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Istituto Comprensivo R. Viviani di Casalnuovo di Napoli Presenta: primo approccio allastronomia pratica per gli studenti della scuola media A cura degli.

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1 Istituto Comprensivo R. Viviani di Casalnuovo di Napoli Presenta: primo approccio allastronomia pratica per gli studenti della scuola media A cura degli alunni del Progetto Percorsi di Astronomia Responsabile del progetto: Prof. Fulvio Baldanza docente di Matematica e Scienze

2 2 Alunni impegnati nel progetto: Agoretti Giuseppe – II i Aquino Emmanuele – II l Ardire Aurelia – III e Armeni Antonio – II i Bruno Davide – III b Caiazzo Daniela – III e Capobianco Emanuela – III d Cipolletta Marco – II h Cozzolino Domenico III d Guarino Simona – III e Maione Giannantonio – II l Martini Roberta – III e Molino Luigi – II h Orabona Elvira III e Ottaiano Veronica III d Piantone Donatella III e Scannapieco Federica III e Scarca Michele III e Torella Denise III e Trusiano Giuseppe III a Docenti impegnati nel Progetto: Prof. Fulvio Baldanza – Docente di Matematica e Scienze Prof. Anna Paparo – Docente di Matematica e Scienze Ringraziamo di cuore il nostro Dirigente Scolastico, Prof. Francesco Del Giudice, per gli utili consigli ed incoraggiamenti e per lentusiasmo con il quale ha voluto intraprendere con noi laffascinante viaggio nel mondo dellAstronomia. La più sublime, la più nobile tra le scienze è senza dubbio lAstronomia. Luomo sinnalza per mezzo di essa come al di sopra di se medesimo Giacomo Leopardi Storia dellAstronomia

3 3 Indice Lastronomia, scienza antica e moderna………………………..pag 4 Osserviamo anche noi il cielo…………………………….pag 5 Gli strumenti per osservare il cielo……………………….Pag 5 I binocoli……………………Pag 5 I telescopi…………………………………………………………..Pag 6 Esplorare lo spazio…………………………………………………Pag 7 Punti di riferimento………………………………………………...Pag 7 Una giostra gigante……………………………………………….Pag 9 Stelle e costellazioni………………………………………………Pag 11 Osservare il cielo………………………………………………….Pag 11 Il Sistema Solare…………………………………………………...Pag 13 Osservare i pianeti………………………………………………...Pag 14 Il Sole……………………………………………………………….Pag 15 Le macchie solari………………………………………………….Pag 16 Osservare la Luna…………………………………………………Pag 17 I pianeti terrestri del Sistema Solare…………………………….Pag 19 Comè fatto Mercurio? Pag 19 Comè fatto Venere? Pag 19 Come ci appare la Terra? Pag 20 Come si presenta Marte? Pag 21 I pianeti gassosi del Sistema Solare…………………………….Pag 22 Come ci appare Giove? Pag 22 Comè fatto Saturno? Pag 23 Quali sono le caratteristiche di Urano, Nettuno e Plutone?......Pag 24 Cosa sono gli asteroidi e le comete? Pag 25 Cosa sono le meteoriti? Pag 26 La nascita del Sistema Solare……………………………………Pag 27 Come si è formato il Sole? Pag 27 Quando morirà il Sole…………………………………………….Pag 28 Come si sono formati i pianeti del Sistema Solare? Pag 28 Per approfondire……………………………………………………Pag 30 Letture per ragazzi…………………………………………………Pag 30 Risorse di rete………………………………………………………Pag 30

4 4 Rivolgendo lo sguardo verso il cielo dopo il tramonto, si possono ammirare corpi celesti meravigliosi ed in gran parte misteriosi. Stelle, galassie lontanissime, nebulose, ammassi. Ed ancora i pianeti del nostro sistema solare e la Luna. Già ad occhio nudo lo spettacolo è affascinante, ma un binocolo o un telescopio possono davvero aprirci le porte dellUniverso. Lastronomia, scienza antica e moderna Lastronomia è considerata una scienza antica o forse la più antica. Tuttavia, le ultime missioni spaziali e la costruzione di telescopi orbitanti come lHubble rendono lo studio dei corpi celesti una delle scienze più moderne. Si ritiene che lUomo abbia sempre osservato e studiato i fenomeni celesti. Ma i primi veri studi astronomici iniziarono alcune migliaia di anni fa in Medio Oriente per raggiungere il massimo splendore durante lantica civiltà greca, più di duemila anni fa. A quei tempi però si studiavano solo i movimenti degli astri, la cui natura rimaneva misteriosa. Inoltre, si credeva che la Terra fosse al centro dellUniverso. Solo nel XVI secolo, lastronomo Niccolò Copernico mostrò che la Terra è solo un pianeta del sistema solare come Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno (gli altri pianeti non erano ancora stati scoperti), e che insieme ad essi girava intorno al Sole. Queste idee furono in seguito confermate ed approfondite da Galileo Galilei che per primo utilizzò il cannocchiale (letteralmente occhiale a cannone) da poco inventato da un ottico olandese. In seguito, il matematico Giovanni Keplero, scoprì che le orbite dei pianeti sono ellittiche e nel XVII secolo, il fisico e matematico inglese Isaac Newton dimostrò che la forza di gravità determina i moti di tutti i corpi celesti. Dai tempi di Newton si è scoperto che le stelle sono tanti soli e che il nostro Sole è solo una delle cento e più miliardi di stelle che compongono la nostra galassia, la Via Lattea. Sopra rappresentazione dellUniverso Tolemaico. In basso rappresentazione dellUniverso Copernicano In seguito, nel XX secolo, lamericano Edwin Hubble ha dimostrato che la Via Lattea è solo una delle innumerevoli altre galassie e che lUniverso è in continua espansione iniziata decine di miliardi di anni fa da una esplosione di colossale potenza: il Big Bang.

5 5 Osserviamo anche noi il cielo Nonostante i suoi grandiosi progressi, lastronomia rimane una scienza a cui possono dare il contributo anche i semplici appassionati, con una minima strumentazione. E possibile ad esempio seguire le variazioni di luminosità delle stelle variabili, registrare le piogge meteoriche, o monitorare le tempeste che si producono nelle atmosfere di Marte, Giove e Saturno. Inoltre, con un po di fortuna si può scoprire una stella che esplode (nova) o una cometa. Gli strumenti per osservare il cielo Gli astronomi usano binocoli e telescopi per osservare gli oggetti celesti, in modo da vederli più luminosi ed ingranditi. Questi strumenti possono raccogliere più luce dellocchio umano in modo da permettere losservazione anche di oggetti invisibili ad occhio nudo e, sfruttando gli ingrandimenti, di coglierne i dettagli più fini. Lo strumento ideale per lastrofilo principiante è il binocolo, tuttavia, per studi più approfonditi è necessario utilizzare il telescopio. I binocoli Un buon binocolo per le prime osservazioni astronomiche è il 7x50 o il 10x50. Non conviene utilizzare binocoli con ingrandimenti superiori poiché sono quasi sempre troppo pesanti e richiedono il cavalletto per un comodo utilizzo. In realtà un binocolo 10x50 o 7x50 di ottima produzione è uno strumento meraviglioso in grado di mostrare campi stellari di straordinaria bellezza. Se hai un binocolo ed un telescopio, prova ad esempio ad osservare lammasso delle pleiadi, nella costellazione del Toro, prima con il telescopio e poi con il binocolo e vedrai che differenza! Infine un consiglio evita lacquisto di binocoli ad ingrandimento variabile (con oculare zoom) pur essendo validi per losservazione naturalistica non sono adatti alle osservazioni astronomiche. Binocolo 10x50 ottimo per iniziare Binocolo astronomico per esperti

6 6 I telescopi I telescopi si dividono generalmente in rifrattori e riflettori. I rifrattori sono detti anche cannocchiali o telescopi galileani poiché Galileo Galilei per la prima volta ne usò uno per i suoi studi astronomici. I cannocchiali sono formati essenzialmente da un tubo che ha ad una sua estremità una lente o gruppo di lenti principali dette obiettivo che raccolgono e focalizzano la luce su un piano. Limmagine focalizzata viene ingrandita da una altro gruppo di lenti, dette oculare, sistemate allaltra estremità del tubo. Sopra. Schema ottico di un telescopio rifrattore I telescopi rifrattori sono insuperabili nellosservazione della Luna e dei pianeti in quanto danno immagini molto ben definite, ma hanno lo svantaggio di costare veramente tanto, soprattutto quelli cosiddetti apocromatici che sono in genere destinati ad astrofili esperti.

7 7 I telescopi riflettori sono detti anche telescopi newtoniani perché inventati dal grande fisico Isaac Newton. Sono i più diffusi perché a parità di diametro dellobiettivo sono molto meno costosi dei rifrattori. In questi telescopi la luce viene raccolta e focalizzata da uno specchio parabolico e non da una lente come per i cannocchiali. Limmagine focalizzata viene deviata da uno specchio secondario al sistema di lenti delloculare che la ingrandiscono. Sopra. Schema ottico di un telescopio riflettore Anche se non danno immagini perfette come i rifrattori, i newtoniani costruiti accuratamente, possono essere utilizzati per losservazione di tutti gli oggetti del cielo, Luna e pianeti inclusi. Il loro basso costo inoltre, permette di acquistare uno strumento di maggiore diametro in grado di raccogliere più luce. Particolare niente affatto trascurabile nelle osservazioni di oggetti dalla debole luminosità. Esplorare lo spazio Punti di riferimento Come in tutti i viaggi, anche per il nostro viaggio di esplorazione verso lo spazio abbiamo bisogno di introdurre alcuni punti di riferimento; infatti, per poter studiare il moto dei corpi celesti come la Luna, il Sole e le stelle, è necessario stabilire anzitutto rispetto a che cosa essi si spostano.

8 8 Lo zenith rappresenta la direzione dello spazio esattamente sopra il capo dell'osservatore. Il nadir è invece la direzione opposta, cioè agli antipodi rispetto all'osservatore. Naturalmente, la direzione dello zenith e del nadir dipendono dal punto in cui si trova l'osservatore. L'orizzonte è il piano che passa per l'osservatore ed è perpendicolare alla direzione dello zenith. Su di esso vengono definite quattro direzioni: nord, est, sud e ovest. Esso ci appare come una linea retta, lungo la quale il cielo e la terra si incontrano. Il sud è la direzione nella quale si trova il Sole quando è al punto più alto sull'orizzonte, allincirca a mezzogiorno, il nord è la direzione opposta; est e ovest si trovano a 90° dal nord e dal sud. Ad un osservatore posto sulla superficie terrestre, le stelle e i pianeti appaiono proiettati su una sfera immaginaria, detta sfera celeste. La sfera celeste non esiste veramente, ma è un modo che l'uomo ha trovato per rappresentare la posizione degli oggetti nel cielo. Essa non è una sfera comune, perchè non ha un raggio vero e proprio nè una superficie: il suo centro coincide con il centro della Terra, mentre il suo "raggio" è infinito, cioè la sua "superficie" è posta ad una distanza infinita da noi. L'orizzonte è anch'esso un piano infinito, e divide la sfera celeste in due emisferi. Sulla sfera celeste è visibile solo la direzione di un corpo celeste, ma non la sua posizione reale, che dipende naturalmente anche dalla sua distanza da noi, come puoi vedere nella figura a fianco. In basso. Le costellazioni sembrano essere gruppi di stelle reali. In realtà sono solo un effetto ottico dovuto alle grandi distanze degli astri. Su questa sfera immaginaria è stato quindi necessario "costruire" dei punti di riferimento, cioè delle direzioni rispetto alle quali osservare il moto dei pianeti, della Luna ecc... Con questo scopo l'uomo ha ideato nel passato un sistema di costellazioni.

9 9 Le stelle ci appaiono sulla sfera celeste come dei puntini luminosi, isolati l'uno dall'altro, che a gruppi sembrano formare delle figure dette costellazioni (per esempio animali, figure mitologiche, oggetti..). Le costellazioni sembrano dei gruppi di stelle veri e propri; in realtà, tra le stelle di una costellazione non c'è nessun legame: si tratta solo di un effetto di prospettiva. Definire una costellazione è solo un modo per identificare un gruppo di stelle tra le migliaia che ci sono in cielo. Una giostra gigante Ci sembra che il Sole e le stelle si muovano intorno a noi, mentre in realtà è la Terra che ruota attorno al proprio asse, mostrandoci via via regioni del cielo diverse. Questo provoca la rotazione apparente delle stelle durante la notte e quella del Sole nel cielo (e di conseguenza l'alternarsi del dì e della notte sulla superficie terrestre). Il punto attorno al quale le stelle sembrano ruotare si chiama polo celeste (nel nostro caso è il polo celeste Nord). Dalla parte opposta della sfera celeste c'è il polo celeste Sud. La retta che passa per i due poli celesti è il prolungamento dell'asse di rotazione terrestre. Il piano perpendicolare all'asse di rotazione terrestre e passante per il centro della Terra è il piano equatoriale. Come ben sai, esso interseca la superficie della Terra in un cerchio, detto equatore. Allo stesso modo, il piano perpendicolare alla direzione dei poli celesti prende il nome di piano dell'equatore celeste. Nell'immagine qui sotto puoi vedere meglio la relazione tra i punti di riferimento della Terra e quelli celesti. Tutti i corpi celesti, come vedremo più avanti, sono dotati di un moto di rotazione attorno ad un asse. La rotazione avviene mentre il corpo si muove nello spazio, e quindi i due movimenti non sono tra loro incompatibili. È come quando un pallone viene calciato: mentre si muove verso la sua meta, esso ruota rapidamente su se stesso.

10 10 Le stelle e il Sole sembrano dunque compiere un giro completo attorno a noi in 24 ore. La Terra, quindi, ruota intorno al proprio asse alla velocità di 15 gradi ogni ora. La rotazione avviene da ovest verso est, cioè se osservassimo la Terra da sopra il Polo Nord, la vedremmo ruotare in senso antiorario. Il raggio della Terra all'equatore è pari a Km, mentre ai poli è di Km. Ciò significa che ogni ora, un punto fisso A sull'equatore percorre ben 1670 chilometri (vedi figura). Naturalmente, un altro punto B che non si trovi sull'equatore percorre un arco BB' più breve di AA', nello stesso intervallo di tempo. Per esempio, un punto situato nel Nord Italia percorre in un'ora all'incirca Km a causa della rotazione terrestre. Anche se non te ne accorgi, nel tempo che hai impiegato per leggere queste righe, anche tu hai compiuto una rotazione insieme alla Terra, spostandoti di oltre 140 Km! A causa della rotazione della Terra, dunque, la sua superficie è sempre illuminata per metà dal Sole, mentre l'altra metà si trova in ombra. Quando la superficie terrestre entra nella zona d'ombra, incomincia la notte: essa è preceduta però da un periodo di penombra, così come lo è il sorgere del Sole. Ciò avviene a causa dell'atmosfera terrestre: le particelle che compongono l'atmosfera diffondono i raggi della luce solare in tutte le direzioni, quindi anche verso la zona buia, creando una zona di penombra: l'alba (prima che il Sole sorga) e il crepuscolo (dopo il tramonto del sole). Se la Terra non avesse atmosfera, passeremmo improvvisamente dal pieno giorno alla notte fonda e viceversa. Nella figura a destra si vede l'effetto dell'atmosfera: un osservatore posto nel punto P della superficie terrestre vede il crepuscolo.

11 11 Stelle e Costellazioni La volta celeste è suddivisa in 88 aree chiamate costellazioni. Allinterno di queste aree gli astronomi usano un sistema convenzionale di nomi, lettere e numeri per identificare gli oggetti celesti. Lastronomo greco Tolomeo, nel suo trattato LAlmagesto, (150 a.C. circa) riconobbe 48 costellazioni molte delle quali rappresentavano personaggi e creature della mitologia greca. In tempi più recenti furono aggiunti gli altri raggruppamenti di stelle soprattutto dellestremo emisfero sud invisibile alle latitudini della grecia e perciò anche a Tolomeo. Nelle mappe celesti le stelle più luminose di una costellazione sono unite tra loro da linee in modo da costruire la figura da cui prende nome la costellazione anche se la somiglianza con loggetto o il personaggio mitologico è quasi sempre vaga e spesso anche la disposizione delle linee cambia nelle diverse mappe. Generalmente i nomi delle costellazioni sono abbreviati con sigle di tre lettere. Ad esempio Ursa Major: UMa; Sagittarius: Sgr; Ursa Minor: UMi; Orion: Ori. Se si osservano le stelle con attenzione, ci si accorge subito che alcune sono più luminose di altre. La luminosità di un oggetto astronomico è detta magnitudine, e dipende sia dalla sua luminosità intrinseca che dalla sua distanza dalla Terra. Il grande astronomo dellantichità Ipparco di Nicea, classificò le stelle visibili ad occhio nudo usando una scala numerica da 1 a 6, dando valore 1 alle stelle più luminose e valore 6 a quelle che a stento riusciva a percepire ad occhio nudo. Oggi, con binocoli e telescopi si riesce facilmente a superare la 6a magnitudine e vedere stelle anche dalla 20a alla 30a magnitudine, milioni di volte più deboli delle stelle più luminose. In genere, le stelle più luminose in una costellazione sono contrassegnate da una lettera greca. Ad esempio alfa Cygni è la stella più luminosa della costellazione del Cigno; alfa Orionis è la stella più luminosa della costellazione di Orione, seguita da beta Orionis. Alle stelle più deboli, si assegna invece un numero di catalogo. Tuttavia, le stelle di maggiore magnitudine, essendo note sin dai tempi antichi hanno anche dei nomi propri, generalmente arabi, e così alfa Cygni è Deneb, alfa Orionis si chiama Betelgeuse, Righel è il nome di beta Orionis oppure Antares è il nome della stella più luminosa della costellazione dello Scorpione (alfa Scorpii). Osservare il cielo Quando si è alle prime armi riconoscere i vari oggetti nel cielo notturno, può essere difficile. Il modo migliore per imparare ad orientarsi nella giungla della volta celeste è quello di imparare a distinguere le costellazioni più importanti, magari servendosi di un economico planisfero o astrolabio di cartoncino e di una bussola. Ma anche solo con la bussola ed un po di pazienza è possibile imparare a riconoscere una quindicina di costellazioni. A questo scopo ci si serve di due costellazioni guida: lOrsa Maggiore o Grande Carro e Orione.

12 12 Come si vede dalla figura, individuato il Nord con la bussola, basta rintracciare il gran carro e… seguire le indicazioni, si individueranno facilmente la Stella Polare - che indica il nord geografico cioè la direzione dellasse di rotazione terrestre – e le stelle più luminose di altre sette costellazioni. A Sud, durante i mesi invernali è possibile ammirare la splendida costellazione di Orione che ci conduce ad altre cinque importanti costellazioni e ci permette di rintracciare lammasso stellare aperto più spettacolare del nostro cielo: le pleiadi.

13 13 Fatta esperienza ad occhio nudo con queste prime costellazioni si può passare a qualcosa di più impegnativo come la consultazione delle mappe stellari per trovare gli oggetti più deboli e difficili da osservare. Ecco di seguito un esempio di mappa stellare Il Sistema Solare Il Sole può essere considerato il perno del Sistema Solare. Intorno alla nostra stella orbitano nove pianeti con i loro satelliti ed una grande quantità di asteroidi (pianetini). Nel Sistema Solare inoltre, gravitano miliardi di detriti cosmici, dalle dimensioni di un granello di sabbia a quelle di una montagna. Tuttavia, la massa del Sole è pari al 99,9% di quella dellintero Sistema. Tutti i componenti sono vincolati dalle forza di gravità. Ai confini estremi del Sistema esiste una nube di miliardi di comete che si estende a metà strada della distanza dalla stella più vicina, per circa 2 anni luce. Tutti i pianeti orbitano intorno al Sole in senso antiorario rispetto al polo nord solare ed ogni pianeta ruota anche su se stesso. I pianeti si possono suddividere in due modi. La prima suddivisione riguarda la loro distanza dal Sole. Si distingue tra i pianeti interni, cioè i più vicini, e quelli esterni, i più lontani. Tra i pianeti interni, troviamo nell'ordine: Mercurio (il più vicino al Sole), Venere, la Terra e Marte. I pianeti esterni sono invece il gigante Giove, Saturno, Urano, Nettuno ed infine il lontanissimo Plutone. L'altro modo in cui di solito i pianeti vengono suddivisi riguarda la loro composizione. Forse sei abituato a pensare ad un pianeta come ad un corpo roccioso come la Terra su cui vivi, ma non tutti i pianeti sono così. In realtà, soltanto i pianeti interni e Plutone sono solidi e quindi possiedono una superficie ben definita. Per questo motivo si chiamano anche pianeti rocciosi.I pianeti rocciosi sono anche molto più piccoli e densi degli altri. Gli altri pianeti, i più grandi, sono costituiti da un piccolo nucleo solido centrale, ricoperto da uno strato fluido molto spesso, il quale a sua volta è circondato da un involucro di gas. Questi pianeti vengono detti quindi pianeti gassosi o giganti e non possiedono una superficie come la Terra. Molti pianeti possiedono a loro volta dei satelliti, corpi rocciosi più piccoli che vi orbitano intorno. Il satellite più famoso è quello della Terra: la Luna. Alcuni pianeti hanno anche degli anelli; il più maestoso insieme di anelli è quello che circonda Saturno. Gli anelli sono

14 14 composti da una miriade di minuscoli frammenti di roccia e ghiaccio, che ruotano attorno al pianeta tutti insieme, formando così una specie di fascia, larga e sottile. Queste sono, in breve, le caratteristiche che accomunano i vari pianeti. In realtà il Sistema Solare è una specie di "zoo": pianeti, comete, asteroidi e satelliti sono molto diversi tra loro. Gli stessi pianeti differiscono l'uno dall'altro per dimensioni, temperatura, composizione chimica e caratteristiche del suolo. Sopra. Rappresentazione artistica dei nove pianeti del Sistema Solare Osservare i pianeti Le orbite della Terra e degli altri pianeti giacciono più o meno sullo stesso piano: quindi vediamo i pianeti percorrere in cielo una linea immaginaria, chiamata Eclittica che rappresenta il cammino del Sole durante lanno. Quindi per trovare i pianeti basta cercare nel cielo approssimativamente lungo il percorso immaginario sul quale si muove il Sole nellarco della giornata. I pianeti come Mercurio e Venere, la cui orbita è interna a quella della Terra, sono sempre prossimi al Sole e quindi si osservano ad Est prima del sorgere del Sole oppure ad Ovest dopo il tramonto, e mai in piena notte (ma se Venere è facile da osservare, Mercurio è difficilissimo da scorgere). Cinque pianeti – Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno – sono abbastanza luminosi da essere visibili ad occhio nudo. Si possono riconoscere prendendo come riferimento le costellazioni dello zodiaco in cui si trovano. Tuttavia, ricordate: i pianeti si muovono! Durante i mesi passano da una costellazione allaltra. Per la loro identificazione conviene consultare le facili effemeridi mensili pubblicate su una delle numerose riviste specializzate. Infine, i pianeti più esterni sono difficili da vedere perché poco luminosi: sono lontanissimi! Urano e Nettuno si vedono al binocolo ed hanno laspetto di stelle. Per Plutone è necessario un telescopio.

15 15 Il Sole Domina il sistema solare ed è fonte di calore e di luce per tutti i pianeti che orbitano intorno ad esso, Terra compresa. Il Sole, che dista dalla Terra 150 milioni di chilometri, Si tratta di una stella gialla, con una temperatura tra i e i 6.000°C. Ha un diametro di circa 1 milione e km, 100 volte maggiore di quello della Terra, e la sua forza di gravità è 27 volte più grande di quella terrestre. A fianco. Il globo infuocato del sole con le protuberanze ben visibili. Nel Sole, come nelle altre stelle, lenergia proviene da un nucleo dove le temperature salgono fino a 15 milioni di gradi. A queste temperature, lidrogeno si fonde in elio e questa reazione nucleare sprigiona una enorme quantità di energia che risale attraverso le zone radiativa e convettiva fino alla superficie o fotosfera. Al di sopra della fotosfera si trova uno strato di gas meno denso chiamato cromosfera, da cui si innalzano imponenti getti di materia gassosa caldissima e luminosa: le protuberanze che con lunghezze di centinaia di migliaia di chilometri, raggiungono la regione più esterna: la corona solare. Il Sole può quindi immaginarsi come una colossale centrale atomica che irradia una quantità di energia inimmaginabile. Sono sufficienti infatti solo 400 metri quadrati della superficie solare per irradiare una quantità di energia pari a quella prodotta da tutte le centrali elettriche del mondo.

16 16 Le macchie solari Macchie solari fotografate con un piccolo telescopio da F. Baldanza AVVERTENZA: LOSSERVAZIONE DEL SOLE E PERICOLOSA E PUO PORTARE A CECITA PERMANENTE. VA ESEGUITA DA ESPERTI O SOTTO LA GUIDA DI PERSONE ESPERTE

17 17 Osservare la Luna La Luna si muove attorno alla Terra lungo un' orbita ovale a chilometri all'ora. La Luna non possiede un'atmosfera, così la temperatura varia tra i -184 gradi °C durante la notte, ai 214 gradi °C durante il giorno, eccetto ai poli, dove la temperatura è sempre -96 gradi °C. La Luna è in realtà un po' asimmetrica, perché la crosta lunare è più spessa da una parte e più sottile dall'altra. Quando si osserva la Luna, si vedono zone chiare e altre scure. Le aree scure sono giovani pianure chiamate deriva da mari, e sono composte di basalto, una roccia vulcanica di colore scuro che magma solidificato. Il basalto ha ricoperto un'area creata da un gigantesco impatto con un asteroide o una cometa. Le zone chiare sono altipiani, montagne che si sono sollevate a causa degli impatti. La superficie lunare è ricoperta da un terreno fine chiamato "regolite", che si è originato dalla disgregazione delle rocce lunari operata dall'impatto di piccole meteoriti. Gli scienziati pensano che la Luna si sia formata da una collisione tra la Terra e un corpo celeste delle dimensioni di Marte avvenuta più di 4 miliardi di anni fa. Una teoria sostiene che i detriti creati nell'impatto furono scagliati nello spazio, dove, grazie alla gravità, si compattarono formando la Luna. L'attrazione gravitazionale della Luna sulla Terra influenza gli oceani terrestri creando le maree. Più la Luna è vicina alla Terra e più forte è l'effetto. L'intervallo tra due massimi di marea è circa 12 ore e 25 minuti. Le fasi, o l'apparenza mutevole della Luna, dipendono dalla sua posizione relativamente a Sole e Terra. Quando si trova fra Sole e Terra, la faccia che rivolge alla Terra è oscura. Questa fase è detta luna nuova. Quando la Luna viaggia verso Est lungo la propria orbita, sempre più della sua luce diventa visibile da Terra e la Luna si dice nella fase di falce crescente. Quando si sposta ancora verso Est, Sole, Luna e Terra formano un angolo di 90 gradi e la Luna appare mezza illuminata e mezza oscura, fase detta primo quarto. Dopo questa fase, oltre un quarto di Luna diventa visibile, così si dice gobba crescente. Mentre continua la sua rivoluzione attorno alla Terra, la Luna si allinea con Sole e Terra, con la Terra nel mezzo. La faccia che la Luna ci rivolge è ora completamente illuminata, questa viene detta luna piena. Notte dopo notte, la porzione illuminata della Luna visibile da terra diventa più piccola, quindi la Luna si dice ora calante. Dopo la fase di gobba calante, la Luna entra nellultimo quarto, quando ancora una volta appare mezza illuminata e mezza oscura. L'ultima fase prima di completare una rivoluzione attorno alla Terra è quella della falce calante, dopodiché si ripresenta una luna nuova.

18 18 L'aspetto della Luna visto da Terra. La luna nuova si osserva di giorno. La luna piena si osserva durante la notte. Sopra. Le due immagini di regioni lunari riprese con un piccolo telescopio da F. Baldanza, mostrano la grande quantità di crateri e montagne presenti sulla superficie del nostro satellite.

19 19 I pianeti terrestri del Sistema Solare È molto difficile rappresentare in scala il sistema solare su un foglio di carta, perché se noi immaginassimo di disegnare il Sole come un cerchio di 14 cm di diametro, il pianeta a lui più vicino dovrebbe essere rappresentato con un pallino di diametro 0,5 mm posizionato a 5,8 m di distanza. Dando quindi per scontato che i disegni del sistema solare sono molto approssimativi, cerchiamo di analizzare le diverse caratteristiche dei pianeti che ne fanno parte, iniziando da quello più vicino al Sole: Mercurio. Comè fatto Mercurio? Mercurio è uno dei pianeti più inospitali del sistema solare. La sua temperatura può raggiungere i 400 °C durante il giorno e scendere sotto i -170 °C di notte. La sua superficie mostra numerosissimi crateri. Su questo pianeta non cè atmosfera, ma solo un sottile strato di elio; le giornate sono lunghissime; sembra, infatti, che il Sole, che appare tre volte più grande che dalla Terra, non tramonti mai; ciò succede perché Mercurio, per ruotare su se stesso, impiega ben 176 giorni terrestri. Comè fatto Venere? Venere è, come Mercurio, un pianeta molto caldo: la sua temperatura raggiunge anche i 500 °C. Latmosfera è formata da anidride carbonica: la pressione sulla sua superficie è circa 90 volte superiore a quella sulla Terra; non esiste o quasi lacqua e le nubi contengono acido solforico. Muoversi su Venere è quindi molto faticoso: immaginate di spostarvi dentro un liquido molto denso, coperti da un cielo sempre molto nuvoloso e giallastro, con una temperatura altissima. Ma qualche cosa di curioso accade anche qui: al contrario che sulla Terra, il Sole sorge a Ovest e tramonta a Est. Ciò è dovuto al fatto che Venere ruota su se stesso con un movimento contrario a quello della Terra; come se, invece di andare avanti, andasse allindietro. Per questo motivo il movimento è detto retrogrado.

20 20 Mercurio e Venere avendo orbite interne a quella terrestre, non si allontanano mai troppo dal Sole e quindi si osservano ad est allalba o ad ovest dopo il tramonto. Ma se Venere è facilissimo da individuare per la sua luminosità, Mercurio invece è un pianeta che non si lascia osservare tanto facilmente in quanto è piccolo e molto vicino al Sole. Infatti, non sono molti gli astrofili che possono vantarsi di averlo visto. Come ci appare la Terra? Immaginando di essere su un altro corpo celeste e vista da lontano, la Terra appare come un pianeta colorato, circondato da tante nubi bianche in movimento. È avvolta, fino a unaltezza di 600 km, da unatmosfera composta da azoto, ossigeno, vapore acqueo, anidride carbonica e altri gas. Tra una nuvola e laltra, dai buchi che ogni tanto si aprono tra le nuvole, si possono osservare zone verdi o brune (i continenti), circondati dal blu intenso degli oceani. Proprio allacqua degli oceani la Terra deve il suo soprannome di pianeta blu. Ma, vista da queste distanze, anche la Terra appare disabitata e senza vita; per accorgersi della presenza delluomo bisogna avvicinarsi fino a qualche centinaio di metri di altezza: solo allora si riescono a notare le strade, i campi coltivati e le costruzioni. Il nostro pianeta ha un satellite che ruota insieme a lei intorno al Sole, la Luna. La Terra, il pianeta blu, apparve così agli astronauti che lhanno fotografata dalla Luna.

21 21 Come si presenta Marte? Su Marte, quarto pianeta del sistema solare, fa molto freddo: la temperatura, infatti, è quasi sempre sotto lo 0. Ogni tanto si leva una leggera brezza, che si trasforma a poco a poco in vento violento: questo soffia anche a 200 km allora, sollevando nuvole di polveri e di sabbia che rendono di colore giallo-ocra tutto il pianeta. Il giorno dura qualche minuto in più che sulla Terra, mentre lanno corrisponde a 687 giorni terrestri. Su Marte si incontrano solo grossi sassi coperti di sabbia rossastra, rocce e blocchi di pietra continuamente spazzati dal vento. Anche su Marte, come su Mercurio e Venere, malgrado tutte le supposizioni sullesistenza dei marziani, è molto improbabile che ci sia mai stata vita. La superficie di Marte come si presenta allocchio delle sonde che vi sono atterrate

22 22 Losservazione di Marte è piuttosto difficile. Marte è piccolo e si avvicina sufficientemente alla Terra solo una volta ogni due anni. Tuttavia, con un po di allenamento e di attenzione è possibile scorgere facilmente le luminosissime calotte polari oltre che qualche formazione rocciosa sulla superficie. Inoltre, con strumenti amatoriali si possono osservare e studiare le frequenti tempeste di sabbia che spesso raggiungono dimensioni planetarie. Marte fotografato con uno strumento amatoriale da F. Baldanza I pianeti gassosi del sistema solare Come ci appare Giove? Giove ci appare ricoperto di nuvole fluttuanti e di diversi colori: arancioni, bianche e gialle, con una grande macchia rossa nellemisfero inferiore (australe). Si tratta del più grande pianeta del sistema solare: il suo diametro è 10 volte più grande di quello terrestre, possiede almeno 15 lune e ruota su se stesso in modo velocissimo (una rotazione in meno di 10 ore). La velocità di rotazione, associata al suo stato fluido, fanno sì che assuma la forma di una sfera fortemente schiacciata ai poli. Latmosfera che lo circonda, formata da idrogeno, elio e da altri gas, è continuamente illuminata da numerosissimi lampi. Le bande nuvolose dellatmosfera del pianeta sono parallele allEquatore: esse sono formate da metano e ammoniaca e sono continuamente in movimento. La grande macchia rossa, infatti, non è altro che un gigantesco ciclone perennemente fisso sulla stessa zona del pianeta. Così potremmo vedere Giove se ci avvicinassimo a circa un milione di chilometri.

23 23 Sopra. Due immagini di Giove riprese con un piccolo telescopio da F. Baldanza, dimostrano quanto sia facile osservare la superficie di questo gigante del Sistema Solare. Nella foto a sinistra si notano anche la Grande Macchia Rossa e il satellite Io e la sua ombra sulla superficie del pianeta. A destra sono visibili i satelliti Io ed Europa. Giove è il pianeta più luminoso dopo Venere ed è così grande che anche con un binocolo è possibile apprezzare il suo disco rotondo oltre ai quattro satelliti galileiani (Io, Europa, Ganimede e Callisto). Con un piccolo telescopio si possono osservare i sistemi nuvolosi più grandi e la Grande Macchia Rossa. Comè fatto Saturno? Dopo Giove, Saturno rappresenta il pianeta più grande del sistema solare: è circondato da una serie di anelli, composti da uninfinità di particelle microscopiche di natura diversa, che per questo appaiono di diversa colorazione (le più piccole sono pezzetti di ghiaccio). Latmosfera di Saturno è costituita da metano e ammoniaca e la sua temperatura si aggira intorno a –130 °C. Il pianeta ruota su se stesso in circa 11 ore, ma ci mette ben 29 anni e 167 giorni per compiere un giro intorno al Sole. Il cielo di Saturno, come quello di Giove, è caratterizzato dalla presenza di numerose lune: Saturno ha infatti dieci satelliti di dimensioni diverse.

24 24 Alla osservazione anche con piccoli telescopi, Saturno appare subito spettacolare con il suo magnifico corteo di anelli. A fianco. Immagine di Saturno ripresa con un piccolo telescopio da F. Baldanza Quali sono le caratteristiche di Urano, Nettuno e Plutone? Una bella immagine di Urano ripresa dal Voyager 2 Nettuno fotografato dal Voyager 2 nel 1989 Plutone e il suo satellite Caronte ripresi dal Telescopio Spaziale Hubble nel 1994 Urano, Nettuno e Plutone sono i pianeti più esterni del sistema solare. Urano presenta unatmosfera simile a quella di Giove, una temperatura intorno a –200 °C e conta cinque satelliti. Impiega 84 anni terrestri a percorrere un giro intorno al Sole, mentre per girare intorno a se stesso gli bastano solo 11 ore circa. Contrariamente agli altri pianeti che hanno lasse di rotazione più o meno perpendicolare al piano della loro orbita, Urano è quasi adagiato sul piano dellorbita, su cui, più che ruotare, sembra che rotoli. Nettuno, che dista dal Sole 4 miliardi e mezzo di chilometri, appare come un disco verde-azzurro, colore dovuto al fatto che nella sua atmosfera è presente il metano. Possiede due satelliti e la sua temperatura, vista la distanza dal Sole, è bassissima: da –130 a –200 °C. Su Nettuno il giorno dura 16 ore e lanno 164 anni terrestri. Plutone, infine, è un pianeta, per quello che sappiamo, molto probabilmente ricoperto di metano gelato, con una temperatura intorno a –230 °C. Il Sole è talmente distante che appare piccolo, come una stella qualsiasi, incapace ormai di riscaldare la superficie del pianeta.

25 25 Cosa sono gli asteroidi e le comete? Gli asteroidi sono pianetini di piccole dimensioni che ruotano formando una fascia abbastanza ampia in una zona situata tra Marte e Giove. A fianco. Asteroide Ida con il suo piccolo satellite Dattilo. Le comete, invece, sono corpi celesti composti da un nucleo solido di ghiaccio, ricoperto di materiale roccioso. Quando passano vicino al Sole, il nucleo gelato si sgretola e vaporizza emettendo gas e polveri che formano la chioma. Quando la vicinanza del Sole è massima, i gas della chioma vengono sospinti dal vento solare e formano la coda che, riflettendo la luce del Sole, fa brillare la cometa. Lapparizione ricorrente delle comete ha sempre affascinato il mondo popolare, che le considera apportatrici di grandi avvenimenti (pensa alla cometa dei Re Magi) o di grandi disgrazie. Alcune sono state osservate anche recentemente: quella di Halley, nel 1986, quella di Hyatutake, nel 1996, e nel periodo marzo- aprile 1997 la cometa Hale-Bopp. A fianco. Una bella immagine della cometa Hyakutake apparsa nella primavera del 1996.

26 26 Nel Settecento un astronomo inglese, Edmund Halley, si dedicò allo studio delle comete e, utilizzando i calcoli e la teoria di Isaac Newton, analizzò il percorso di venti comete, soffermandosi in particolare su quelle avvistate negli anni 1531, 1607 e Le comete apparse in questi anni avevano un percorso identico, per cui Halley ipotizzò che fosse la stessa cometa che passava vicino alla Terra ogni 76 anni circa. In base a questa teoria, il passaggio successivo sarebbe dovuto avvenire nel Halley morì prima di questa data, ma la cometa si presentò puntualmente come lui aveva previsto, confermando di essere la stessa cometa che, da quel momento, fu chiamata cometa di Halley. Cosa sono le meteoriti? Ogni tanto la Terra, lungo la sua orbita, incontra dei pezzi di roccia o dei frammenti metallici che vagano nello spazio. Queste rocce, dette meteoroidi, sono il prodotto della disgregazione del nucleo di una cometa, oppure sono piccoli asteroidi "fuori rotta", o rocce provenienti dalla Luna o da Marte. Entrando nellatmosfera terrestre, il frammento di roccia si riscalda per effetto dellattrito e brucia dando luogo al fenomeno noto come stella cadente o meteora. Se il meteoroide è abbastanza grande, non si consuma del tutto e raggiunge la superficie terrestre. In questo caso si parla di meteorite. Se ha un diametro maggiore di cento metri circa, nell'urto esso produce addirittura un cratere del diametro di qualche chilometro e distrugge la vegetazione circostante. Un meteorite può arrivare a velocità di ben Km/h quando si schianta al suolo! Cratere meteoritico di Barringer, in Arizona.

27 27 La nascita del sistema solare Anche sulla nascita del Sole e del sistema solare, come su quella dellUniverso, sono state fatte dagli astronomi ipotesi diverse: proviamo a esaminarle facendo un esercizio di fantasia e tornando indietro nel tempo. Dopo il Big-Bang iniziale, le particelle elementari attratte dalla forza di gravitazione universale formarono i grandi agglomerati di atomi da cui si generarono i corpi celesti. A loro volta i corpi celesti, continuando ad avvicinarsi, formarono giganteschi ammassi di stelle e di nubi di gas, le galassie, che continuarono ad allontanarsi tra loro, ruotando su se stesse più o meno velocemente. Come si è formato il Sole? Allinterno di una di queste galassie, in un punto in cui i gas e le particelle solide erano particolarmente concentrate, si originò un ammasso di materia che, ruotando su se stesso, ha continuato ad attirare gas e materiali, aumentando così il suo volume. A causa di questa continua rotazione, la massa inizialmente assunse la forma di un disco appiattito. Continuando a girare, la forza centrifuga fece sì che gli elementi più leggeri si spostassero verso il bordo esterno, mentre quelli più pesanti si concentrarono nel nucleo, facendo prendere al tutto la forma di una sfera incandescente: tale sfera ancora oggi brucia, emettendo una quantità enorme di energia luminosa e termica. Questa potrebbe essere, secondo gli scienziati, la storia della nascita del Sole, avvenuta circa quattro miliardi e mezzo di anni fa. Secondo lipotesi oggi ritenuta più fondata una regione centrale della nebulosa solare primordiale collassò più velocemente del resto originando una piccola nebulosa solare, costituita da una massa centrale circondata da un alone di gas e granuli di polvere.

28 28 Quando morirà il Sole Il Sole, che oggi ha 5 miliardi di anni, tra altri 4 o 5 miliardi di anni morirà; prima di spegnersi, però, fra 3 miliardi di anni darà inizio a una serie di preoccupanti cambiamenti. Inizialmente ci sarà un aumento della temperatura della fotosfera, che farà diventare il Sole leggermente azzurro e provocherà sulla Terra lo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte polari. Quindi inizierà ad aumentare di dimensione fino diventare una gigantesca sfera rossa che inghiottirà Mercurio, Venere e poi anche la Terra. Una volta bruciato tutto lidrogeno e lelio, brucerà il carbonio e si contrarrà fino a diventare una nana bianca, ovvero una piccola stella luminosa e compatta, che continuerà a brillare per milioni di anni fino a trasformarsi in una nana nera. A questo punto, senza più il calore del Sole, sui pianeti più lontani scenderà il gelo e la luce si spegnerà per sempre, chiudendo definitivamente lavventura del sistema solare. Come si sono formati i pianeti del sistema solare? La prima ipotesi risale al Settecento, quando il naturalista francese Buffon ipotizzò che il sistema solare si fosse originato dalla collisione tra il Sole e una cometa: di conseguenza dal Sole si sarebbero staccate tante parti diverse che, allontanandosi, avrebbero originato i pianeti. Per rispondere a questa domanda sono state fatte tre ipotesi diverse.

29 29 Una seconda ipotesi sostiene che dallammasso iniziale di gas, per effetto della rotazione, si sarebbero staccate delle masse che, continuando a ruotare, si sarebbero raffreddate, contratte e solidificate formando così i pianeti. La terza ipotesi, è la più accreditata: alcune particelle di polvere cosmica si sarebbero unite a formare aggregati sempre più grandi, fino a raggiungere le dimensioni dei pianeti attuali. Una volta formati, essi sarebbero stati attratti dalla forza di gravità del Sole e avrebbero incominciato a ruotare intorno a esso: prima con orbite su piani diversi e poi su orbite complanari, cioè sullo stesso piano (tutti tranne uno, Plutone). Tra tutti questi pianeti la Terra, per una serie di fortunate coincidenze (tipo di atmosfera esistente alle origini, attività dei vulcani, presenza di vapore acqueo, distanza dal Sole ecc.) è lunico pianeta del sistema solare su cui si è sviluppata la vita. Gli scienziati stimano, però, che nellUniverso ci possano essere 10 miliardi di miliardi di sistemi planetari che potrebbero essere sedi di forme di vita: forse non siamo i soli abitanti dellUniverso. Gruppi di ricercatori con diverse specializzazioni si occupano di bioastronomia. Questa disciplina ha il compito di indagare sulle condizioni che hanno reso possibile la vita sulla Terra, se queste esistono su altre parti della nostra galassia e, infine, se esistono nellUniverso civiltà tecnologicamente avanzate. È questo lobbiettivo del programma SETI (Serch for Extra Terrestrial Intelligence), che si occupa della ricerca di eventuali segnali radio artificiali provenienti da civiltà extraterrestri.

30 30 Per approfondire P. Bianucci, Stella per stella. Guida turistica dell'universo, Giunti, Firenze, 1997; P. Bianucci, Nati dalle stelle. Un viaggio nel cosmo alla scoperta delle nostre origini, Simonelli, Milano, 1997; F. S. Delli Santi, Introduzione all'Astronomia, Zanichelli, Bologna, 1996; J. Gribbin, Enciclopedia Garzanti dell'astronomia e della cosmologia, Garzanti, Milano, 1998; D. Malin, Universo invisibile, Mondadori, Milano, 1999; J. Mitton, S. Mitton, Guida alla scoperta dell'Astronomia, Idealibri, Milano, 1999; P. Morrison, P. Morrison Potenze di dieci, Zanichelli, Bologna, 1986; G. Romano, Introduzione all'astronomia. Esercitazioni e problemi per lo studio dei fenomeni celesti, Muzzio, Padova, 1993; G. Vanin, Atlante fotografico dell'Universo, Mondadori, Milano, Letture per ragazzi AA.VV.,Il cielo sopra di noi, Edizioni E Elle, Trieste, 1993 (da anni 6); E. Beaumont, M.R. Pimont, Il tuo primo libro dello spazio, Larus, Bergamo, 1998 (per ragazzi); E. Bencivenga, La filosofia in trentadue favole, Mondadori, Milano, 1997; C.A. Böhm, Dall'astrolabio al telescopio spaziale, Editoriale Scienza, Trieste, 1996; J. Cole, D. Bruce, Dentro il Sistema Solare, Mondadori, Milano, 1996 (da anni 6); H. Ford, Il mio primo libro d'astronomia, Edicart, 1999; M. Hoffman, Sole, Luna e stelle, Mondadori, Milano, 1998; F. Lorenzoni, Con il cielo negli occhi, Marcon, Città di Castello, 1991; M.V. Lugli, Il Girotondo delle stelle. Le dieci più belle favole che hanno dato il nome alle costellazioni, Il Fiorino, Modena, 1998; M.V. Lugli, Il Girotondo delle stelle 2. Altre dieci divertenti favole che hanno dato il nome alle costellazioni, Il Fiorino, Modena, 1999; J. Mitton, S. Mitton, Guida alla scoperta dell'astronomia, Idealibri, Milano, 1999; I. Ridpath, Mitologia delle costellazioni, Muzzio, Padova, 1988; I. Ruchlis, Non è vero, ma ci credo. Superstizioni popolari e verità scientifiche, Dedalo, Bari, 1997; Risorse di rete Sito del prof. F. Baldanza Sito dellUnione Astrofili Italiani Ottimo portale di astronomia Sito della rivista americana S&T – in inglese


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