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V LICEO Prof. Barberis La mia idea è che allorigine e nella storia dellUniverso si manifesti un grande disegno. Noi non siamo semplici creature del caso.

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1 V LICEO Prof. Barberis La mia idea è che allorigine e nella storia dellUniverso si manifesti un grande disegno. Noi non siamo semplici creature del caso e della necessità, ma partecipiamo in un ruolo centrale al grande dramma cosmico. Sir John Eccles Da Il mistero uomo

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3 FINE

4 Non si può stare di fronte ad un cielo stellato senza provare stupore, meraviglia ed interesse Anche per questa ragione da sempre gli uomini di scienza hanno cercato di sondare e studiare il cielo, uno scenario che ogni notte ritorna senza apparenti modifiche con una ciclicità regolare e prevedibile

5 Cè anche un aspetto pratico Per questa ragione lastronomia, la scienza che studia i corpi celesti ha origini antiche (India III millennio a.C., Cina e Mesopotamia I millennio a.C.) orientamento orientamento andamento stagioni – tempi di lavoro agricoli andamento stagioni – tempi di lavoro agricoli misura del tempo misura del tempo

6 ( posizione e previsione movimenti degli astri ) mondo antico ( NO strumenti ; NO idea di ricercare cause fisiche ) mondo antico ( NO strumenti ; NO idea di ricercare cause fisiche ) XVI SECOLO Keplero, Galileo e Newton ASTROFISICA ( applica le leggi fisiche allo studio dei corpi celesti ) COSMOLOGIA ( origine ed evoluzione dellUniverso ) COSMOGONIA ( origine ed evoluzione di galassie, sistemi planetari … dellattuale Universo )

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8 Terra al centro dellUniverso natura diversa dagli altri corpi celesti ( eterni e immutabili ) natura diversa dagli altri corpi celesti ( eterni e immutabili ) origine ed evoluzione dellUniverso ( nella composizione e nelle dimensioni ) origine ed evoluzione dellUniverso ( nella composizione e nelle dimensioni ) stelle ( fatte di materia, nascono, evolvono e si spengono ) stelle ( fatte di materia, nascono, evolvono e si spengono ) Terra ( le sue particolari caratteristiche dipendono dal luogo, dal modo e dal tempo in cui si è formata ) Terra ( le sue particolari caratteristiche dipendono dal luogo, dal modo e dal tempo in cui si è formata )

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10 Insieme dei corpi in movimento che risentono in modo apprezzabile dellattrazione gravitazionale F = G m1* m2 r 2

11 Stella che produce autonomamente luce e altre radiazioni elettromagnetiche INTORNO si muovono 9 pianeti : corpi opachi, freddi, traiettorie ellittiche intorno al sole e ruotano su loro stessi ( rotazione e rivoluzione ) Distanza media km corpo solido – rigido approssimativamente sferico e piccolo se confrontato con il sole approssimativamente sferico e piccolo se confrontato con il sole diametro km diametro km

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13 Satellite della Terra Corpi opachi di dimensioni variabili legati per attraz. gravitaz. ad un pianeta attorno a cui rivoluzionano Le STELLE, pur essendo distanti tra loro, risentono dellattrazione gravitazionale delle stelle circostanti; per questo non sono isolate ma aggrappate in sistemi detti GALASSIE. Nelle galassie, le stelle si muovono compiendo una lenta rivoluzione intorno al centro della galassia

14 IL SOLE APPARTIENE ALLA VIA LATTEA La Via Lattea contiene centinaia di miliardi di stelle Ha una forma a spirale con un diametro di 1 miliardo di miliardo di miliardi di km ( diametro di anni luce ) IL SISTEMA SOLARE SI TROVA IN UNA POSIZIONE ABBASTANZA PERIFERICA E SI MUOVE INTORNO AL CENTRO DELLA GALASSIA COMPIENDO UNA RIVOLUZIONE IN 225 MILIONI DI ANNI

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17 Appaiono come deboli chiazze luminose ( galassie satelliti della Via Lattea )

18 Gruppi di galassie trattenuti da una forza di attrazione gravitazionale AMMASSO DELLA VERGINE 60 milioni di anni luce da noi ; 60 milioni di anni luce da noi ; Circa 2000 galassie Circa 2000 galassie In tre dimensioni risulta essere distribuito in un raggio di oltre 30 milioni di anni luce

19 Particolare delle galassie più lontane che finora sono state osservate

20 Materia interstellare : lo spazio tra gli astri appare vuoto, anche se è costituito da un gas di particelle molto rarefatte o da polveri Nebulose : zone più opache e dense rispetto allo spazio circostante in cui si stanno formando nuove stelle

21 Nebulosa di Orione

22 Se noi pensassimo di considerare tutte le stelle che possono essere racchiuse entro una sfera, avente il centro nel nostro Sole e un raggio di circa 10 anni luce, ci accorgeremmo solamente della presenza di una decina di altre stelle, la più vicina delle quali è Alfa Proxima Centauri, distante dal Sole circa 4,5 anni luce (la sua luce, quindi, impiega 4,5 anni prima di arrivare fino a noi). Se noi aumentassimo il raggio della nostra ipotetica sfera a 100 anni luce, potremmo racchiudere qualche migliaio di Stelle. Se il raggio aumentasse ulteriormente, fino ad arrivare a 1000 anni luce, avremmo qualche milione di stelle: queste, però, sarebbero una minima parte delle stelle presenti nella nostra galassia, che ha un diametro di circa anni luce e uno spessore, al centro, di anni luce. Il Sole, infatti, fa parte di una galassia contenente circa 100 miliardi di Stelle: la via Lattea, ben visibile in estate, come una striscia luminosa che percorre il cielo. Le stelle sono talmente numerose che non possiamo distinguerle separatamente e, ai nostri occhi appaiono come una scia luminosa. La Via Lattea è una galassia a spirale; il Sole si trova su uno dei bracci laterali, molto distante dal centro. INDICE

23 Fino al 1609 l'unico mezzo di osservazione per l'uomo è stato l'occhio: in quell'anno Galileo Galilei ha puntato verso il cielo il primo cannocchiale e nello stesso secolo,nel 1688, Newton prima di formulare la teoria della gravitazione universale, ha costruito un moderno telescopio a riflessione, che gli valse la nomina a membro della Royal Society. Poi sono stati costruiti cannocchiali e telescopi via via migliori come lavorazione, più grandi come diametro e perciò capaci di vedere meglio e più lontano nell'universo. Spettroscopi, lastre fotografiche e altri strumenti ausiliari, nel secolo scorso hanno reso più efficaci i cannocchiali e i telescopi per l'indagine del cielo. Dalla metà del nostro secolo il radiotelescopio è venuto a portare il suo contributo all'analisi degli astri e poco dopo satelliti artificiali e sonde lanciati dall'uomo hanno cominciato a vagare nello spazio. Tuttavia, nessuno strumento è capace di fornire immediatamente all'uomo una misura, o anche una semplice stima, della distanza a cui si trova l'oggetto celeste verso il quale è diretto. Proprio per questo, le stelle ci sembrano tutte a un'eguale distanza da noi e le giudichiamo appartenenti a una superficie sferica che rivolge a noi la sua concavità. A occhio nudo, soltanto la Luna e il Sole presentano un disco chiaramente riconoscibile. Un modesto telescopio permette di osservare abbastanza facilmente il disco (molto più piccolo) di Venere, Marte, Giove e Saturno e intuitivamente ci si rende conto che questi astri devono essere più vicini. Ma le stelle restano dei punti anche quando le guardiamo o le fotografiamo con i più potenti telescopi e sembrano tutte alla stessa distanza

24 Stando fermi in un punto della Terra e osservando il cielo per una notte intera, lo vediamo ruotare: molte stelle scompaiono verso occidente, altre stelle sorgono da oriente; il Sole, che era tramontato sotto l'orizzonte verso ovest, ricompare a est il mattino successivo. Viaggiando di notte verso sud, lungo un meridiano terrestre, possiamo veder comparire sopra l'orizzonte (e proprio verso sud) stelle prima invisibili; contemporaneamente altre stelle scompaiono sotto l'orizzonte, in direzione nord. Quanto più rapido sarà il viaggio, tanto più evidente sarà il fenomeno; ma già gli antichi lo avevano notato, e noi possiamo vederlo bene stando comodamente seduti nella sala di un planetario. Le osservazioni precedenti portano alla conclusione che il cielo è una sfera e non una semisfera; ma questo l'uomo lo ha capito abbastanza presto, mentre per molti secoli si è discusso il valore da attribuire al raggio della sfera celeste. Soltanto in tempi relativamente recenti (la prima misura di una distanza stellare è del 1838) è stato possibile dimostrare che il problema non aveva senso e che la superficie sferica sulla quale le stelle sembrano infisse è una pura apparenza. Il cielo non è assimilabile all'involucro di un pallone: quello che vediamo è l'intero volume del pallone, occupato da stelle che si trovano a distanze molto diverse da noi, anche se i nostri sensi non ci consentono di cogliere intuitivamente tale realtà. I sensi ci ingannano poi anche in un altro modo, dandoci l'impressione di occupare proprio il punto centrale del pallone, o dell'universo.

25 SFERA CELESTE ( è un modello matematico ) Non percependo le diverse distanze che ci separano dai corpi celesti, questi appaiono tutti proiettati su di una superficie sferica, di raggio infinitamente grande, al cui centro si trova la Terra, il nostro punto d'osservazione. Per muoverci agevolmente lungo la sfera celeste è necessario individuare allora delle guide e dei punti di riferimento che coincideranno con i corrispondenti del nostro pianeta, essendone praticamente dei suoi prolungamenti proiettati all'infinito. Così abbiamo: l'asse celeste - detto anche asse del mondo o polare, è il perno della rotazione apparente del cielo;l'asse celeste - detto anche asse del mondo o polare, è il perno della rotazione apparente del cielo; i poli celesti - le intersezioni di esso con la sfera celeste;i poli celesti - le intersezioni di esso con la sfera celeste; l'equatore celeste - ossia quel cerchio massimo che si ricava dall'intersezione della sfera con il piano perpendicolare all'asse celeste e passante per il centro della Terra, e che la divide perciò in due emisferi uguali, quello settentrionale (boreale) e quello meridionale (australe).l'equatore celeste - ossia quel cerchio massimo che si ricava dall'intersezione della sfera con il piano perpendicolare all'asse celeste e passante per il centro della Terra, e che la divide perciò in due emisferi uguali, quello settentrionale (boreale) e quello meridionale (australe).

26 Il parallelo celeste fondamentale è lequatore, mentre il meridiano celeste fondamentale è quello passante per un punto particolare detto PUNTO GAMMA che rappresenta il punto della sfera celeste in cui si trova il Sole nellequinozio di primavera, mentre il punto diametralmente opposto è detto PUNTO OMEGA

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28 Asse del mondo, equatore, meridiani e paralleli celesti sono elementi di riferimento indipendenti dalla posizione dellosservatore sulla Terra e vengono utilizzati per la costruzione delle mappe del cielo Dalla posizione dellosservatore dipende, invece, la prospettiva con cui si osserva la sfera celeste; ad esempio se siamo al Polo Nord vedremo la Stella Polare sopra di noi sulla verticale, mentre allequatore, la Stella Polare si trova sul limite basso dellorizzonte Stella Polare Stella Polare Per questo, per tener conto della posizione dellosservatore ( punto P ) si è costruito sulla sfera celeste un sistema di riferimento più immediato

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30 ORIZZONTE VISIVO : porzione di superficie terrestre che si può osservare guardando dal punto in cui si trova losservatore PIANO DELLORIZZONTE APPARENTE : piano tangente alla superficie terrestre nel punto in cui si trova losservatore P PIANO DELLORIZZONTE ASTRONOMICO : piano passante per il centro della Terra, parallelo al piano dellorizzonte visivo ( quando si osservano gli astri, la Terra si può considerare puntiforme )

31 La retta immaginaria che passa per P parallela al filo a piombo in quel punto, prende il nome di VERTICALE; questa interseca la sfera celeste in due punti: ZENIT e NADIR. Sulla superficie della sfera, i circoli massimi passanti per lo zenit ed il nadir sono detti circoli verticali. Di questi il più importante è quello che passa anche per i poli celesti: il MERIDIANO LOCALE

32 Sullorizzonte è possibile identificare 4 punti cardinali EST OVEST Coincide con il punto dellorizzonte in cui sorge il Sole nei giorni di equinozio ( 21 marzo, 23 settembre ) Punto dellorizzonte in cui tramonta il Sole nei giorni di equinozio NORDSUD NORD e SUD Sono i due punti in cui il circolo meridiano locale interseca lorizzonte, ognuno nella direzione del corrispondente polo

33 Rappresentano due angoli che servono per definire la posizione di un corpo celeste sulla sfera celeste COORDINATE EQUATORIALI Sistema che prende come riferimento lequatore celeste e lasse del mondo COORDINATE ALTAZIMUTALI Sistema di coordinate che prende come riferimento lorizzonte e la verticale del luogo

34 COORDINATE ALTAZIMUTALI COORDINATE EQUATORIALI

35 LE COORDINATE ALTAZIMUTALI azimutaltezza Comprendono le coordinate dette azimut ed altezza. L'altezza si definisce come la distanza angolare di un astro dal piano dell'orizzonte astronomico. Se l'astro si trova alla massima altezza sopra il nostro capo, la sua altezza è di 90 gradi. Questo punto è detto zenit, il punto opposto allo zenit è il nadir. L'azimut è la distanza angolare tra il piano del circolo verticale passante per l'astro e il piano passante per il meridiano locale. Si misura sullorizzonte astronomico dellosservatore, partendo dal punto cardinale sud e procedendo in senso orario. Il valore dell'azimut può variare da 0 gradi fino a 360 per un astro a nord, un astro ad est ha un azimut pari a 90 gradi, a sud il valore è di 180 gradi ad ed infine ovest è di 270 gradi. Le coordinate altazimutali hanno il difetto di variare continuamente col moto apparente della volta celeste. Per ovviare a questo, si usano le coordinate equatoriali che sono indipendenti da questo difetto.

36 LE COORDINATE EQUATORIALI ascensione rettadeclinazione Comprendono le coordinate dette ascensione retta e declinazione. L'ascensione retta è langolo compreso tra il meridiano celeste passante per lastro e il meridiano fondamentale misurato a partire dal punto gamma in senso antiorario, lungo l'equatore celeste. Tutti i punti di ascensione retta sono misurati normalmente in ore, minuti e secondi. Tenendo presente che ogni 4 minuti la volta celeste si sposta di circa 1°, se ad esempio una stella ha unascensione retta di 40 min, significa che si trova su un meridiano distante 10° dal meridiano passante per il punto gamma. La declinazione viene, invece, misurata in gradi divisi in primi e secondi d'arco, variando dal valore di 0° per un astro posto all'equatore celeste fino al valore di 90° per un astro posto al Polo. Gli astri visti proiettati nell'emisfero nord celeste vengono definiti con valori positivi mentre, gli astri proiettati nell'emisfero sud celeste, con valori negativi. Normalmente negli atlanti, nelle carte stellari e quando si vuole indicare la posizione di un astro si usa il sistema di coordinate equatoriali che sono quelle più in uso in ambito astronomico.

37 La rotazione della volta stellata, e quindi della sfera celeste, è soltanto apparente, essendo provocata dalla rotazione effettiva della Terra intorno al proprio asse, che si compie in circa 24 ore. Causa questo moto, le stelle descrivono sulla sfera celeste delle traiettorie circolari (paralleli celesti) parallele al piano dell'equatore celeste e con il centro apparentemente nel polo celeste nord o nel polo celeste sud a secondo dell'emisfero in cui si trova l'osservatore; ogni stella percorre il suo parallelo celeste tornando ad occupare la medesima posizione dopo 23 h 56 min 4 s IL MOTO DIURNO DELLA SFERA CELESTE E UN MOTO APPARENTE

38 E' facile rendersi conto di tale realtà effettuando una foto con l'obiettivo di una macchina fotografica rivolta verso il polo celeste e lasciandolo aperto qualche decina di minuti. Ogni stella lascia sulla pellicola una traccia luminosa coincidente con un arco di circonferenza, il cui centro si trova nel polo e la cui lunghezza dipende sia dal tempo di esposizione sia dalla distanza sferica dell'astro dal polo (Fig. 4b)

39 Nel loro moto apparente alcuni astri, come S1 in Fig. 5, sorgono verso Est, giungono alla loro culminazione quando passano in meridiano e tramontano infine verso Ovest. Tali astri sono detti sorgenti e tramontanti o non circumpolari. Alcuni astri, come S2, descrivono una traiettoria interamente al di sopra del piano orizzontale cosicché, se non ci fosse il Sole ad impedirne la visione durante il giorno, essi sarebbero sempre visibili. Tali astri, tutti situati in una ben determinata zona attorno al polo celeste elevato (il punto Pcn nell'esempio di Fig. 5) sono detti circumpolari visibili. Al contrario, astri come S3 sono sempre invisibili e quindi vengono definiti circumpolari invisibili

40 Spostandoci verso l'Equatore, le stesse stelle sarebbero "non circumpolari"; infatti, che una stella sia circumpolare o no, visibile o invisibile, dipende dalla latitudine del luogo d'osservazione. Un caso particolare è la stella a noi più vicina, e cioè il Sole. Alle nostre latitudini esso è un astro che sorge e tramonta; al di là del circolo polare artico o antartico esso può diventare circumpolare visibile o invisibile secondo le varie stagioni dell'anno. E' facile constatare che all'Equatore tutti gli astri sono sorgenti e tramontanti, mentre ai poli sono o circumpolari visibili o circumpolari invisibili. Quindi, come le stelle, anche i corpi del Sistema Solare, cioè il Sole, la Luna e i Pianeti presentano un moto diurno apparente che si svolge da EST verso OVEST, ma cambiano nel corso dellanno la loro declinazione e la posizione relativa allo sfondo stellato

41 Il moto diurno del Sole non è sincronizzato con quello delle stelle : il Sole è più lento poiché completa il suo giro apparente intorno alla Terra in 24 ore. Il Sole è quindi lunica stella che non si colloca in una COSTELLAZIONE definita: ogni mese accumula un ritardo di 30° (pari a circa 120 min), esce da una costellazione ed entra in unaltra PARTICOLARITA DEL SOLE PRIMA PARTICOLARITA

42 Come si è già visto, in una sfera celeste il centro è occupato da un osservatore situato sulla Terra (o nel suo centro), cosicché, mantenendo fissa la Terra, il Sole descrive apparentemente attorno ad essa un'orbita ellittica con uno dei due fuochi coincidente con la Terra stessa. Il piano di tale orbita apparente coincide ovviamente con quello dell'orbita reale, prolungandolo fino ad intersecare la sfera celeste si ottiene su di essa un cerchio chiamato Eclittica (Fig. 11). L'Eclittica interseca l'Equatore celeste in due punti opposti, detti equinozio di primavera ed equinozio d'autunno. Quando il Sole si trova in tali punti la sua declinazione è zero; muovendosi sull'Eclittica la sua declinazione raggiunge i massimi valori di 23º27' N e 23º27' S, rispettivamente al solstizio estivo ed al solstizio invernale. L'Equinozio di Primavera è quello in cui il Sole passa dall'emisfero sud a quello nord ed è anche chiamato punto gamma o primo punto dell'Ariete e, pur essendo un punto immaginario, ha una notevole importanza in diverse questioni astronomiche, fra le quali quella di essere utilizzato come origine nel sistema di coordinate equatoriali SECONDA PARTICOLARITA GIORNO DOPO GIORNO IL SOLE MODIFICA LA SUA DECLINAZIONE

43 Come dicevamo prima, nel corso dell'anno la declinazione cambia da un valore massimo di 23º 27' Nord, al Solstizio estivo, al valore minimo di 23º 27' Sud, al Solstizio invernale. Tale variazione è responsabile sia della diversa durata del giorno e della notte, sia dell'alternarsi delle stagioni a causa della diversa intensità con cui la radiazione solare colpisce le varie località terrestri. In Fig. 14 è rappresentato l'emisfero visibile della sfera celeste, per una latitudine di 44º Nord, che corrisponde a quella media della nostra provincia. In essa sono riportati i paralleli celesti descritti dal Sole durante i due Solstizi, nonché l'Equatore celeste che è descritto dal Sole durante i due Equinozi. Così il Sole percorre unorbita inclinata rispetto alle traiettorie delle stelle e ritorna nella stessa posizione sulla sfera celeste dopo un anno

44 Fin dall'antichità, osservando il cielo, l'uomo si rese conto che le mutue posizioni delle stelle sono praticamente invariabili e che molte di tali stelle sono apparentemente raggruppate a formare particolari disegni. Nella sua fantasia, a ognuno di questi raggruppamenti fece corrispondere un particolare personaggio, oggetto o animale tratti dai suoi miti o leggende. In tal modo sono nate le costellazioni, che rappresentano praticamente il primo sistema di orientamento in cielo. E' un sistema di per sé molto approssimativo, ma utile ancora oggi per una rapida individuazione di una certa area del cielo. E' superfluo ricordare che esse uniscono fra loro stelle che in realtà non hanno alcun legame fisico, ma appaiono vicine soltanto per un effetto prospettico

45 Ogni popolo ha costruito le proprie costellazioni, spesso diverse tra loro, ma a volte coincidenti come nel caso delle sette stelle che formano l'Orsa Maggiore, nota anche come il Grande Carro, la Casseruola, il Ramaiolo, il Calesse, l'Aratro o la Bara. I nomi di molte costellazioni, soprattutto quelle dell'emisfero settentrionale, ci provengono dai Greci e sono legati alle loro leggende mitologiche: Cassiopea, Orione, Andromeda, Pegaso, Lira, ecc. Altri nomi sono legati ad oggetti della vita quotidiana o a strumenti di lavoro; in particolare i nomi delle costellazioni visibili dall'emisfero australe, attribuiti ad esse dai primi esploratori che navigarono in tali oceani, seguono tale regola, ad esempio: il Compasso, l'Orologio, il Microscopio, l'Ottante, la Bussola, ecc.

46 Attualmente, in seguito ad un accordo internazionale, il cielo di entrambi gli emisferi è stato suddiviso in 88 costellazioni conservando, ove possibile, i nomi tramandatici dagli antichi Greci. Alle nostre latitudini, alcune delle più importanti costellazioni sono formate da stelle circumpolari, cosicché esse risultano visibili in tutti i periodo dell'anno. Le più note sono: ORSA MAGGIORE E' la più facilmente osservabile essendo formata da stelle particolarmente luminose. Congiungendo idealmente Merak con Dubhe e prolungando cinque - sei volte la distanza fra le due stelle si può individuare la Polare che è vicinissima al polo celeste nord. CASSIOPEA Le sue stelle principali disegnano una "M" o una W a seconda da quale parte del polo celeste nord venga osservata. Essa si trova sempre dal lato opposto dell'Orsa Maggiore rispetto alla stella polare. ORSA MINORE Anch'essa è formata da sette stelle non tutte però particolarmente luminose, cosicché soltanto lontano dalle città e con buone condizioni meteorologiche è possibile osservarle tutte. La più importante è Polare che consente una rapida individuazione della direzione del punto cardinale Nord.

47 DODICI COSTELLAZIONI DELLO ZODIACO Fanno da sfondo al Sole nel suo moto annuo apparente sulla sfera celeste. Ogni mese il Sole si sposta in una diversa costellazione dello zodiaco. Delle dodici costellazioni sei vengono a trovarsi al di sopra dellequatore celeste, sei al di sotto, nellemisfero australe

48 Cannocchiale : ideato agli inizi del XVII secolo da Galilei

49 Telescopi : raccolgono le radiazioni elettromagnetiche e le convogliano e concentrano in un punto detto fuoco, dove si forma limmagine che viene poi analizzata; i telescopi ottici sono quelli che raccolgono le radiazioni elettromagnetiche nel campo del visibile Radiotelescopi : raccolgono buona parte delle onde radio provenienti dallo spazio

50 I radiotelescopi sono grandi strumenti che servono per osservare quelle parti dell'universo che non emettono luce visibile, ma solo onde radio. Per questo sono spesso conformati come delle grandi parabole. Le loro dimensioni sono dovute essenzialmente al fatto che le onde radio hanno una grande lunghezza d'onda, e quindi hanno bisogno di "specchi" più grandi che non per la luce visibile. I radiotelescopi più grandi non sono formati da una singola antenna, ma spesso da un'intera schiera di paraboloidi, ottenendo così una risoluzione maggiore, oltre ovviamente ad una maggiore sensibilità. Tra i maggiori strumenti del mondo ricordiamo l'osservatorio di Arecibo presso Portorico, che è un enorme piatto di 305 metri di diametro ricavato scavando sulle colline. Poi vi è il radiotelescopio interferometrico VLA (Very Large Array) di Socorro nel New Messico, e il radiotelescopio di Effelsberg.

51 HTS : Hubble Space Telescope Telescopio orbitante costruito dalla NASA in collaborazione con lAgenzia Spaziale Europea (ESA). E stato lanciato nello spazio nel Hubble ha uno specchio riflettore con una apertura di 2,4 metri di diametro e può fornire immagini cinque volte più dettagliate delle stesse immagini prese sulla Terra Capta radiazioni non solo nel campo del visibile ma anche nellultravioletto e nellinfrarosso

52 E evidente che noi dei corpi celesti studiamo le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE ( raggi γ, raggi x, luce visibile, radiazioni infrarosse e onde radio ) che essi irradiano, assorbono o riflettono LUNGHEZZA DONDA MINIMA – MASSIMA FREQUENZA

53 In particolare si sono rivelati preziosi lo studio degli SPETTRI di emissione e di assorbimento e lo studio delle leggi che regolano lemissione di un corpo nero Lo spettro è la figura che si ottiene raccogliendo, su uno schermo nero o su una lastra fotografica, le radiazioni elettromagnetiche provenienti da una sorgente, dopo che hanno subito una rifrazione Nel campo del visibile si va dal ROSSO ( radiazioni che subiscono una deviazione minore ) al VIOLETTO ( radiazioni che subiscono la massima deviazione ) Siamo nel campo della SPETTROSCOPIA e colui che iniziò questi studi fu Isaac Newton nel 1666 quando tentò di scindere la luce solare nei suoi colori componenti

54 IN NATURA ABBIAMO DEGLI ESEMPI …

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56 INDICE Gli spettri di emissione si ottengono facendo passare attraverso una fenditura e scomponendo con un prisma il fascio di luce visibile o di altre radiazioni elettromagnetiche, provenienti da una sorgente. Gli spettri di emissione emessi da un corpo nero ( un corpo che assorbe tutte le radiazioni ) portato allincandescenza sono continui, mentre gli spettri emessi da un gas rarefatto a elevata temperatura sono discontinui ( righe o bande colorate su un campo nero ). Lo spettro di emissione di un elemento è formato da un insieme di righe caratteristiche e sempre uguali Gli spettri di emissione si ottengono facendo passare attraverso una fenditura e scomponendo con un prisma il fascio di luce visibile o di altre radiazioni elettromagnetiche, provenienti da una sorgente. Gli spettri di emissione emessi da un corpo nero ( un corpo che assorbe tutte le radiazioni ) portato allincandescenza sono continui, mentre gli spettri emessi da un gas rarefatto a elevata temperatura sono discontinui ( righe o bande colorate su un campo nero ). Lo spettro di emissione di un elemento è formato da un insieme di righe caratteristiche e sempre uguali Gli spettri di assorbimento si ottengono facendo passare la luce bianca proveniente da una sorgente attraverso un gas rarefatto ( che assorbe una parte delle radiazioni ) e scomponendola successivamente mediante un prisma. Presentano righe scure su uno spettro colorato continuo. Le righe scure dello spettro di assorbimento dipendono dalla natura chimica del gas interposto tra sorgente e prisma e dalle condizioni fisiche in cui si trova il gas Gli spettri di assorbimento si ottengono facendo passare la luce bianca proveniente da una sorgente attraverso un gas rarefatto ( che assorbe una parte delle radiazioni ) e scomponendola successivamente mediante un prisma. Presentano righe scure su uno spettro colorato continuo. Le righe scure dello spettro di assorbimento dipendono dalla natura chimica del gas interposto tra sorgente e prisma e dalle condizioni fisiche in cui si trova il gas

57 nascita di una stella nascita di una stella evoluzione di una stella morte di una stella INDICE

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59 GRAVITA' E NEBULOSE La nascita di una stella, evento che si verifica continuamente nell'universo, avviene in circostanze particolari coinvolgendo una grande quantità di materia, ( soprattutto gas ) che, per effetto dell'attrazione gravitazionale all'interno di una nebulosa, si concentra in uno spazio sempre più piccolo. Un'onda d'urto prodotta dall'esplosione di una stella (ciclo stellare) o un altro disturbo gravitazionale che investe il gas provoca la formazione di nuclei di materia che aumentano di consistenza grazie all'azione della forza di gravità

60 L'attrazione gravitazionale è la forza (scoperta da Isaac Newton ) che fa cadere una mela dall'albero ed è quella forza che spinge tutto verso un punto comune: il centro della Terra, nel nostro caso. Nel caso della nebulosa sopra citata questa forza spinge tutto il gas verso il suo centro. Esempio di nebulosa ( M20 - Nebulosa Trifida )

61 Un tempo con la parola nebulosa veniva designata una qualsiasi chiazza di luce nel cielo. Oggi sappiamo che molte di "quelle" nebulose sono in realtà galassie, esterne alla nostra, che a volte vengono ancora designate con il vecchio nome di nebulose. Ad ogni modo non sono quelle a cui ci riferiamo in questo contesto. Di altre nebulose sappiamo invece, che sono nubi di gas caldissimo e che sono spesso regioni di formazione di stelle. Più in generale una nebulosa è una nube di gas e polvere interstellare. Le nebulose si osservano prevalentemente lungo il piano galattico e si differenziano in luminose ed oscure. Le nebulose luminose possono riflettere o diffondere la luce delle stelle mentre le oscure possono essere osservate solo se oscurano altre sorgenti luminose.

62 CLASSIFICAZIONE Esistono tre tipi di nebulose: 1 ) NEBULOSE AD EMISSIONE Queste sono nubi di gas e polvere nello spazio che emettono luce. Nella maggior parte dei casi ciò avviene perché la nebulosa è riscaldata dall'irraggiamento di una o più giovani stelle vicine molto calde. Esse appaiono rosse in quanto l'idrogeno irraggia energia nella parte rossa dello spettro elettromagnetico. Tra le nebulose ad emissione rientrano anche le Nebulose planetarie ed i residui di supernove. Le nebulose planetarie sono un tipico esempio di fase finale della vita di una stella di medie dimensioni

63 2) NEBULOSE A RIFLESSIONE In questo caso la luce di stelle vicine colpisce queste nebulose che ne riflettono la luce. Esse ci appaiono azzurre a causa del modo in cui la luce viene dispersa dalle particelle di polvere nella nebulosa (è lo stesso fenomeno che fa apparire azzurro il cielo). Un notevole esempio di questo tipo di nebulosa è l'ammasso aperto M45 o Pleiadi

64 3) NEBULOSE OSCURE Sono nubi fredde di gas e polvere che sono visibili solo perché assorbono la luce di stelle lontane, che si nascondono in tal modo alla vista. Le nebulose oscure possono essere osservate anche in modo indiretto grazie alla emissione di onde radio e radiazione infrarossa. La massa di una nebulosa oscura può superare anche di 1000 volte quella del Sole e, se è sufficientemente grande può condensarsi e dare origine a nuove stelle che, con la loro luce, la trasformeranno in una nebulosa luminosa ad emissione. Il gas all'interno di queste nubi non ha una temperatura altissima e questo consente la creazione di molecole. Talvolta, infatti, queste nubi sono chiamate anche nubi molecolari

65 COMPOSIZIONE DELLE NEBULOSE L'addensarsi del gas in uno spazio più piccolo ne causa la diminuzione del volume e l'aumento della temperatura ( per la legge dei gas perfetti ). Nel caso in questione il gas è il più semplice e abbondante dell'intero universo, ovvero l'Idrogeno ( H ). L'idrogeno, però, non e' l'unico gas presente in queste nubi. Infatti, oltre ad esso vi e' dell'elio ( il gas presente nei palloni che volano appena li si lascia ) e altri elementi ancora meno numerosi, comprese particelle di polvere cosmica, che altro non sono che molecole (o insiemi di atomi). E' inoltre dimostrato, secondo recenti scoperte, che all'interno delle nebulose che ospitano la formazione delle stelle è presente una cospicua quantità di molecole di acqua

66 La composizione di queste nubi proto-stellari è la seguente: idrogeno (il più abbondante)idrogeno (il più abbondante) elioelio ossigenoossigeno azotoazoto carboniocarbonio polvere interstellare (molecole quali CO..)polvere interstellare (molecole quali CO..) L'estensione di una nebulosa ( la "fabbrica" nella quale si producono le stelle ) si può aggirare anche attorno al centinaio di anni luce. In pratica, se la si volesse percorrere alla velocità della luce ( Km/sec) si impiegherebbero cento anni. Come detto, il gas della nebulosa inizia a concentrarsi verso il centro per effetto della forza gravitazionale che spinge gli atomi di idrogeno l'uno contro l'altro. Ad un certo punto, quando gli atomi di H sono concentrati enormemente nel centro, inizia un processo di fusione nucleare. Il processo che è in grado di fornire il massimo dell'energia dalla materia. REAZIONI TERMONUCLEARI

67 GENESI STELLARE - DA 0 A 10 MILIONI DI GRADI.. Inizialmente queste nubi di gas e polvere interstellare si trovano ad una temperatura di circa 100°K (circa -170°C) ed inoltre la loro densità è di qualche centinaio di atomi per metro cubo, centinaia di volte lo spazio circostante la cui densità é di appena qualche atomo per metro cubo. La densità di qualsiasi oggetto sulla terra è di miliardi di atomi per metro cubo. Il vuoto di cui stiamo parlando, quindi, è milioni di volte più "spinto" del più grande vuoto spinto creato sulla terra con apparecchiature ad alta tecnologia. In questo stato in cui la materia sta addensandosi e stanno inziando le reazioni di fusione la stella è nella cosiddetta fase T TAURI dal nome di una stella della costellazione del Toro in una simile condizione. Di solito, poichè le nubi di gas sono molto estese e ricche di massa, non si forma una sola stella ma molte di più. Da una singola nube avviene quindi la nascita simultanea di più stelle e queste, poichè sono a distanze relativamente vicine, formano quello che viene chiamato un "Ammasso aperto", che risulta unito dalla forza di gravità. Gli ammassi aperti sono indice di recente formazione stellare ed infatti le stelle che li compongono sono relativamente giovani ed azzurre. (Per la grande quantità di materia che hanno a disposizione si formano stelle massive e quindi azzurre). Con il passare del tempo gli ammassi aperti tendono ad aprirsi e a disgregarsi, in seguito alla diminuzione dell'effetto della forza di gravità che non riesce più a tenere unite le stelle. Discorso totalmente separato meritano gli ammassi globulari, che nulla hanno in comune con gli ammassi aperti se non la forza di gravità che mantiene legate le stelle. Di solito, poichè le nubi di gas sono molto estese e ricche di massa, non si forma una sola stella ma molte di più. Da una singola nube avviene quindi la nascita simultanea di più stelle e queste, poichè sono a distanze relativamente vicine, formano quello che viene chiamato un "Ammasso aperto", che risulta unito dalla forza di gravità. Gli ammassi aperti sono indice di recente formazione stellare ed infatti le stelle che li compongono sono relativamente giovani ed azzurre. (Per la grande quantità di materia che hanno a disposizione si formano stelle massive e quindi azzurre). Con il passare del tempo gli ammassi aperti tendono ad aprirsi e a disgregarsi, in seguito alla diminuzione dell'effetto della forza di gravità che non riesce più a tenere unite le stelle. Discorso totalmente separato meritano gli ammassi globulari, che nulla hanno in comune con gli ammassi aperti se non la forza di gravità che mantiene legate le stelle.

68 Gli ammassi aperti possono contenere da diverse centinaia a parecchie migliaia di stelle, distribuite in una regione vasta pochi anni luce. Sono relativamente giovani e contengono stelle molto calde e luminose. Sono situati all'interno del disco della galassia, dove c'è più materia per la formazione di stelle. Nel piano della Via Lattea sono noti circa 1200 ammassi aperti. Per definizione le stelle al loro interno sono legate da un vincolo gravitazionale che, non essendo molto potente, non trattiene le stelle compatte tra di loro. Ne consegue che l'età di un ammasso si può stabilire anche dalla concentrazione delle stelle al suo interno: se le stelle sono ancora molto raggruppate si avrà un ammasso giovane mentre se sono molto lontane tra loro si avrà un ammasso vecchio Classico esempio di Ammasso aperto: M45 - Le Pleiadi nella costellazione del Toro. Si può notare che è presente ancora la nebulosità da cui le stelle hanno avuto origine, chiaro sintomo della giovinezza delle stesse

69 Un ammasso globulare è un insieme molto compatto di stelle "vecchie". A differenza degli ammassi aperti che sono costituiti da stelle giovani ed azzurre, gli ammassi globulari sono costituiti da stelle rosse e vecchie. Può essere formato da decine o centinaia di migliaia di stelle. Un'altra differenza che esiste fra i due tipi di ammassi stellari è la loro ubicazione. Mentre gli ammassi aperti si trovano all'interno dei bracci delle galassie a spirale, i globulari si trovano nell'alone che circonda il nucleo della galassia. Essi si formarono quando la galassia era ancora di forma sferica e rimasero nella loro posizione originaria anche quando questa si appiattì. Infatti gli ammassi della nostra galassia contengono alcune tra le stelle più vecchie Le stelle negli ammassi globulari contengono bassa abbondanza di elementi più pesanti dell'elio perché la loro formazione risale ai tempi in cui il mezzo interstellare non si era ancora arricchito di elementi pesanti prodotti solo all'interno delle stelle

70 Lo sbalzo termico che subisce il gas è enorme: infatti la temperatura che la nube deve raggiungere nel suo nucleo per innescare le reazioni nucleari é di circa 12 milioni di gradi. Se la nube di gas in contrazione (detta anche protostella) non riesce a raggiungere tale temperatura perché la sua massa iniziale non è sufficiente, allora nel centro della nebulosa non si innescano i processi nucleari a pieno regime e si formerà un oggetto detto "Nana Bruna", cioè una piccola stella con una temperatura superficiale piuttosto bassa (inferiore ai 3000°C), poco luminosa e di colore rossastro (da cui il nome nana bruna). Quantità di materia ancora più piccole e condizioni chimico- fisiche diverse possono invece formare oggetti simili a Giove o Saturno che, in quanto tali, possono essere considerati lontani parenti di stelle mancate. Se Giove avesse avuto una massa mille volte maggiore sarebbe diventato forse una piccola stella. La composizione della sua atmosfera, infatti, è molto simile a quella delle stelle

71 I DUE CASI ESTREMI Riepilogando...i due casi estremi.. CASO 1) Quantità di materia iniziale ridotta ma comunque sufficiente a generare temperature idonee all'innescarsi della fusione nucleare >>> si forma una stella molto piccola e rossastra che, però, avrà una lunga vita e splenderà per moltissimo tempo per motivi che poi analizzeremo. CASO 2) CASO 2) Massa iniziale della nube di gas abbondante >>> si formerà una stella ben più grossa di colore che tenderà al bianco o, addirittura all'azzurro. La stella in tal caso sarà detta una Gigante azzurra. Come si può immaginare questi sono i due estremi: da un lato la stella piccola e rossastra che sarà destinata a vivere miliardi di anni. Dall'altro una stella gigante azzurra che, al contrario, vivrà poco più di 100 milioni di anni circa. Naturalmente una via di mezzo a questi due "estremi" esiste ed è rappresentata da stelle come il Sole di colore giallo-arancio che vivono in media una decina di miliardi di anni.

72 IL COLORE DELLE STELLE Il colore di una stella è direttamente relazionato quindi con la temperatura superficiale della stella e ne indica anche la sua massa. Lo spettro elettromagnetico aiuta a capire i motivi di questa relazione. In alto è mostrata la temperatura ed in basso la lunghezza d'onda della luce Il diagramma di Hertsprung-Russell mostra questa relazione tra massa, colore e luminosità. La sequenza principale è lo stato in cui si vengono a trovare le stelle di medie dimensioni come il Sole. La classe spettrale non è altro che una classificazione delle stelle in base alla temperatura e quindi al colore. Va dall'azzurro al rosso e segue l'ordine O-B-A-F-G-K-M-N-R. Esiste poi una suddivisione ulteriore, per ampliare la precisione degli intervalli considerati, all'interno di ciascuna classe spettrale. L'ulteriore suddivisione va da 0 a 9 (ad esempio B2, G5) in ordine decrescente di luminosità. La magnitudine assoluta, presente sul grafico, è definita come la luminosità della stella acquisita da una distanza standard e fissata per convenzione a 32,6 anni luce

73 Diagramma di Hertsprung-Russell

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76 CREAZIONE DI UN SISTEMA SOLARE Il processo di fusione genera energia e la temperatura inizia a salire enormemente. Una cosa molto importante da notare è la caratteristica dell'ambiente che si viene a creare nei dintorni della stella nascente. Infatti, tutto il materiale coinvolto nel processo di creazione della stella ruota attorno al centro per il semplice motivo che tutto nell'universo subisce un movimento rotatorio. Il processo di fusione genera energia e la temperatura inizia a salire enormemente. Una cosa molto importante da notare è la caratteristica dell'ambiente che si viene a creare nei dintorni della stella nascente. Infatti, tutto il materiale coinvolto nel processo di creazione della stella ruota attorno al centro per il semplice motivo che tutto nell'universo subisce un movimento rotatorio. Durante la rotazione gli elementi più pesanti si tengono lontani dal centro e si accrescono urtandosi a vicenda grazie ad un processo che porterà alla formazione di pianeti e satelliti. Il processo appena descritto è la nascita di un sistema solare. La formazione di sistemi planetari come il nostro dovrebbe quindi essere la norma nell'universo, per quanto riguarda i processi di formazione di stelle singole. Nel processo sopra descritto gli elementi pesanti si tengono relativamente vicini al centro del sistema creando pianeti rocciosi. Gli elementi leggeri come l'idrogeno e l'elio si tengono invece lontani dalla stella centrale andando a formare pianeti gassosi come Giove e Saturno. Ad una distanza notevole infine si posizionano quei piccoli agglomerati di materia rocciosa che verranno chiamati comete, asteroidi e meteoriti. Uno scontro tra i pianeti interni non esclude che una fascia asteroidale possa formarsi anche nella parte interna del sistema solare. La disposizione appena vista degli elementi nel disco stellare è dovuta al calore emanato dalla stella e dalla forza di gravità

77 IL MOTORE DELLE STELLE Quando la temperatura all'interno del nucleo ha raggiunto i 12 milioni di gradi la stella si accende e inizia la fase evolutiva. Il processo di combustione nucleare, che genera dell'elio, è un processo molto efficiente per produrre energia perché da un chilogrammo di idrogeno si ricavano, nella combustione di una stella, energie prodotte da 200 tonnellate di petrolio. Ed e' questa energia che ci fa vivere e fa splendere il nostro sole già da 5 miliardi di anni. Ed è anche questa energia che sulla Terra si spera di governare, creando la cosiddetta "Fusione controllata". Per ora gli sforzi in questa direzione portano solo alla creazione di ordigni di fatale mostruosità. Evidentemente quindi non si riescono ancora a sfruttare le potenzialità delle fornaci stellari, solo per scopi civili e comunque controllabili. Dopo questa piccola parentesi torniamo a noi.. Attenzione però, perché se l'idrogeno genera un'energia così efficiente, l'elio non si comporta allo stesso modo. Infatti la sua fusione dura molto di meno, come vedremo, stabilendo così un cambiamento nell'evoluzione della vita stellare.

78 Ma perché ora si parla della fusione dell'elio? Il processo di fusione nucleare coinvolge l'idrogeno in primis nella creazione dell'elio. L'idrogeno viene trasformato in elio e l'elio resta nella stella come cenere del processo nucleare. Quando la quantità di idrogeno tende a finire, le ceneri dell'elio sono coinvolte nel processo di fusione. Fondere l'elio, però, non è così "facile" come l'idrogeno perchè la sua struttura atomica è diversa e richiede temperature maggiori. Come si raggiungono queste temperature? Lo vedremo nel processo evolutivo della stella. Il processo di fusione, del resto, e' sempre meno efficiente man mano che si passa ad elementi più pesanti fino ad arrivare al ferro, la cui fusione non e' per niente efficiente come l'idrogeno, cosa che causa eventi catastrofici.

79 EVOLUZIONE delle STELLE EQUILIBRIO - IL SEGRETO DELLE STELLE Quando inizia il processo di fusione nucleare, la stella entra nella fase evolutiva. Questa fase dura, nel caso di una stella come il Sole, una decina di miliardi di anni. Il Sole è giunto alla mezza età perché ha circa 5 miliardi di anni e gliene restano poco meno di 5, dopo di che a meno che la razza umana (sempre che esista ancora ) non abbia sviluppato tecnologie in grado di trasferirsi su un'altro "Sistema solare", sarà veramente la fine. Equilibrio delle stelle

80 In questa fase la stella è stabile e presenta delle caratteristiche comuni nella maggior parte dei casi: la sua stabilità è dovuta al contrasto tra due forze enormemente potenti: la stella rimane tale perchè è in una fase di "Equilibrio". Mentre da un lato c'è la forza di gravità, che tende a contrarre la stella, dall'altro c'è n'è un'altra che spinge verso l'esterno come vedremo. La gravità è una forza unicamente attrattiva che spinge verso il centro ed ha bisogno di essere contrastata per non schiacciare la stella sotto la propria massa. La forza che spinge dal centro verso l'esterno della stella e che contrasta dal forza di gravità è generata dalla fusione nucleare e si chiama pressione di radiazione nucleare. La stella mantiene questo equilibrio "delicato" perché si comporta come se avesse un termostato che ne regola la temperatura.

81 Analizziamo i due casi in cui la stella potrebbe perdere l'equilibrio e quindi vediamo il funzionamento di questo termostato naturale: CASO 1) Aumento della forza di gravità (la stella tende a schiacciarsi): Se la forza di gravità dovesse prendere il sopravvento per una diminuzione della temperatura interna ( e quindi della pressione nucleare ), la stella reagirebbe con una contrazione che, diminuendo il volume ne aumenterebbe la temperatura e quindi anche la pressione nucleare, ristabilendo il vecchio equilibrio. CASO 2) Aumento della pressione nucleare verso l'esterno (la stella tende a scoppiare): Viceversa, se dovesse aumentare la pressione nucleare nei confronti della forza di gravità per una eccessiva combustione, questo provocherebbe un aumento della massa della stella. E poiché la forza di gravità è proporzionale alla massa si verificherebbe anche un aumento dell'intensità della forza di gravità, che così facendo, ristabilisce il vecchio equilibrio. Questo "termostato naturale" funziona finchè c'è dell'idrogeno da bruciare. Dopo, la situazione si complica e la stella va incontro ad una serie di complicazioni che, come vedremo, ne segneranno l'esistenza.

82 Le due forze ( la pressione di radiazione nucleare e la forza di gravità ) si bilanciano e la stella "brilla" per tanto tempo. La situazione stabilizzata, raggiunta con l'equilibrio citato, non cambierà quindi per un bel po' di tempo fino a quando non verrà anche per lei il momento di tirare i remi in barca e dire addio alla sua esistenza in un processo alquanto semplice da descrivere ma molto complesso. Una volta esaurito il combustibile nucleare primario (l'idrogeno), che per stelle di massa più grande avviene prima, inizia una nuova fase della vita di una stella.

83 LE STELLE GIGANTI VIVONO POCO Una stella di massa maggiore vive di meno perché essendo più massiccia tende a bruciare una quantità maggiore di idrogeno in meno tempo trovandosi a contrastare una forza di gravità maggiore dovuta alla massa maggiore. Viceversa, una stella di piccola massa ( 1/10 di quella del Sole ), ritrovandosi una massa contenuta, si ritrova anche una forza di gravità contenuta. Il raggiungimento dell'equilibrio fra le due forze si ottiene quindi anche se la stella brucia un quantitativo di idrogeno limitato con la conseguenza che la sua vita si può allungare a decine di miliardi di anni. Il tutto sempre allo scopo di raggiungere quel famoso equilibrio. Tra l'altro questo potrebbe significare che, poiché l'universo ha circa una quindicina di miliardi di anni, si potrebbe trovare ancora qualche stella che si è "accesa" nei primi istanti dell'universo ed ora si trova ancora lì, senza variazioni di sorta a continuare il suo lavoro. Essa quindi starebbe bruciando ancora l'idrogeno che si è creato nei primi istanti di vita dell'universo, rappresentando una stella di 1ª anzi primissima generazione

84 COMPOSIZIONE DELLE STELLE

85 Ma veniamo alla composizione della stella. Una stella è costituita da strati concentrici aventi dimensioni differenti. Il nucleo è chiamato "Core". Esso raggiunge i milioni di gradi centigradi ed è il luogo in cui si verifica la fusione dell'idrogeno in elio. Vi sono poi varie zone che le radiazioni devono attraversare prima di giungere alla superficie della stella. Gli strati intermedi sono la zona convettiva e la zona radioattiva in cui i fotoni luminosi trovano difficoltà ad attraversare perché questa è una zona molto "opaca" alle radiazioni. Per superare questa zona la luce può impiegare migliaia di anni, e dopo di che si ritrova sulla fotosfera, lo strato più esterno, assieme alla cromosfera, di una stella. La luce che noi vediamo viene da questi strati esterni. Quindi la luce, anzi la radiazione (perché la luce è radiazione!), parte dal centro della stella, generata dalla fusione nucleare, e dopo varie migliaia di anni giunge in superficie, negli strati più esterni e da lì intraprende un altro lungo viaggio verso i nostri occhi che può durare dagli 8 minuti ( la stella più vicina a noi ) ai miliardi di anni per le stelle più lontane mai osservate. Tra l'altro assieme alla luce visibile, una stella emana nello spazio grandi quantità di raggi X, raggi gamma, raggi ultravioletti e raggi infrarossi fino a riempire tutto lo spettro delle onde elettromagnetiche comprese le onde radio. Inoltre le stelle sono luoghi ove si verificano tempeste magnetiche, e il Sole ogni tanto ce ne da una dimostrazione facendo danni al nostro sistema satellitare e delle telecomunicazioni. Dal nucleo della stella si dipartono, tra l'altro, i "Neutrini" che sono particelle con massa e dimensioni quasi nulle che vengono prodotte nel core dalle reazioni

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87 IL CAMBIO DI ABITUDINI La fine di una stella non è sempre la stessa per tutte le stelle. Tutte però seguono un percorso comune fino ad un certo punto. Come detto, tutte le stelle consumano l'idrogeno contenuto in esse fino al suo esaurimento. A tal punto, nel momento in cui l'idrogeno finisce, resta il prodotto della combustione: l'elio. Questo, però, richiede una maggiore energia per essere bruciato, e ciò comporta per la stella un cambiamento di aspetto e di "abitudini". Se, infatti fino ad ora la stella era abituata ad usare il suo termostato nel caso in cui le cose andavano storte, ora questo viene a mancare perché di idrogeno non c'è n'è più nel nucleo. L'assenza dell'idrogeno è accompagnata da un'altra assenza di rilievo: quella della pressione della radiazione nucleare. Ora la gravità la fa da padrona e comprime la stella nelle sue mani. Questa, comprimendosi, si inizia a riscaldare enormemente fino a raggiungere nel nucleo i 100 milioni di gradi. In tutto questo trambusto la stella si contrae e spasima fino al momento in cui avviene la sua nuova "Accensione" momentanea. Le contrazioni generano una stella variabile pulsante. Nel nucleo vengono raggiunte temperature necessarie alla fusione dell'elio in carbonio ed ossigeno in un'altra reazione nucleare che stavolta richiede energia maggiore e genera energia minore. Questo rappresenta un nuovo ma breve equilibrio per la stella. Già il suo aspetto è cambiato però, perché bruciando elio la temperatura e salita enormemente e la stella si è espansa. Lontano dal nucleo, ove l'idrogeno incombusto se ne era stato tranquillo, si innescano nuove reazioni nucleari. Questo procura due cose: 1) la stella si espande grazie alla combustione dell'idrogeno che si allarga nello spazio e 2) diventa rossa per il rapido raffreddamento delle sue parti esterne a contatto col vuoto cosmico. La stella è diventata una Gigante rossa

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89 I DESTINI SI DIVIDONO Il nuovo periodo di stabilità non dura però 10 miliardi di anni ( sempre prendendo come esempio una stella simile al sole ) ma "solo" cento milioni di anni. Questo perché, come detto, la fusione dell'elio non e' così efficiente come quella dell'idrogeno. Il paragone più adatto a descrivere la morfologia della stella in questo momento è quello della cipolla. Si creano infatti dei gusci concentrici ognuno dei quali brucia un carburante nucleare diverso. Nella fase di "Gigante rossa", si raggiungono luminosità molte volte più grandi del Sole e dimensioni ragguardevoli. In cielo si possono ammirare tante stelle giunte a questa fase e molte di loro si trovano proprio nelle costellazioni più famose e visibili ad occhio nudo. A questo punto entra in gioco una variabile che decide come finirà di evolversi la stella nelle sue fasi finali: la massa. Infatti per stelle con una massa simili a quella del sole la stella procede verso una fine tranquilla.

90 STELLE CON MASSA MEDIO-PICCOLA Essendo la massa della stella non eccessiva, la stella continuerà a bruciare elio ancora per qualche centinaio di milioni di anni. Tengo a precisare che i tempi sono relativi ad una stella di dimensioni e massa simili a quelle del Sole. I tempi cambiano notevolmente per stelle di massa diversa. Finito anche l'elio resta il suo prodotto e cioè il carbonio. Ma, poiché la massa è relativamente ridotta, la forza di gravità non riesce a comprimere la stella in modo tale da aumentare la temperatura nel nucleo a livelli ancora più elevati e non si innescano nuove reazioni nucleari. La forza di gravità diventa di nuovo padrona della situazione e comprime la stella fino a farle raggiungere densità elevatissime e facendo salire gravemente la temperatura. In questo modo, però, la stella diventa molto piccola ed assume una colorazione bianco acceso. La densità di queste stelle raggiunge valori volte maggiori di qualunque metallo sulla Terra. La piccola stella che si trova al centro è una nana bianca

91 Si è appena formata una "Nana bianca". La nana bianca sopravvive nelle sue ultime fasi sotto un altro equilibrio che la spegnerà lentamente con il passare del tempo. Ai livelli di densità raggiunti, il gas non è formato più da molecole "normali" e in quanto tale non si comporta più da gas normale. Nonostante ciò è ancora in grado di opporre una resistenza alla forza di gravità, ristabilendo ancora una volta quel famoso equilibrio con la forza di gravità. Questa volta ad opporsi alla gravità non è più la pressione nucleare (ormai assente) ma la pressione del gas degenere, raffreddandosi lentamente e inesorabilmente la nana bianca diventa una nana nera. In pratica un faro spento. Le nane bianche, nonostante la loro altissima temperatura e pressione, non sono visibili ad occhio nudo perchè hanno una luminosità bassissima dovuta solamente alle dimensioni, tanto ridotte. La nana bianca è circondata da una quantità notevole di materia espulsa nella fase di gigante rossa. La materia in questione è chiamata nebulosa planetaria ed è costituita dalle polveri e dai gas lanciati nello spazio dalla stella ex gigante rossa

92 STELLE CON MASSA GRANDE Le cose vanno molto diversamente però se la stella in questione ha una massa molto più grande del sole ( diciamo più di 10 volte). Infatti, in tal caso, la gravità prende il sopravvento sulle altre forze e nel nucleo si formano nuclei di ferro grazie alla fusione nucleare a catena che, stavolta non si ferma al carbonio (come succedeva alla gigante rossa) ma prosegue fino al ferro, grazie alle temperature superiori raggiunte. Quindi la stella si viene a trovare in uno stato molto inquieto e inizia ad espandersi in modo incontrollabile divenendo una Supergigante rossa che viene ad avere un diametro grande quanto tutto il sistema solare. Ancora una volta il paragone con la sfoglia di una cipolla è fedele. Gli strati interni bruciano gli elementi più pesanti della tavola periodica mentre gli strati più esterni bruciano elementi più leggeri

93 Arrivati a questo punto però i nuclei di ferro non possono essere più fusi, seguendo il processo di fusione visto fino ad ora, perché la loro fusione non genera energia ma la assorbe. La catena di reazioni nucleari si interrompe. Le supergiganti rosse sono stelle aventi un core ferroso e le cui temperature interne possono raggiungere 1 miliardo di gradi. Il problema è che, nonostante questa grande temperatura, non vi è emissione di energia (infatti manca la pressione di radiazione nucleare) e quindi la stabilità è sempre più compromessa perchè manca un contrasto alla gravità. In una stella di questo tipo la densità raggiunge un miliardo di grammi per cm 3. Un cucchiaino di materia peserebbe un miliardo di tonnellate sulla Terra. Quando il nucleo diviene stracolmo di atomi di ferro la stella non regge più alla pressione della gravità ed esplode in un modo terrificante gettando nello spazio tutto quello che aveva creato compresi gli atomi più pesanti, diventando una supernova.

94 Come se non bastasse la sua capacità di "creare" elementi non si arresta perchè, se nel suo core non ha avuto le possibilità di produrre elementi più pesanti del ferro come l'oro, l'argento, l'uranio, ecc., l'esplosione e l'immane temperatura generata da essa, unitamente alla quantità inimmaginabile di radiazioni che emana, è in grado di creare in un processo chimico complesso anche atomi di oro e i restanti elementi della tavola periodica. La tavola periodica, con tutti i suoi elementi compresi quelli del nostro corpo come l'ossigeno, l'acqua e il carbonio solo per citarne alcuni non sono altro che il prodotto di quelle combustioni nucleari che poi le supernove hanno "distribuito" nello spazio. Espulsi i materiali che circondavano la stella si crea quella che viene detta residuo di supernova o nebulosa. Residuo di Supernova

95 Nelle stelle di grande massa avviene un ulteriore collasso gravitazionale che porta la temperatura fino a un miliardo di gradi e la densità a 1000 Kg/cm³. In tali condizioni possono avvenire le altre reazioni (fusione, fotodisintegrazione, cattura neutronica) che portano alla formazione di nuclei più pesanti. Queste stelle hanno una vita media di poche centinaia di milioni di anni e terminano la loro esistenza con violente esplosioni (supernova). È in questo modo che i nuclei atomici più pesanti necessari alla vita (tra cui per esempio il carbonio, ossigeno, calcio, ferro) sfuggono al confinamento gravitazionale del nucleo della stella e sono rilasciati nello spazio. Il Sole, la Terra e gli altri pianeti del sistema solare hanno avuto origine a partire dai resti di uno di questi eventi catastrofici.

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97 IL RESIDUO DELL'ESPLOSIONE Quello che rimane del nucleo stellare può essere diverso a seconda della massa. Se la massa e' compresa tra 1,4 e 3,4 masse solari si forma quella che viene detta stella a neutroni o pulsar. Questa non e' altro che il residuo dell'esplosione ed e' in uno stato particolare per la enorme forza di gravità. Gli atomi non esistono piu' in quanto tali ma si spezzano e i protoni e gli elettroni si scontrano con grande energia formando i neutroni. I neutroni, riescono a respingere la forza di gravità. Le stelle di neutroni ruotano velocemente su se stesse emettendo due potenti fasci di onde radio in direzioni opposte. Il campo magnetico di questi oggetti è così forte che le onde radio riescono solo a sfuggire dai punti in cui la forza del campo magnetico è minore (ovvero i due poli della stella). Se uno dei due fasci è orientato verso la Terra, si possono osservare gli impulsi emessi dalla stella di neutroni sotto forma di onde elettromagnetiche. Le pulsar ruotano velocissime tanto da compiere anche 30 giri in un secondo e hanno dimensioni estremamente ridotte dell'ordine di poche decine di chilometri

98 Se però la massa del residuo rimanente e' maggiore di 3,4 masse solari si può creare un oggetto la cui forza di gravità e' talmente forte da non far uscire nemmeno la luce: un buco nero. Per chiarire questo basti pensare a questo esempio: se noi volessimo uscire dall'orbita della terra e sfuggire al suo campo gravitazionale in modo tale da poter andare nello spazio senza ricadere sulla terra ( quello che fanno i razzi che accompagnano i satelliti in orbita ), dovremmo superare una velocità critica, chiamata velocità di fuga. Questa velocità, sulla terra, e' di 11 chilometri al secondo. Su un pianeta come Giove e' superiore perche', avendo una massa maggiore, la forza di gravità e' maggiore e quindi anche la velocità di fuga. Ora noi sappiamo che la velocità della luce non e' infinita ma e' di chilometri al secondo. Un valore molto grande ma comunque finito. Ora, se la forza di gravità è così grande da imporre una velocità di fuga maggiore di chilometri al secondo, la luce non può andare nello spazio circostante ma ricade sull'oggetto

99 IL MISTERO DEI BUCHI NERI Questa faccenda causa conseguenze che la fisica non e' ancora bene in grado di spiegare, e situazioni tali da far rabbrividire. Naturalmente visto che, anche se non si vedono, questi oggetti generano comunque un campo gravitazionale perché hanno massa e quindi fanno sentire la loro presenza su qualunque cosa gli passi vicino. Un ipotetico pianeta che si trovasse vicino ad un buco nero di massa simile a quella del Sole, ad una distanza di sicurezza, gli orbiterebbe intorno proprio come fa la Terra con il Sole. Se però la distanza di sicurezza dovesse diminuire fino ad un punto detto " Orizzonte degli eventi " allora il pianeta sarebbe "risucchiato" dal buco nero e per definizione noi non potremmo sapere più che fine a fatto, perchè non potremmo più osservarlo. Difficilmente potremo sapere se una stella, tanto benevola nel creare materia, possa essere in grado di creare oggetti simili od opporsi a ciò diminuendo quella massa oltre la quale la velocità della luce e la forza di gravità si contendono il primato di restare. E mai potremmo sapere nel caso in cui esistano mostri del genere, che fine fa quello che ci va a finire dentro e se le leggi della fisica valide in tutto l'universo valgano anche lì. E' comunque molto probabile che un buco nero, viste le premesse e vista la teoria della relatività, non le conosca nemmeno le leggi della fisica con tanto di conseguenze che non possiamo immaginare

100 INDIVIDUAZIONE Un buco nero è per definizione invisibile. Proprio per questo è molto difficile identificarli se non fosse per il fatto che, in alcuni casi, emettono una grande quantità di raggi X. Questo fenomeno avviene quando nei pressi del buco nero si trova un'altra stella (meglio se una gigante rossa). La grande forza di gravità del buco nero attrae tutta la materia della stella che si surriscalda enormemente emettendo raggi X. I buchi neri dovrebbero essere anche la spiegazione delle forti emissioni energetiche provenienti da alcuni tipi di galassie denominate Nuclei Galattici Attivi (AGN). Al centro di ogni galassia dovrebbe trovarsi un buco nero per la grande quantità di massa presente. Nei casi particolari di galassie più grandi, i buchi neri al centro emettono quantità di energia consistenti che possono essere spiegate considerando tutta la materia che cade nel buco nero. Uno dei candidati buchi neri è la sorgente di raggi X denominata Cignus X-1 al cui interno ci sarebbe una stella doppia in cui una delle due componenti è un buco nero. Per ogni buco nero esiste un punto dello spazio-tempo definito come Raggio di Schwarzchild. Questo è il raggio in corrispondenza del quale lo spazio tempo che circonda una sfera diventa così curvo da rinchiudere il tempo. Il raggio di S. per un oggetto della massa del Sole è di soli 3 chilometri mentre per un oggetto della massa terrestre è di soli 1 centimetro.

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102 La Terra è imperfetta, è fatta con i quattro elementi terra, acqua, aria e fuoco e deve stare ferma al centro dell'universoLa Terra è imperfetta, è fatta con i quattro elementi terra, acqua, aria e fuoco e deve stare ferma al centro dell'universo Tutto ciò che sta nei cieli è perfetto, fatto di una sostanza perfetta che si chiama etere ( o quinto elemento) quindi la forma di tutto quello che sta nei cieli è quella sferica e tutti i movimenti avvengono spontaneamente per mezzo di sfereTutto ciò che sta nei cieli è perfetto, fatto di una sostanza perfetta che si chiama etere ( o quinto elemento) quindi la forma di tutto quello che sta nei cieli è quella sferica e tutti i movimenti avvengono spontaneamente per mezzo di sfere Tutto quello che sta nei cieli è in funzione dell'uomo che è l'essere centrale dell'universoTutto quello che sta nei cieli è in funzione dell'uomo che è l'essere centrale dell'universo PREMESSE MODELLO DI ARISTOTELE Aristotele, continuando l'opera di Platone, costruisce un modello basato sulle premesse enunciate sopra, con 55 sfere

103 Dopo la Terra troviamo in successione: 1. La Luna 2. Mercurio 3. Venere 4. Sole 5. Marte 6. Giove 7. Saturno 8. La sfera delle stelle fisse Il moto del sole in direzione nord-sud che si verifica durante l'anno al cambiare delle sta­gioni fu spiegato pensando che il sole fosse appeso ad una sfera con r asse di rotazione inclinato di 23.5° rispetto all'asse della sfera portante le stelle. Aristotele non spiegava con la sua teoria alcuni fenomeni particolarmente complicati come il moto retrogrado dei pianeti e le loro variazioni di velocità durante il moto lento contro lo sfondo delle stelle

104 UN PRIMO MODELLO ELIOCENTRICO Aristarco di Samo nel terzo secolo A.C. costruisce un modello eliocentrico che gli permetteva di spiegare facilmente il moto retrogrado dei pianeti e molti altri fenomeni. o Sole Il moto retrogrado dei pianeti esterni veniva spiegato con il sorpasso della Terra che girava intorno al Sole con una velocità maggiore rispetto a quella del pianeta. n moto diurno di tutti gli oggetti celesti da est a ovest era dovuto al moto di rotazione della Terra intorno al suo asse. La sfera delle stelle fisse rimaneva ferma nel cielo. Lo spostamento annuo dell'arco compiuto dal Sole nel cielo era dovuto ali' inclinazione dell'asse terrestre.

105 CRITICHE ALLA TEORIA La Terra in movimento non era accettabile per le teorie filosofiche del tempo che consideravano la Terra diversa da tutti gli altri corpi celesti. Se la Terra si fosse mossa intorno al Sole il suo movimento avrebbe dovuto evidenziarsi sullo sfondo delle stelle, che da due punti diametralmente opposti dell' orbita avrebbero dovuto essere in posizioni diverse nel cielo. ( questo movimento non poteva essere valutato solo se le stelle erano enormemente lontane rispetto alle dimensioni dell'orbita della Terra, ma ciò per quei tempi era inconcepibile ). Aristarco non sviluppò sufficientemente il suo sistema per poter fare delle previsioni sulla posizione dei corpi celesti. Aristarco stesso non cercò nemmeno di controbattere le critiche che gli erano state rivolte. Fortunatamente. i suoi argomenti furono annotati e tramandati ai posteri e a distanza di diciotto secoli furono in grado di influenzare il pensiero di Copernico. Ciò dimostra che le idee non restano mai confinate né nel tempo né nello spazio.

106 Nel 150 D.C. Tolomeo di Alessandria perfeziona la teoria geocentrica di Aristotele costruendo un modello che era in grado di prevedere con sicurezza la posizione di un corpo celeste. Per spiegare tutti i vari fenomeni osservabili, introduce tre artifici matematici. EPICICLO Il pianeta gira su una piccola sfera ( l'epiciclo ) il cui centro gira sulla sfera più grande che si chiama deferente. Serve per spiegare il moto retrogrado dei pianeti. Spiega anche perché i pianeti, quando entrano in moto retrogrado, sono più luminosi ( perché sono più vicini alla Terra) ECCENTRICO La Terra non era al centro della sfera del pianeta ma in posizione eccentrica. Dal punto di vista della terra gli archi AB, BD, DE e EA erano uguali ma non dal punto di vista del pianeta che impiegava più tempo a percorrere AB e BD. Sembrava che il pianeta nel tratto ABD andasse più lentamente. Spiegava i cambiamenti di velocità EQUANTE E' un eccentrico modificato. Il pianeta non si muove più di moto circolare uniforme ma percorre nello stesso tempo gli archi AB, BD, DE, EA. Serve a spiegare particolari variazioni di velocità velocità

107 COPERNICO Nicola Copernico ( ). 1/ suo vero nome. io polacco. era Koppernigk, ma, secondo il costume dei Colti del tempo, egli lo sostituì con la forma latina Copernicus Il polacco Nicola Copernico nei primi anni del 1500, prendendo spunto dalle teorie di Aristarco, ripropone la teoria eliocentrica conservando le sfere e artifici matematici come l'epiciclo e l'eccentrico. Copernico, spostando nel Sole il centro dell'universo, riesce però ad eliminare l'unico artificio di Tolomeo incompatibile con l'idea dei greci della perfezione dei cieli: l'equante.

108 La sua teoria si basava su alcune ipotesi: Non esiste alcun centro preciso, geometrico, per tutte le orbite o sfere celesti.Non esiste alcun centro preciso, geometrico, per tutte le orbite o sfere celesti. Il centro della Terra non è il centro dell'universo, ma solo il centro della sfera della Luna. Tutte le sfere ruotano intorno al Sole e perciò il Sole è in posizione centrale rispettoIl centro della Terra non è il centro dell'universo, ma solo il centro della sfera della Luna. Tutte le sfere ruotano intorno al Sole e perciò il Sole è in posizione centrale rispetto all'intero universo. La distanza della Terrà dal Sole è trascurabile se confrontata con la distanza della TerraLa distanza della Terrà dal Sole è trascurabile se confrontata con la distanza della Terra dalle stelle fisse. I moti diurni osservabili nel cielo non derivano dal moto del cielo ma dal moto della Terra.I moti diurni osservabili nel cielo non derivano dal moto del cielo ma dal moto della Terra. La Terra, con l'atmosfera e le acque, compie in un giorno una rotazione completa attorno aiLa Terra, con l'atmosfera e le acque, compie in un giorno una rotazione completa attorno ai suoi poli, mentre il cielo rimane immobile. Ciò che ci appare come moto del Sole, deriva, non dal suo moto, ma dal moto della TerraCiò che ci appare come moto del Sole, deriva, non dal suo moto, ma dal moto della Terra che ruota attorno al Sole come tutti gli altri pianeti. La Terra possiede quindi più un moto. Il moto retrogrado dei pianeti non deriva solo dal loro movimento, ma anche da quello della Terra. Il moto retrogrado dei pianeti non deriva solo dal loro movimento, ma anche da quello della Terra. Copernico con il suo modello ottenne risultati che Tolomeo con il suo non avrebbe mai potuto ottenere: riuscì a calcolare il periodo del moto di ciascun pianeta intorno al Sole e le dimensioni dell'orbita di ciascun pianeta in funzione delle dimensioni dell'orbita terrestre. I valori da lui trovati sono molto simili a quelli di oggi.

109 PIANETA VALORE DI COPERNICO VALORE MODERNO MERCURIO 0,241 anni (88 giorni) 87,97 giorni VENERE 0,614 anni (224 giorni) 224,70 giorni TERRA 1 anno (365 giorni) MARTE 1,88 anni (687 giorni) 686,98 giorni GIOVE 11,8 anni 11,86 anni SATURNO 29,5 anni anni PERIODO DI RIVOLUZIONE DEI PIANETI INTORNO AL SOLE

110 RAGGIO DELLE ORBITE PLANETARIE PIANETA VALORE DI COPERNICO VALORE MODERNO MERCURIO0,38 0,39 U.A. VENERE0,72 0,72 U.A. TERRA1 1,00 U.A. MARTE1,52 1,52 U.A. GIOVE5,2 5,20 U.A. SATURNO9,2 9,54 U.A. U.A.= unità astronomiche ( 1 U.A.= distanza fra la Terra e il Sole)

111 Le stelle non sono più rappresenta bili perché troppo distanti rispetto a tutti gli altri oggetti celesti

112 Galileo riteneva che il modello eliocentrico fosse il modello più semplice e più logico e sostiene tutto questo nel suo trattato, scritto in forma di dialogo, dal titolo Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo. Sarà costretto a ritrattare queste sue idee per non essere accusato di eresia e finire in mano all'Inquisizione. Il merito più grande di Galileo nello studio del moto dei cieli sta però nelle osservazioni da lui fatte con il cannocchiale. Tutte le sue osservazioni smantellavano in un certo senso le premesse su cui si fondavano le teorie geocentriche. Sulla Luna ci sono delle montagne e dei crateriSulla Luna ci sono delle montagne e dei crateri Saturno non è perfettamente sferico ( non poteva ancora distinguere gli anelli )Saturno non è perfettamente sferico ( non poteva ancora distinguere gli anelli ) Ci sono delle macchie scure sul SoleCi sono delle macchie scure sul Sole Venere ha le fasi come la LunaVenere ha le fasi come la Luna Vede comparire una nuova stella all'improvviso nel cielo ( ora sappiamo che era l'esplosione di una stella giunta alla fine della sua vita)Vede comparire una nuova stella all'improvviso nel cielo ( ora sappiamo che era l'esplosione di una stella giunta alla fine della sua vita)

113 => Tutto ciò che sta nei cieli non è perfetto Giove ha 4 satelliti che Galileo chiama lo, Europa, Callisto e Ganimede Giove ha 4 satelliti che Galileo chiama lo, Europa, Callisto e Ganimede => Ci sono altri centri di rotazione oltre alla Terra. La Via Lattea, che appare nel cielo estivo come una fascia luminosa; è in realtà costituita da numerosissime stelle, non visibili ad occhio nudo => Le stelle non esistono in funzione dell'uomo

114 Tycho era un danese che aveva incominciato ad interessarsi di astronomia 1Ì'a i tredici e i quattordici anni. Per poter avere dei dati più precisi riuscì a far costruire su di un'isola della Danimarca un enorme osservatorio astronomico chiamato Uraniborg ( Il castello dei cieli ).. In questo osservatorio usava strumenti che permettevano di ottenere con molta più precisione la posizione dei vari oggetti celesti, anche se non si utilizzava il cannocchiale. Tycho nel 1577 osservando una cometa si accorse che non era un fenomeno atmosferico, come pensavano gli antichi, ma era un oggetto celeste che sicuramente si muoveva nel cielo al di là dell'orbita della Luna. Tycho costruì anche un modello per il moto dei cieli che cercava un compromesso fra i due modelli geocentrico ed eliocentrico, II suo sistema, che vedeva la Terra ferma con la Luna e il Sole che le giravano attorno e tutti i pianeti che giravano intorno al Sole, fu accettato da pochissimi

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116 Keplero dedicò tutta la sua vita a perfezionare la teoria eliocentrica in cui credeva fermamente. Nella sua prima opera importante costruì un modello eliocentrico dove le posizioni dei vari pianeti, compresa la Terra erano individuate da una successione di figure solide che erano i cinque solidi regolari ( tetraedro, cubo, ottaedro, dodecaedro e icosaedro ) alternati in modo opportuno da sfere che comprendevano nel loro spessore l'epiciclo dei pianeti stessi. Nel 1600 Tycho offre a Keplero un posto di assistente nel suo nuovo osservatorio a Praga dove si era trasferito portando con se molti degli strumenti dell'osservatorio di Uraniborg. Keplero incomincia ad osservare Marte e con i nuovi dati molto più precisi cerca di spiegarne il moto con i soliti epicicli ed eccentrici. Non ci riesce! Allora riprende l equante ma anche con questo artificio non riesce a giustificare le varie posizioni del pianeta. Scoraggiato abbandona ogni.. tentativo di spiegazione e si mette semplicemente a descrivere l'orbita, facendo poi la stessa cosa per gli altri pianeti. Trova così tre leggi sperimentali.

117 Prima legge Le orbite dei pianeti sono delle ellissi e il sole occupa uno dei due fuochi Seconda legge Le aree spazzate dalla congiungente il pianeta con il Sole in tempi uguali sono uguali

118 Terza legge Il rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione e il cubo del semiasse maggiore dell' orbita è costante per tutti i pianeti CA = semiasse maggiore dell' orbita = a T = periodo di rivoluzione cioè il tempo che impiega il pianeta a fare un giro completo LEGGE T 2 / a 3 = k

119 Per capire completamente il grande lavoro di Newton, che nacque proprio l'anno in cui morì Galileo e cioè nel 1642, bisogna ricordare la struttura della dinamica di Aristotele. Per Aristotele esistevano tre tipi di moto:. Moto naturale dei cieli. Moto naturale sulla Terra dovuto allo spostamento spontaneo di ciascun oggetto verso la posizione naturale dell' elemento di cui era maggiormente costituito ( terra, acqua, aria, fuoco). Fra questi moti c'erano tutti i moti di caduta. Moto violento sulla Terra provocato da una forza che era direttamente proporzionale alla velocità, perché per lui lo stato naturale dei corpi era la quiete.

120 Newton, servendosi del lavoro dei suoi predecessori fra cui anche Galileo, parte dal presupposto che esista un unico tipo di moto governato da tre principi: l-La tendenza naturale dei corpi è quella di mantenere costante la velocità intesa da un punto di vista vettoriale 2-Se in un corpo si osserva un cambiamento di velocità e quindi un'accelerazione, su quel corpo deve agire una forza direttamente proporzionale all'accelerazione 3-Se un corpo agisce su di un altro con una forza quest'ultimo corpo deve agire sul primo con una forza uguale in modulo e direzione alla prima ma con verso contrario INDICE

121 NellUniverso le stelle non sono isolate ma organizzate in sistemi chiamati GALASSIE. Una galassia contiene centinaia di miliardi di stelle, polveri e gas. In base alla forma le galassie possono essere ELLITTICHE, a SPIRALE e IRREGOLARI. Spesso nelle galassie le stelle sono raggruppate in AMMASSI ( insieme di corpi che si sono formati dalla stessa nube ) molto complessi distribuiti in modo non uniforme nello spazio

122 La galassia a cui appartiene il Sistema solare è una galassia a spirale, visibile in cielo come VIA LATTEA, e fa parte di un ammasso denominato GRUPPO LOCALE. Diametro di circa al e spessore di circa 5000 al; è formata da un disco con un nucleo centrale più denso, da cui partono diversi bracci a spirale. Il Sole si trova su uno dei bracci

123 Lo studio delle galassie lontane è molto complesso a causa dellenorme distanza e della difficoltà di ottenere immagini nitide. Gli spettri delle galassie presentano un RED SHIFT cioè uno spostamento delle linee spettrali verso le lunghezze donda maggiori. Questo dimostra che le galassie si stanno allontanando le une dalle altre ad una velocità che può essere misurata mediante la legge di Hubble ( v = H d ). Il moto di allontanamento è detto MOTO DI RECESSIONE. La scoperta di questo moto induce a ritenere che l Universo sia in espansione

124 Se immaginiamo di tornare indietro nel tempo, allora, nel tempo, allora, ci sarà un istante in cui tutta la materia presente nellUniverso doveva essere concentrata in un atomo primordiale, dalle dimensioni piccolissime, (paragonabili a quelle di una pallina con cui gioca un bambino piccolo), con unenorme quantità di energia

125 Circa 15 miliardi di anni fa iniziò lUniverso: la sua origine è descritta dalla teoria HOT BIG BANG. Ebbe inizio un lungo processo di espansione che continua ancora oggi, con leffetto di raffreddare progressivamente lUniverso. Un secondo dopo linizio dellespansione lUniverso è costituito da una miscela di particelle elementari, tra cui protoni, neutroni, elettroni, fotoni, neutrini che costituiscono il suo contenuto di materia e di energia. La sua densità raggiunge i 10 kg/cm³ (come se centomila uomini si stringessero in un cubo di un metro di lato). La scala delle dimensioni dellUniverso è circa quella del nostro Sole.

126 In queste condizioni e in accordo con la legge di equivalenza tra energia e massa (E = m c²) succede che le coppie di fotoni (raggi gamma) si scontrano e si trasformano in una coppia elettrone – positrone: la radiazione dà origine a materia ed antimateria. Esiste quindi un equilibrio tra produzione di coppie e di radiazione γ γ γ γ e - e + e - e + Produzione di coppieAnnichilazione

127 Dopo circa tre minuti, la temperatura dellUniverso è scesa a un miliardo di gradi, la densità è pari a quella dellacqua (1g/cm³). La scala delle sue dimensioni è aumentata fino a diventare circa cento volte più grande del nostro Sole. In queste condizioni possono avvenire i processi che portano alla formazione dei nuclei degli atomi più leggeri. La formazione di questi nuclei avviene in seguito alle reazioni schematizzate nel grafico della diapositiva successiva.

128 Un protone e un neutrone collidono e si uniscono a formare un nucleo di deuterio. Un nucleo di deuterio può unirsi a un protone per formare He 3, oppure può unirsi a un neutrone per formare un nucleo di trizio. In questo modo, combinando le specie che vengono via via formate, si ottengono i nuclei atomici degli elementi più leggeri nel processo noto come nucleo sintesi cosmologica.

129 Passati i primi tre minuti, lUniverso è troppo freddo perché possano continuare a formarsi nuovi nuclei. Circa il 30% dellelio presente oggi nellUniverso è stato creato in questi primi tre minuti ( questo fattore è una prova a sostegno del BIG BANG perché senza questo elio prodotto inizialmente, lelio presente attualmente nellUniverso deriverebbe dalle reazioni termonucleari delle stelle e questa quantità sarebbe troppo elevata rispetto alle previsioni, e non sarebbe distribuita in maniera così uniforme ovunque. Questo è in accordo con lipotesi che si sia formato nellUniverso primordiale, prima della nascita delle stelle e delle galassie )

130 Passati anni dal Big Bang, lenergia si è sufficientemente ridotta da consentire ai nuclei atomici di catturare gli elettroni formando così gli atomi neutri. LUniverso è ora trasparente alla radiazione. Avviene cioè il disaccoppiamento radiazione – materia

131 La radiazione emessa dalla sfera di fuoco ad alta temperatura si irraggiava in ogni direzione: pur diluita ed indebolita (raffreddata) dallespansione, quella radiazione dovrebbe impregnare tutto lUniverso. Nel 1965, per caso, due ricercatori del Bell Telephone Laboratory nel New Yersey ( Penzias e Wilson ) osservarono lesistenza di una radiazione di fondo, rilevabile con i radiotelescopi e in ogni direzione dello spazio, corrispondente ad una temperatura di circa 3°K (- 270 °C). Tale radiazione residua è come l eco del Big Bang

132 Il satellite Cobe, messo in orbita intorno alla Terra nel 1989, ha tracciato una mappa che mette in evidenza minuscole variazioni della radiazione di fondo. Le differenze di colore rappresentano lievissime variazioni di temperatura (meno di un decimillesimo di grado Kelvin). Attraverso losservazione della radiazione è possibile studiare direttamente le condizioni fisiche dellUniverso primordiale

133 Dopo la formazione degli elementi leggeri, la distribuzione della materia dellUniverso in espansione porta alla formazione di grandi strutture: galassie e ammassi di galassie.

134 Se il parametro che regola la velocità di espansione dellUniverso nei suoi primi istanti fosse stato di una parte su dieci milioni più piccolo, lUniverso sarebbe rapidamente collassato su se stesso e non ci sarebbe stato il tempo per la formazione di nessun oggetto stellare. Se fosse stato più grande di una stessa quantità, non si sarebbero potute condensare le galassie. La dinamica del processo ha portato alla formazione di galassie di vario tipo, tra cui quelle a spirale di cui un esempio è la Via Lattea

135 INDICE

136 BIG BANG disaccoppiamento radiazione materia Comparsa delle prime galassie Formazione del sistema solare DNA LUNIVERSO IN UN ANNO Letà dellUniverso è stimata essere di circa 15 miliardi di anni. Se lo comprimiamo in un anno, il big bang coincide con la mezzanotte del 1° gennaio e oggi è la mezzanotte del 31 dicembre h. 22 Compaiono i primi ominidi h :costruiamo i primi utensili h : apprendiamo luso del fuoco h : nascita di Gesù h : viene scoperta lAmerica 4 centesimi di secondo prima di mezzanotte: luomo mette piede sulla Luna h QUI e ORA INDICE

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138 Il Sistema Solare è linsieme dei corpi che risentono dellattrazione gravitazionale esercitata dal Sole. Comprende il SOLE, una stella nana gialla, i PIANETI, corpi opachi dotati di un movimento di rotazione intorno al proprio asse e di un moto di rivoluzione intorno al Sole, i SATELLITI che si muovono intorno ad alcuni pianeti, e una serie di corpi minori ( comete, asteroidi, meteoriti ) Il Sole ed il Sistema Solare si sono formati contemporaneamente circa 5 miliardi di anni fa. Il Sole si trova a una distanza media di circa 150 milioni di km dalla Terra. Ha una temperatura superficiale di circa 6000 K e irradia una quantità di energia pari a 3,9 * W. E costituito prevalentemente da idrogeno ed elio, ma contiene anche elementi pesanti come calcio, carbonio, ossigeno, azoto, ecc…

139 NUCLEO: materiale allo stato di plasma ( elettroni liberi e nuclei ); reazioni nucleari con trasformazione di idrogeno in elio e perdita di massa. La massa perduta viene trasformata in fotoni ad alta energia, in prevalenza raggi x e raggi γ ZONA RADIATIVA: trasmette il calore che riceve dal nucleo mediante irraggiamento ZONA CONVETTIVA: è costituita da gas ionizzato nel quale si verificano moti turbolenti di convezione che trasportano il calore e lenergia provenienti dalla zona radiativa verso la fotosfera FOTOSFERA: superficie visibile del Sole. Struttura a granuli ( zone più calde e luminose ) dovuta ai moti convettivi. La manifestazione più importante dellattività della fotosfera sono le macchie solari che si formano e scompaiono con una certa regolarità e periodicità Cromosfera e corona solare costituiscono latmosfera solare La cromosfera può estendersi fino a km sopra la fotosfera ed ha una colorazione rossastra Nella corona solare origina il vento solare, flusso di particelle ionizzate che si disperde nel Sistema Solare

140 Il Sole è una stella normale La sua massa (2x10 30 kg) non è né troppo grande, nel qual caso il Sole avrebbe vita troppo breve per accompagnare unevoluzione biologica) né troppo piccola (la Terra finirebbe con il sincronizzare il proprio moto di rotazione con quello di rivoluzione, distruggendo il clima temperato e lavvicendarsi delle stagioni) La radiazione solare è relativamente stabile.Inoltre la maggior parte della radiazione emessa dal Sole è alle lunghezze donda della luce visibile (e questo dipende dalla temperatura della fotosfera) Se il Sole fosse più freddo, emetterebbe la maggior parte della radiazione allinfrarosso; se fosse più caldo emetterebbe di più nellultravioletto SE IL SOLE AVESSE UNA DIFFERENTE SUPERFICIE, POTREBBE QUINDI ESSERCI UN FENOMENO IMPORTANTE COME LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA?

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142 Intorno al Sole si muovono i PIANETI, corpi celesti relativamente freddi che riflettono la luce che ricevono dal Sole. Il moto di un Pianeta su se stesso si chiama ROTAZIONE mentre il moto intorno al Sole è detto RIVOLUZIONE. Il tempo di rotazione è detto GIORNO, il tempo di rivoluzione è detto ANNO.

143 IL MOTO DI RIVOLUZIONE DEI PIANETI INTORNO AL SOLE E DESCRITTO DALLE TRE LEGGI DI KEPLERO

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145 Terza legge Il rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione e il cubo del semiasse maggiore dell' orbita è costante per tutti i pianeti CA = semiasse maggiore dell' orbita = a T = periodo di rivoluzione cioè il tempo che impiega il pianeta a fare un giro completo LEGGE T 2 / a 3 = k

146 Le tre leggi di Keplero descrivono ma non spiegano i movimenti dei pianeti. La spiegazione di questi movimenti è da cercare nella legge di gravitazione universale secondo la quale due corpi dotati rispettivamente di massa m1 ed m2 si attirano con una forza direttamente proporzionale al quadrato della distanza (d): F=G ( m1* m2 )/ d 2 Dove G è la costante di gravitazione universale

147 In base alla posizione rispetto al Sole e alla diversa costituzione chimica e fisica si distinguono: pianeti di tipo terrestre o interni, Mercurio, Venere, Terra, Marte; hanno piccola massa, bassa velocità di rotazione, nessuno o pochi satelliti; sono rocciosi e costituiti da elementi pesanti ed hanno perciò una densità elevata pianeti di tipo terrestre o interni, Mercurio, Venere, Terra, Marte; hanno piccola massa, bassa velocità di rotazione, nessuno o pochi satelliti; sono rocciosi e costituiti da elementi pesanti ed hanno perciò una densità elevata pianeti di tipo esterno o gioviano, Giove, Saturno, Urano e Nettuno; grande massa, alta velocità di rotazione; sono costituiti da ghiaccio e gas leggeri, mancano di una superficie solida e hanno bassa densità; hanno un numero elevato di satelliti pianeti di tipo esterno o gioviano, Giove, Saturno, Urano e Nettuno; grande massa, alta velocità di rotazione; sono costituiti da ghiaccio e gas leggeri, mancano di una superficie solida e hanno bassa densità; hanno un numero elevato di satelliti Lultimo pianeta, Plutone, sembra avere caratteristiche in parte simili ai pianeti interni ed in parte a quelli esterni. Oltre ai pianeti e ai loro satelliti, nel Sistema Solare troviamo anche corpi minori: asteroidi, comete, meteore e meteoriti.

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149 Privo di satelliti, è il più piccolo dei pianeti e il più vicino al Sole. Data la difficoltà di osservazione, dato che è visibile solo quando è basso sull'orizzonte, cioè all'alba e al tramonto, è stato possibile conoscere le sue caratteristiche fisiche solo in seguito all'esplorazione fotografica di parte della superficie fatta dalla sonda statunitense Mariner 10 (1974/75). Come la Luna, Mercurio presenta zone pianeggianti e fortemente craterizzate; queste sono dovute al fatto che il pianeta, essendo privo di atmosfera a causa della sua bassa forza di gravità, è soggetto ad urti violenti con rocce e polveri cosmiche che si trovano sulla sua traiettoria. Inoltre per l'assenza di atmosfera si hanno sbalzi di temperatura impressionanti: circa 600 gradi fra la parte in ombra e quella illuminata dal Sole. La formazione più rilevante della superficie di Mercurio è il Bacino del calore, che probabilmente ha avuto origine dall'urto, avvenuto circa 3,5 miliardi di anni fa, con una grossa meteorite; esso ha un diametro di 1300 km e una profondità di 9 km rispetto al livello medio della superficie. Riguardo alla struttura interna si ipotizza l'esistenza di un nucleo di ferro avente un diametro di circa 3600 km (circa l'80% del diametro del pianeta) e responsabile del debole campo magnetico misurato dalla strumentazione del Mariner 10.

150 Avvolto da una densa coltre di nubi con alto potere riflettente, che rendono il pianeta particolarmente luminoso,Venere è stato a lungo ritenuto simile alla Terra perchè molte delle sue caratteristiche fisiche (diametro, massa,densità, gravità) sono all'incirca uguali a quelle del nostro pianeta. Si credeva addirittura che su Venere potesse essere diffusa la vita.Tali supposizioni sono poi crollate in seguito alle ricerche effettuate sia dalla Terra (mediante indagini radar e spettroscopiche) che dallo spazio, con le sonde sovietiche Venera, statunitensi Mariner e dalla missione Pioneer-Venus. Sono quindi venute alla luce le sostanziali differenze fra i due pianeti. L'atmosfera di Venere è composta per il 97% di anidride carbonica e per il restante 3% di azoto, argon e da tracce di altri gas; alla sommità delle nubi, cioè a 60 km dalla superficie, la pressione è 1/10 di quella terrestre e la temperatura è di -30 °C. Segue che alla superficie la pressione è di atmosfere e la temperatura di circa 500 °C. Il valore così alto della temperatura può essere spiegato come risultato della vicinanza al Sole e dell'effetto serra determinato dall'alta percentuale di anidride carbonica nell'atmosfera, che non lascia sfuggire la radiazione infrarossa emessa dalla superficie del pianeta. La rotazione di Venere avviene il senso retrogrado (su Venere vedremmo il sole sorgere ad ovest e tramonta ad est) e presenta una periodicità diversa a seconda che ci si riferisca alla sommità delle nubi o al livello della superficie. Osservando le nubi alla lunghezza d'onda dell'ultravioletto, si vede che il periodo di rotazione di alcune strutture atmosferiche è di circa 4 giorni, mentre il pianeta sottostante ha un periodo di rotazione che è stato calcolato studiando le emissioni di microonde riflesse dalla superficie e si attesta su 243 giorni. Tale differenza nella velocità di rotazione ha portato ad ipotizzare che la superficie del pianeta sia spazzata da venti che raggiungono la velocità media di km/h. Informazioni sulla superficie, nascosta dallo spesso strato di nubi, sono state ottenute con rilevamenti radar fatti da terra e dallo spazio. Il suolo di Venere si presenta per lo più pianeggiante ma non mancano vaste depressioni, come la Venus Rift Valley che è profonda 3-4 km e lunga 1400 km, e rilievi che superano i 1000 m di altezza. Venere non ha satelliti e nemmeno campo magnetico.

151 La visione della Terra dallo spazio è molto suggestiva; si vede un globo dalle prevalenti tonalità bianche ed azzurre, ricoperto in gran parte da nubi che lasciano intravedere le strutture continentali. Dalla Luna la Terra si vedrebbe circa 3,8 volte più grande di quanto dalla Terra si vede la Luna; inoltre, poiché la Luna in prima approssimazione rivolge alla Terra sempre lo stesso emisfero, un ipotetico osservatore lunare vedrebbe la Terra sempre nella stessa posizione rispetto ad un certo riferimento sull'orizzonte. Infine se si osservassero la Terra e la Luna da Venere, esse apparirebbero come componenti di un sistema doppio.

152 Noto come il pianeta rosso per la sua colorazione visibile anche ad occhio nudo, Marte, se osservato al telescopio, rivela due bianche calotte polari, macchie di color rosso cupo e una serie di sottili strutture scure, i canali individuati da Schiaparelli nel 1877, che per la loro disposizione regolare, fecero pensare all'esistenza di civiltà extraterrestri. In seguito è stato accertato che i canali non sono altro che illusioni ottiche dovute a turbolenze atmosferiche. Le calotte sono costituite da uno strato di ghiaccio d'acqua ricoperto da un altro di ghiaccio secco (anidride carbonica solida), il quale fonde durante l'estate marziana perché la temperatura ambientale (-68 °C) è superiore a quella di liquefazione dell'anidride carbonica (-125 °C), secondo la pressione atmosferica di Marte. L'atmosfera marziana è composta prevalentemente di anidride carbonica con tracce di azoto e di vapore acqueo; è molto rarefatta, dato che è circa 100 volte meno densa di quella terrestre, e quindi risulta piuttosto agevole studiare la superficie del pianeta.

153 La superficie di Marte è stata fotografata a partire dal dagli anni '60 dalle sonde della serie Mariner e Viking e presenta caratteristiche fortemente diverse da una zona all'altra del pianeta. Nell'emisfero settentrionale predominano infatti regioni pianeggianti e desertiche coperte da rocce rossastre e da detriti ricchi di ferro e di idrossidi di ferro. L'emisfero meridionale, invece, appare molto accidentato e ricoperto da numerosi crateri, segno di antichi bombardamenti meteoritici; in tale emisfero, ad esempio, si trova Hellas, uno dei più grandi bacini da impatto del sistema solare, che ha un diametro di 1800 km e una profondità di 3 km. Caratteristiche sono anche le due vaste regioni Tharis ed Elysium, situate al di sopra dell'equatore di Marte: presentano una concentrazione di vulcani di notevoli dimensioni, quale il Monte Olimpo, alto 26 km. La zona meridionale della Tharis è, inoltre, solcata dalla Valles Marineris, un'enorme frattura che si estende per più di 5000 km, pari ad 1/6 della circonferenza di Marte, ed è larga in alcuni tratti anche 100 km. Marte ha due satelliti, Phobos e Deimos, scoperti nel 1877 da A. Hall. Entrambi sono molto piccoli e di forma irregolare - il diametro medio di Phobos è di 25 km, quello di Deimos è di 13 km - ed hanno la superficie quasi completamente ricoperta di crateri di varie dimensioni.

154 E' il più grande dei pianeti del sistema solare. Rispetto al Sole ha un diametro 10 volte più piccolo, massa circa 1000 volte inferiore e quindi ha densità media uguale. Per un osservatore terrestre Giove, all'epoca dell'opposizione, è il pianeta più brillante dopo Venere. Il telescopio rivela un sensibile appiattimento e una serie di fasce chiare e scure alternate, parallele all'equatore. Tale aspetto è anche conseguenza del breve periodo di rotazione del pianeta; ruota in 9h 50m e questo comporta una velocità lineare all'equatore di 12,6 km/sec. Poiché la rotazione è più rapida all'equatore che ai poli, si deduce che Giove non è un corpo solido. L'alta atmosfera, che è quanto di Giove si può direttamente osservare, mostra un'avvicendarsi di forme molto mutevoli che cambiano aspetto e posizione e scompaiono nel giro di poche ore o di pochi giorni.à Fa eccezione la grande Macchia Rossa, un'enorme formazione che fu scoperta 3 secoli fa (1664) da R. Hooke nell'emisfero sud del pianeta. I costituenti principali dell'atmosfera sono idrogeno ed elio, con percentuali simili a quelle osservate sul Sole, e sono presenti anche metano ed ammoniaca in quantità inferiori. La temperatura dello strato esterno delle nubi è di -150 °C circa e aumenta andando verso l'interno fino a circa 30 °C.

155 La spessa atmosfera che avvolge il pianeta impedisce di effettuare osservazioni in profondità, ma, sulla base dei dati raccolti dalle sonde spaziali Voyager e Pioneer, è stato possibile ipotizzare un modello interno di Giove. Il modello prevede un nucleo roccioso di silicati di ferro, contenuto in un involucro di idrogeno metallico liquido, che potrebbe essere causa dell'intenso campo magnetico del pianeta. Altra caratteristica di Giove è quella di essere soggetto ad una piccola contrazione, circa un millimetro all'anno, sufficiente però a determinare un'emissione di energia da parte del pianeta che è superiore a quella ricevuta dal Sole. Giove possiede un anello e attualmente sono conosciuti 15 satelliti. L'anello fu rivelato nel 1979 dalle sonde Voyager; spesso solo 4 km, è situato a circa km dalla sommità delle nubi dell'atmosfera di Giove. Dei 15 satelliti i maggiori sono Amaltea, Io, Europa, Ganimede e Callisto, in ordine di distanza crescente dal pianeta. Amaltea è un piccolo masso roccioso di forma oblunga (250 km per 140 km); gli altri 4, noti anche come satelliti medicei, furono scoperti da Galileo nel Rivolgono al pianeta sempre la stessa faccia, come Amaltea, e sono diversi l'uno dall'altro per aspetto e per la caratteristiche intrinseche. Io, ad esempio, è ricco di vulcani attivi e privo di crateri, mentre Europa è quasi completamente ricoperto di ghiaccio.

156 E lultimo pianeta visibile ad occhio nudo. Tipico pianeta gioviano con massa grande ( 95 volte quella della Terra ) superficie estesa e densità bassissima. Composto prevalentemente da idrogeno, ruota molto velocemente ma per compiere un giro intorno al Sole impiega quasi 30 anni. Ha una temperatura superficiale bassissima. La sua atmosfera contiene elio, metano, ammoniaca, etano e soprattutto idrogeno. La caratteristica più spettacolare di Saturno è la sottile fascia di anelli che si estende intorno al piano equatoriale ( fascia spessa poche centinaia di metri e larga quasi km ). Gli anelli sono costituiti da piccoli frammenti solidi ( 1/1000 di mm ), forse ammoniaca allo stato solido, e altre sostanze. Forse si tratta di materiali che non sono riusciti ad aggregarsi per formare un satellite a causa della ridotta distanza che li separa dal pianeta. Intorno a Saturno sono stati finora scoperti 31 satelliti; il maggiore è TITANO, un corpo roccioso grande quanto Mercurio, molto freddo, dotato di una propria atmosfera.

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158 … e GIOVE: I GIGANTI BUONI Questi due pianeti hanno una massa molto più grande di quella della Terra. Giove, in particolare, ha un diametro dieci volte più grande di quello terrestre e una massa 320 volte maggiore

159 La sua rapida crescita ha influenzato la formazione dei pianeti più interni. Inoltre, per la sua massa, ripulisce il Sistema Solare dagli asteroidi. Si calcola che il flusso di asteroidi (con un diametro di 10 km) sulla Terra sarebbe 10 mila volte maggiore se Giove non si fosse formato o avesse tardato la sua formazione. Le conseguenze sarebbero state disastrose: sulla Terra non ci sarebbero state le condizioni relativamente stabili di clima e temperatura, che hanno favorito la presenza della vita sul Pianeta e la sua evoluzione fino a forme evolute.

160 Non era noto agli antichi a causa della sua piccola magnitudine (5,7), quasi al limite della visibilità per l'occhio umano. La sua scoperta avvenne nel 1781, quando già era in uso il telescopio, da parte di W. Herschel, il quale, nel corso delle sue abituali osservazioni del cielo, notò un oggetto insolito che ben presto riconobbe essere un pianeta dal moto lento fra le stelle. Osservato al telescopio, Urano appare come un minuscolo disco verdastro, del diametro apparente di soli 4", troppo piccolo perché si possano individuare dettagli significativi della superficie. Urano ruota intorno al Sole in senso retrogrado e il suo asse è inclinato di 82° rispetto alla perpendicolare del piano dell'orbita. La sonda Voyager 2, che il 24 gennaio 1986 è arrivata a soli km da Urano, ha permesso di aggiornare le nostre conoscenze sul pianeta. Si è accertato che: il periodo di rotazione del pianeta intorno al proprio asse è compreso fra le 15 e le 17 ore; la temperatura, ai livelli delle nubi esterne, è di -210 °C; il campo magnetico ha una intensità di 0,25 gauss. Urano presenta un sistema di 10 anelli; di questi, 5 furono scoperti nel 1977 mediante lo studio dell'occultazione, da parte del pianeta, di una stella che, al passaggio di ogni anello, veniva temporaneamente oscurata; altri 4 furono scoperti nel 1978 con lo stesso metodo; il decimo fu rivelato nel 1986 dalla sonda Voyager 2. Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberon sono nell'ordine crescente di distanza dal pianeta, i satelliti di Urano noti prima dei dati trasmessi dalla sonda Voyager 2. Ruotano in senso retrogrado nel piano equatoriale del pianeta; il più piccolo di essi è Miranda con un diametro di circa 500 km, mentre il maggiore è Oberon che ha un diametro di circa 1600 km. Il numero dei satelliti attualmente conosciuti di Urano è 15, ma è probabile che tale numero aumenti.

161 E' stato osservato per la prima volta nel 1846, quando la sua esistenza era stata già dedotta teoricamente dalle irregolarità del moto di Urano, le cui posizioni effettive non coincidevano con quelle calcolate mediante le leggi della meccanica celeste. La temperatura media alla sommità dell'atmosfera è di -215 °C, superiore di circa 10 °C a quella prevista, per cui è stata fatta l'ipotesi di una sorgente di calore interna. Nettuno ha due satelliti, Tritone e Nereide. Tritone è il più interno e si muove in senso retrogrado; col suo diametro di 3800 km è uno dei più grandi satelliti del sistema solare. Nereide, scoperto da Kuiper nel 1949, ha dimensioni molto minori e descrive un'orbita di elevata eccentricità.

162 E' attualmente il più lontano dei pianeti conosciuti; visto da Plutone, il sistema solare apparirebbe come uno spazio vuoto e desolato. Caratteristiche principali di questo remoto pianeta sono l'inclinazione dell'orbita sul piano dell'eclittica (17,2°) e l'elevata eccentricità (0,25) per effetto della quale, quando è al perielio, Plutone si avvicina al Sole più di Nettuno. Scoperto nel 1930 da C. Tombaugh, Plutone è ancora poco conosciuto a causa del suo piccolo diametro apparente. Alcuni astronomi avanzano l'ipotesi che sia stato un satellite di Nettuno spinto su un'orbita insolita da un eccessivo avvicinamento a Tritone. La bassa temperatura superficiale media, inferiore ai -220 °C, porta a pensare che la maggior parte dei materiali si trovino in forma liquida o solida sulla superficie del pianeta. Ulteriori informazioni su Plutone sono state ottenute recentemente, in seguito alla scoperta (22 giugno 1978), da parte di J. Coristi, di un satellite, Caronte, che ha permesso una determinazione più attendibile dei parametri fisici del pianeta. Oggi si sa che Plutone ha un diametro che supera i 2300 km, una massa che è 1/400 di quella terrestre e, quindi, bassa densità media (0,7 g/cm 3 ). Caronte ha un diametro di 1000 km circa; il suo periodo di rivoluzione è uguale a quello di rotazione di Plutone, per cui nel cielo di Plutone, Caronte resta sempre fermo nella stessa posizione. La distanza di Caronte dal pianeta è di appena km e questo spiega perché nelle fotografie Caronte appaia solo come una deformazione del bordo dell'immagine di Plutone.

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164 Nella regione fra Marte e Giove, dove, secondo la legge di Titius-Bode, dovrebbe trovarsi a 2,8 u.a. dal Sole, un pianeta, orbitano numerosi oggetti celesti chiamati pianetini o asteroidi. Il primo asteroide conosciuto è Cerere, scoperto a Palermo da G. Piazzi il 1° gennaio 1801; altri tre, Pallade, Giunone e Vesta, furono individuati fra il 1802 e il Il seguito è stata fatta, mediante la fotografia celeste, una ricerca sistematica di tali oggetti. Oggi sono stati catalogati più di 2000 asteroidi; la maggior parte sono compresi fra Marte e Giove (fascia asteroidale); pochi si trovano entro l'orbita di Marte e oltre quella di Giove; uno, Chirone, èè fra le orbite di Saturno e Urano. Gli asteroidi sono corpi relativamente piccoli: Il più grande è Cerere ed ha un diametro di 1000 km, ma la maggior parte degli asteroidi ha una dimensione di pochi chilometri. La massa complessiva degli asteroidi dovrebbe essere 1/2500 di quella terrestre. L'eccentricità media delle orbite è di 0,14 mentre l'inclinazione media è di 9,7°. Vi sono ovviamente delle eccezioni, come Betulia che ha un piano orbitale inclinato di 52°, mentre Hidalgo ha un'orbita tanto eccentrica che all'afelio raggiunge l'orbita di Saturno, mentre al perielio quella di Marte. Discordanti i pareri sull'origine degli asteroidi: alcuni li attribuiscono alla disgregazione di un pianeta; altri ritengono, e questa è l'ipotesi piú accettata, che si siano condensati nella forma attuale dalla materia primordiale.

165 BLUE MOON Il sistema Terra-Luna è un caso anomalo, nel quale le dimensioni del satellite sono paragonabili a quelle del pianeta compagno. Se la Luna non esistesse, o fosse molto più piccola, lobliquità della Terra varierebbe caoticamente da 0° a 85° rispetto al piano delleclittica

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167 Corpi celesti di massa piccola costituiti di ghiaccio e polveri, che diventano visibili quando si avvicinano al Sole. Le comete possono muoversi in modi diversi: molte restano intrappolate nel Sistema Solare e percorrono orbite ellittiche intorno al Sole con una periodicità variabile, altre invece percorrono orbite paraboliche o iperboliche che le portano ad avvicinarsi al Sole per poi allontanarsi dal Sistema Solare. Le comete sono costituite da un nucleo solido contenente metalli, silicati, metano, ammoniaca, acqua e biossido di carbonio congelati. Quando nel loro percorso si avvicinano al Sole, il nucleo lascia evaporare i materiali volatili che lo costituiscono e si sviluppa una chioma di dimensioni variabili. La chioma sotto la pressione del vento solare, forma come una coda lunga anche milioni di km. Tra le comete regolari a periodo corto, forse la più luminosa è la COMETA DI HALLEY, il cui periodo orbitale è di circa 76 anni ( ultimo passaggio nel 1986 ). Tra le comete a lungo periodo la COMETA HALEBOPP, avvistata per la prima volta nel 1995, ha un periodo orbitale di 200 anni, ed è più grande e meglio osservabile di Halley

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169 Le meteore sono frammenti di comete ed asteroidi che entrano nellatmosfera terrestre e si incendiano a causa dellattrito; per questo la denominazione di stelle cadenti. Nellarco dellanno ci sono periodi in cui la Terra attraversa zone dello spazio dove ci sono maggiori concentrazioni di particelle solide ( per esempio appartenenti ad una cometa estinta ) che entrano nellatmosfera e si infiammano in modo spettacolare. ES: Notte di San Lorenzo il 10 agosto

170 INDICE Si definiscono meteoriti gli oggetti, prevalentemente provenienti da asteroidi, che dopo aver attraversato latmosfera terrestre precipitano al suolo. Ogni anno sulla Terra cadono migliaia di tonnellate di materiali, nella maggior parte dei casi sono micrometeoriti. Le meteoriti più grandi hanno scavato sulla Terra imponenti crateri e si presume che alcune di esse abbiano causato anche gravi disastri ecologici ( es. estinzione dei dinosauri ). Una delle meteoriti più grandi di cui si abbia traccia è quella che anni fa scavò il Meteor Crater in Arizona, profondo 200 m e largo 1300 m. Letà stimata delle meteoriti è di circa 4,5 miliardi di anni e probabilmente derivano da corpi che si sono originati durante la formazione del Sistema Solare

171 Tutti i corpi, il firmamento, le stelle, la Terra e i suoi regni non valgono la più piccola intelligenza: questa conosce tutto ciò e se stessa; i corpi no. Da tutti i corpi messi insieme non si potrebbe ricavare un piccolo pensiero: questo è impossibile, e appartiene a un altro ordine Blaise Pascal Da Pensieri


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