.
Fraunhofer non scoprì l’origine delle righe.
Comunque, queste vengono chiamate con il suo
nome per ricordare il suo lavoro.
Non guardate mai
direttamente il Sole, perché
la sua luce può causare dei
danni agli occhi.
ESPERIMENTO
Realizzare uno spettro
La luce bianca del Sole può essere suddivisa nei colori
che la compongono - il suo spettro - in molti modi
diversi. La luce solare viene scomposta quando attraversa
un materiale trasparente, come l’acqua o il vetro, oppure
quando viene rilessa da una supericie dotata di righe
molto sottili. Pertanto, ci sono diversi sistemi per vedere
uno spettro: attraverso un righello di plastica, in un
arcobaleno, nella nebbiolina o nelle gocce di rugiada.
Questo esperimento ve ne farà scoprire un altro ancora.
COSA OCCORRE
Come si crea uno spettro
z torcia elettrica
L’arcobaleno subacqueo
Mettete un piccolo specchio inclinato in una ciotola trasparente piena
d’acqua. Usate della plastilina per issarlo in modo che mantenga la
sua posizione. Accendete la torcia elettrica e fate sì che la luce si riletta
sullo specchio. Quindi, regolate la direzione del vostro fascio di luce,
inché non vedrete apparire uno spettro di colori sul cartoncino bianco
che avete posizionato accanto alla ciotola.
z specchio z plastilina
La luce bianca viene deviata (rifratta) quando entra
z ciotola trasparente
in un prisma di vetro e poi deviata di nuovo quando
z acqua
ne esce. La lunghezza d’onda più corta della luce (il
z cartoncino bianco
violetto) viene rifratta più di tutte le altre, mentre la
tutte le lunghezze d’onda. Al contrario, gli atomi presenti in un
lunghezza d’onda più lunga (il rosso) viene rifratta
meno delle altre. La luce, quando emerge dal prisma, mostra gas rarefatto emettono o assorbono luce soltanto di poche, ben
il ventaglio di colori che la costituiscono. La luce bianca precise, lunghezze d’onda. Ogni tipo di atomo ha una diversa
disposizione degli elettroni che ruotano intorno al suo nucleo.
viene prodotta da oggetti caldi e solidi oppure molto
Quando un elettrone salta da un’orbita all’altra, aumenta o
densi, come le particelle di fuliggine presenti
perde una precisa quantità di energia. Se l’elettrone sottrae
nella iamma di una candela o il gas denso che
questa energia a un fascio di luce bianca, il risultato è una riga
si trova sulla supericie del Sole. Gli atomi
di assorbimento scura in corrispondenza della lunghezza d’onda
che si muovono rapidamente all’interno
relativa a questa energia. Quando l’elettrone ritorna alla sua
di
questi
corpi
caldi
generano
luce
di
Luce bianca
posizione originaria, emette luce in quella data lunghezza d’onda.
Prisma
Quando esce dal prisma
la luce si scompone nei
suoi colori
La luce viene deviata
quando entra nel
prisma
96
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LA LUCE DEL SOLE
Luce bianca pura
La luce emessa da un
oggetto solido e caldo
è formata da tutte le
lunghezze d’onda. Il suo
spettro è un “arcobaleno”
continuo che contiene
tutti i colori. Il denso
gas che si trova sulla
supericie del Sole emette
la stessa luce di un
corpo solido e caldo. Se
potessimo osservare la
luce del Sole sulla sua
supericie, produrrebbe
uno spettro continuo
come questo.
ESPERIMENTO
Produrre le righe
di Fraunhofer
Uno strumento chiamato spettroscopio
fornisce uno spettro molto particolareggiato,
nel quale è possibile vedere tutti i dettagli,
comprese le righe scure e chiare, che sono
delle vere e proprie “impronte digitali” degli
elementi. Ecco come potete realizzare uno
spettroscopio.
È consigliata la presenza di un adulto per la
realizzazione di questo esperimento
COSA OCCORRE
z lente d’ingrandimento z candela z fornello da
campeggio a gas z cucchiaino z sale da tavola
z forbici z nastro adesivo z prisma z cartoncino
z carta z polistirolo cartonato z fiammiferi
Luce solare
Lo spettro reale del Sole è
attraversato da centinaia
di righe scure, ma soltanto
le più evidenti vengono
mostrate in questa
immagine. Le righe sono
causate dagli atomi più
freddi che si trovano al
di sopra della supericie
solare e che assorbono
la luce di speciiche
lunghezze d’onda.
Confrontate queste righe
con lo spettro a destra:
il Sole contiene sodio o
idrogeno?
Luce di idrogeno
Gli atomi di idrogeno
assorbono la luce di
diverse lunghezze d’onda.
Le righe che ne risultano
hanno nomi speciali.
Nella regione rossa si
trova “H-alfa”, in quella
blu-verde “H-beta” e
in quella blu-violetta
“H-gamma” e “H-delta”.
All’inizio del XX secolo,
lo spettro dell’idrogeno
ha dato agli scienziati un
indizio per comprendere
come gli elettroni
orbitano negli atomi.
Luce di sodio
Quando la luce bianca
passa attraverso atomi di
sodio, questi assorbono
luce soltanto nella parte
gialla dello spettro. Uno
spettroscopio sensibile
mostra che questa riga
scura è in realtà doppia ed
è causata dagli elettroni
che saltano in due orbite
molto simili. Quando gli
atomi di sodio vengono
riscaldati, emettono una
forte luce gialla composta
da queste due lunghezze
d’onda.
Fate accendere da
un adulto la candela
e mettetela dietro alla
fessura. Poi mettete la
lente d’ingrandimento
davanti alla fessura
e usatela per mettere
a fuoco la luce sullo
schermo. Avvicinate la
lente d’ingrandimento
allo schermo, ino a
quando riuscite a vedere
un’immagine della
fessura. Muovete lo
schermo per “mettere a
fuoco” lo spettroscopio
e rendere l’immagine
nitida.
2
Tenete un prisma dietro
la lente d’ingrandimento e
giratelo per ottenere uno spettro
deinito sullo schermo. Ora,
mettetevi vicino allo spettro
e guardate sullo schermo nel
prisma, muovendo la testa da
un lato all’altro. Quanti colori
vedete?
3
Creare una nuova luce
Tagliate un rettangolo di 150 x 30
mm nel foglio di polistirolo. Quindi
copritelo con un foglio di carta, lasciando
però una fessura di 150 x 1 mm. Posizionate
a circa 50 cm di distanza uno schermo di
cartoncino, sul quale proietterete la luce.
1
Per vedere lo spettro del sale da cucina, usate lo
stesso procedimento appena descritto. Chiedete a
un adulto di posizionare un fornello da campeggio
al posto della candela e di mettere un pizzico
di sale sulla iamma, che prenderà un bel color
arancio-giallo. Ora guardate nel prisma. Quanti
colori vedete? Il Sole è composto di atomi di
odio e cloro; confrontate i colori con quelli dello
spettro del sodio mostrato nel disegno in alto.
97
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IL SOLE
Dentro il Sole
Cosa c’è dentro il Sole e che cosa
lo fa splendere? La risposta è stata
trovata negli Anni 30, quando
gli scienziati hanno scoperto le
reazioni che si veriicano tra i
nuclei degli atomi. I gas presenti nel nucleo
del Sole sono sottoposti alla pressione
degli strati sovrastanti, e di conseguenza si
surriscaldano; pensate che il centro del Sole
ha una temperatura di 14 milioni di gradi.
I nuclei di idrogeno si uniscono in un
processo chiamato “fusione nucleare”. Questo
processo emette una grande quantità di
energia, sotto forma di letali raggi X e gamma,
che impiega milioni di anni per arrivare
alla supericie attraverso i gas sovrastanti,
trasformandosi inine in luce e calore. Negli
strati superiori del Sole, l’energia circola in
correnti convettive, come i mulinelli d’acqua
in una pentola riscaldata. Dopo essere
arrivata alla supericie, l’energia impiega
soltanto 8,3 minuti a raggiungere la Terra.
Un Sole fatto di carbone?
Prima che gli astronomi scoprissero di che cosa fosse costituito
il Sole, vennero avanzate molte teorie su che cosa mai potesse
farlo brillare. Nel XIX secolo si ipotizzò persino che il Sole
fosse un’enorme massa di carbone in iamme; ma anche un
pezzo di carbone grande come il Sole sarebbe bruciato con una
relativa velocità. Alcuni pensavano che il Sole fosse un pianeta
ricoperto di vulcani in eruzione, come mostra la stampa qui
sotto. Gli astronomi hanno dovuto aspettare il XX secolo per
scoprire la verità.
ESPERIMENTO
Suonare come una campana
Gli astronomi non possono guardare ino nel nucleo
del Sole, ma ci sono molti modi per scoprire ciò che
avviene al suo interno. Uno di questi consiste nello
studiare come il Sole vibra: come una campana che
suona o come un bicchiere pieno di liquido? Mentre
un bicchiere vibra centinaia di volte al secondo,
il Sole è così grande che ogni vibrazione dura
circa cinque minuti. Il modo in cui vibra può
informare sulle condizioni che si veriicano
al suo interno, come la densità, la pressione
e la viscosità. Chiedete a un amico di
aiutarvi a dimostrare come diverse
sostanze in un bicchiere possono
produrre vibrazioni diverse.
Musica maestro!
Riempite 3 dei 4 bicchieri per
3/4 di acqua. Il quarto bicchiere
invece, riempitelo con la stessa
quantità di olio. Ora chiedete a
un amico di disporre i quattro
bicchieri a caso, mentre voi non
guardate. Quindi, chiedetegli
di colpire delicatamente ogni
bicchiere con il cucchiaio e
ascoltate con attenzione il
suono prodotto. Quale bicchiere
contiene l’olio? Perché ha un
suono così diverso?
Non guardate mai direttamente
il Sole, perché la sua luce può
causare dei danni agli occhi.
COSA OCCORRE
z quattro bicchieri identici
z cucchiaio • acqua
z olio da cucina
98
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DENTRO IL SOLE
Gli strati di Sole
Il Sole è composto da cinque
strati principali. La regione
centrale, il nucleo, è la zona
dove viene prodotta l’energia
sotto forma di raggi X e
gamma. Queste radiazioni
passano poi nella zona
radiativa, dove parte
della loro energia
viene persa. Nella
zona convettiva,
l’energia si sposta
in su e in giù al
di sotto della
supericie, poi passa
nella fotosfera e
si riversa nello
spazio esterno,
attraversando
l’atmosfera
inferiore del Sole, la
cromosfera.
La fotosfera è la
supericie visibile del
Sole
Nella zona
convettiva i gas
circolano in
giganteschi mulinelli
Nella zona
radiativa le
radiazioni che
provengono dal
nucleo perdono
energia
Nel nucleo le
reazioni nucleari
producono tutta
l’energia del Sole
Le macchie
solari (pag. 100)
appaiono sulla
supericie del Sole
ciclicamente
L’arco delle protuberanze
solari si estende da una
macchia all’altra
La cromosfera è
l’atmosfera inferiore
del Sole
Le correnti convettive
Il calore può trasmettersi per radiazione, convezione o
conduzione. Due di questi fenomeni si producono nel
Sole: radiazione vicino al nucleo e convezione verso la
supericie. La convezione è la trasmissione del calore
tramite correnti gassose o liquide e può essere osservata
mettendo del colorante nell’acqua calda.
Il colorante scivola verso le pareti del recipiente,
allontanandosi dal calore diretto, e ricade
nuovamente sul fondo
Come splende il Sole?
La fusione nucleare avviene quando le parti centrali, cioè i nuclei degli
atomi di idrogeno presenti nel Sole, si uniscono tra loro. Questa reazione
complessa trasforma quattro nuclei di idrogeno (protoni) in un singolo
nucleo di elio. Un nucleo di elio pesa il 99,3% del peso dei quattro nuclei di
idrogeno originari, quindi il restante 0,7% si trasforma in energia pura. Ogni
secondo, 4 milioni di tonnellate di Sole si trasformano in energia pura.
Viene
liberato un
positrone
Protoni
dell’idrogeno
Il movimento
del colorante
evidenzia
le correnti
convettive che
creano vortici
nell’acqua
Il colorante
sale con
l’acqua
calda
Elio-3
Deuterio
L’energia
viene emessa
sotto forma di
calore e luce
Neutrino
Protoni
dell’idrogeno
Elio-4
I protoni dell’idrogeno
possono innescare
nuove reazioni
Elio-3
Positrone
Protoni
dell’idrogeno
Protone
dell’idrogeno
Deuterio
Neutrino
Reazione a catena
I protoni dell’idrogeno si fondono per formare il deuterio, che si combina con altri
protoni ancora a formare l’elio-3, che - combinandosi con un altro elio-3 - dà l’elio-4.
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