Uno sguardo all’Universo 1

Il nostro domicilio nello spazio Nell’Universo la nostra casa è la Terra, un pianeta che orbita intorno ad una stella: il Sole, che insieme ad altri pianeti orbitano intorno ad esso formando il Sistema Solare. Il Sole è una delle tantissime stelle che si trovano nell’Universo. Esso e altre stelle formano una galassia: la Via Lattea. Questa galassia, dove è situata la nostra casa (la Terra), non è sola ma è circondata da altre galassie, composte da milioni di stelle. L’insieme delle galassie formano l’Universo. La Terra non è un pianeta come gli altri, ma ospita varie forme di vita in un sistema chiamato biosfera, tutto questo grazie alla temperatura moderata e all' acqua allo stato liquido che lo caratterizzano, ed è proprio lì che ha avuto origine la vita. La Terra dista dal Sole 150 milioni di Km, non troppo vicino, non troppo lontano. La Terra è massiccia e con la sua forza di gravità mantiene intorno a sé i vapori e i gas senza farli disperdere nell’ universo. La Terra ha anche un satellite: la Luna, che con la sua rotazione mantiene stabile il movimento terrestre. Via Lattea 2

Dal modello geocentrico al modello eliocentrico Nel 400 a.c., Aristotele ispirato dall’idea di Platone concluse che la Terra si trovava al centro dell’Universo. Per secoli questa teoria (il modello geocentrico) fu considerata vera e definitiva, essa venne perfezionata da Claudio Tolomeo nel 200 d.c., mentre in precedenza Aristarco aveva intuito che il Sole era al centro dell’ Universo fino ad allora conosciuto, teoria che non fu presa in considerazione. Per secoli la teoria geocentrica non ebbe rivali, ma nel 1600 questa teoria che era appoggiata anche dalla Bibbia, fu smentita da Niccolò Copernico che riprese la teoria formulata da Aristarco molti secoli prima, chiamata teoria eliocentrica (il modello eliocentrico). Nel 1609 Galileo Galilei osservò il cielo con la sua invenzione (il cannocchiale) e concluse che Copernico aveva ragione, e inoltre scoprì che intorno a Giove orbitavano quattro satelliti e che la Via Lattea era costituita da miliardi di stelle. 3

Le galassie 4

Le galassie sono insiemi di stelle tenute insieme dalla forza di gravità, tra una stella e un'altra è presente la materia interstellare, formata da gas e polveri di bassissima densità. Dove la materia interstellare si concentra si formano le nebulose: da qui nascono nuove stelle. Le galassie possono essere di varie forme: a spirale come la galassia in cui viviamo, ellittiche con forma ovoidale, poi a spirale sbarrata e irregolare. Le galassie possono avere da 100 a 3000 milioni di stelle; esse non sono in stato di quiete, infatti, ruotano intorno ad un asse che passa per il centro della galassia. La Via Lattea è una galassia a spirale con 100.000 anni luce di diametro. La galassia ruota su se stessa e in uno dei suoi bracci è posizionato il Sistema Solare. Per completare un giro la Via Lattea impiega 200 milioni di anni. La galassia più vicina a noi è Andromeda che dista 2 milioni di anni luce ed è l’ unica a poter essere vista ad occhio nudo. 5

Big Bang 6

L’universo: un’origine esplosiva Nel XX secolo gli astronomi osservarono che i corpi celesti si allontanavano tra di loro e anche dalla Via Lattea, perciò conclusero che l’universo fosse in continua espansione. Si è pensato, quindi, che 14 miliardi di anni fa, l’universo fosse concentrato in un solo punto denso e caldo, che ad un certo momento esplose dando vita al Big Bang. Da questa esplosione si sarebbero, poi, formate le protostelle e i primi pianeti .Si pensa che dall’esplosione del Big Bang si sia sprigionata un’immensa quantità di energia e che una piccola parte di essa non sia ancora scomparsa. Da ciò derivano due diverse ipotesi sull’universo: La forza di gravità dovuta alla materia dell’universo contrasta quest’energia fino a far sì che l’universo si contrae su se stesso, concentrandosi nuovamente in un solo punto: si ripeterebbe quindi il Big Bang. Nell’universo c’è un ”energia oscura” che tenderebbe ad accentuarne l’espansione all’infinito 7

Le stelle Le stelle ruotano intorno a se stesse e sono formate dall’ 80% di idrogeno e il 20% di altri gas. Esse emettono energia sotto forma di luce, calore ed altri tipi di radiazioni elettromagnetiche. Quest’ energia si crea tramite reazioni di fusioni nucleari. Le stelle si differenziano per le dimensioni, la temperatura superficiale e l’età. Le stelle che vediamo sono circa 6000. La luminosità che vediamo ad occhio nudo è chiamata luminosità apparente. Però se la stella è più vicina a noi ci appare più luminosa e viceversa, per questo gli scienziati distinguono le stelle in base alla luminosità assoluta, che è l’energia che realmente emana una stella. Le stelle hanno vari colori: le stelle rosse arrivano ai 3.500°C, quelle bianche a 10.000°C, quelle azzurre a più di 40.000°C. Le stelle più calde e luminose sono le più giovani, il Sole è a metà del suo ciclo vitale, come dimostra il suo colore giallo. 8

La vita delle stelle 9

La vita delle stelle comincia da una nebulosa che è un ammasso di gas e polveri sparse in una galassia. Se una nebulosa si addensa si forma un nucleo che attira a sé altre polveri e gas. Nel corso di migliaia di anni la stella si ingrandisce sempre fino a diventare una protostella. Quando la temperatura di una protostella aumenta si innescano le reazioni di fusione termonucleare, dalle quali si sprigiona molta energia: è nata una stella. Se l’energia prodotta dalle reazioni termonucleari e la forza di gravità si bilanciano la stella entra in una fase di equilibrio che può durare anche 5 miliardi di anni. Alla fine di questo arco di tempo, il combustibile, l’idrogeno, finisce e si innescano altre fusioni termonucleari di cui l’elio è il carburante. La stella entra in una fase di declino e diventa più grande, si raffredda e diventa rossa.   Protostella Nebulosa Stella 10

Se la stella ha una massa simile al Sole si forma una gigante rossa, la quale a poco a poco perde gli strati esterni lasciando scoperto il nucleo: si è formata una nana bianca. Dopo il raffreddamento la nana bianca si trasforma in una nana nera che è una stella morta. Se la stella è qualche volta più grande del Sole si trasforma in una super gigante rossa, la quale può rapidamente collassare formando una super nova che sprigiona molta luce. Nana bianca Gigante rossa Super gigante rossa Nana nera 11

Da questo accumulo di elementi chimici si possono formare altre nebulose e altre stelle, alcune volte, però, il nucleo di una supernova sopravvive e si forma una stella di neutroni o un buco nero. La stella di neutroni è chiamata così perché è un insieme di neutroni concentrata in un piccolissimo spazio. Alcune volte, le stelle di neutroni, girano su se stesse emettendo degli impulsi elettromagnetici. Se il nucleo della supernova è molto grande può contrarsi fino a diventare piccolissimo e molto denso tanto da esercitare una grande forza di attrazione capace di attrarre anche la luce: si è formato un buco nero. Buco nero Stella di neutroni Supernova 12

Guardando il cielo di notte, gli antichi astronomi, videro alcuni raggruppamenti di stelle che raffiguravano forme geometriche o figure mitologiche: le costellazioni. La costellazione più conosciuta è quella dello zodiaco. In tutto le costellazioni sono 88 e ognuna ha una posizione predefinita nello spazio. Dal nostro emisfero si vedono le costellazioni boreali, dall’altro emisfero invece quelle australi. Le costellazioni più importanti sono: l’Orsa Maggiore e l’Orsa Minore, in quest’ultima si trova la stella polare, che punta sempre verso nord. Le costellazioni non si trovano in un unico piano, ma si possono trovare anche a grandi distanze l’una dalle altre. Però noi la vediamo su un piano piatto. Le costellazioni 13

I componenti del sistema solare 14

I pianeti rocciosi Venere B Terra Marte Mercurio 15

Saturno Nettuno Urano Giove I pianeti gassosi 16

Il Sistema Solare è un insieme di corpi celesti che ruotano intorno al Sole; esso comprende i pianeti con i loro satelliti, gli asteroidi e le comete. I pianeti sono corpi celesti che non sono luminosi ma risplendono di luce solare. La parola pianeta deriva dal greco “vagabondo” infatti gli antichi ritenevano che questi pianeti fossero stelle vaganti nel cielo. Nel Sistema Solare i pianeti conosciuti fino al 2006 erano nove, successivamente l’Unione Astronomica Internazionale ha stabilito di declassare Plutone dai pianeti di prima categoria a pianeta nano, in quanto Plutone non ha le caratteristiche come quelle di un corpo celeste per essere definito tale pertanto ufficialmente i pianeti del Sistema Solare sono otto. I pianeti compiono un moto di rotazione intorno al proprio asse in un tempo detto periodo di rotazione. 17

I pianeti più vicini al Sole sono Mercurio, Venere, Terra e Marte sono chiamati pianeti interni o rocciosi, sono uguali tra di loro, hanno un’elevata intensità. I pianeti esterni più lontani: Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono formati soprattutto di gas e sono perciò chiamati pianeti gassosi. Tutti i pianeti hanno dei satelliti (tranne Mercurio e Venere), questi sono più piccoli e li accompagnano sempre. La Terra ha un solo satellite, la Luna, mentre Giove, Saturno, Urano, e Nettuno, ne hanno di più. Oltre l’orbita di Plutone c’è la fascia di Kuiper dove le temperature sono inferiori a -230°C . 18

Gli asteroidi e le comete 19

La fascia degli asteroidi tra l’orbita di Marte e quella di Giove è una fascia di pianetini, corpi rocciosi di dimensioni variabili. Alcuni asteroidi hanno orbite che li portano ad avvicinarsi alla Terra con il rischio di una possibile collisione catastrofica. Le comete sono corpi di modeste dimensioni la cui massa è concentrata in un piccolo nucleo di ghiaccio e polvere. Quando la cometa si avvicina al Sole la sua coda di polvere si allunga fino a 10.000 Km. Le comete si formano da due serbatoi situati nella lontana periferia del sistema solare il primo è la fascia di Kuiper e il secondo è la nube di Oort. I meteoriti sono piccoli frammenti di comete o asteroidi, costituiti da materiale roccioso o metallico. Quando questi frammenti sono piccoli, e passano attraverso l’atmosfera si riscaldano lasciando scie luminose che danno l’effetto di stelle cadenti. 20

I movimenti dei pianeti e la gravitazione universale Il movimento dei pianeti è descritto dalle tre leggi di Keplero. La prima legge dice che le orbite dei pianeti intorno al sole sono delle ellissi e il Sole occupa uno dei due fuochi. La distanza dei pianeti dal Sole cambia sempre, quando il pianeta è più lontano dal Sole si dice che è all’afelio, quando è più vicino si dice che è al perielio. La seconda legge afferma che la velocità con cui un pianeta percorre la sua orbita non è sempre uguale, perché la distanza dei pianeti col Sole è sempre diversa e quindi dipende dalla lontananza e dalla vicinanza rispetto al Sole 21

La terza legge di Keplero dice che la velocità con cui i pianeti percorrono l' orbita è minore quando aumenta la sua distanza dal Sole, e viceversa. Keplero però non riuscì a capire le cause di questi moti, che furono, poi, individuate da Newton che le espresse con la legge della gravitazione universale, la quale dice che la forza di attrazione dipende dalla massa dei pianeti e dalla distanza che li separa dal Sole. Quindi l' attrazione tra due corpi è direttamente proporzionale al prodotto della loro massa, e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. I pianeti dovrebbero percorrere la loro orbita con il moto rettilineo uniforme ma a causa del Sole il moto è curvilineo. 22

La Terra La Terra è il terzo pianeta più distante dal Sole, il 70% dell' acqua presente sulla sua superficie è liquida, il che insieme alla presenza dell' atmosfera, ricca di ossigeno, permette la vita. La sua temperatura media è di 15°C e possiede un satellite, la Luna. 23

Il Sole 24

Il Sole è costituito per il 75% da idrogeno e per il 25% da elio Il Sole è costituito per il 75% da idrogeno e per il 25% da elio. Dista dalla Terra 150 milioni di Km. Nella parte interna del Sole si trova il nucleo, dove le temperature sono elevatissime, motivo per cui gli atomi al suo interno si trasformano in un fluido, il plasma (nuclei atomici ed elettroni liberi). Quando ci sono reazioni di fusioni termonucleari, i nuclei di idrogeno si uniscono liberando molta energia che si diffonde attraverso la zona radiativa e si libera in quella convettiva. La parte esterna del Sole comprende: la fotosfera, la parte luminosa visibile, dove affiorano i flussi convettivi del plasma e la temperatura è di 6000°C circa. Qui sono visibili le macchie solari, che sono delle zone scure e più fredde, circondate da molti raggi luminosi più chiari perciò facilmente visibili dalla Terra. Intorno alla fotosfera c’è la cromosfera, formata da gas incandescenti ed infine più all’esterno c’è la corona solare, un alone poco luminoso ,ma molto esteso. Essa è attraversata da particelle cariche, che costituiscono il vento solare. Nella corona solare sono visibili anche le protuberanze solari, getti di plasma. 25

L’energia del Sole deriva da reazioni nucleari, che vanno a modificare i suoi elementi trasformandoli in altri. L’idrogeno presente al suo interno sotto forma di plasma, a causa delle reazioni nucleari si trasforma in elio: i nuclei di idrogeno si fondono tra loro formando il nucleo dell’elio, costituito da due protoni e due neutroni: questa è la fusione termonucleare. Mentre l’idrogeno si sta trasformando in elio, una piccola quantità di materia sparisce e si trasforma in energia. Molti scienziati da molti anni stanno cercando di riprodurre la fusione nucleare in laboratorio, usando un isotopo dell’idrogeno, il deuterio, al fine di poter costruire centrali per la produzione di energia basate sulla fusione nucleare controllata. 26

L’origine del Sistema Solare 27

La maggior parte degli scienziati sostiene che il Sistema Solare è nato da una nube interstellare fredda, formata per il 90% da molecole di idrogeno, il 9% da atomi di elio, e il restante da gas e polveri, che si è poi addensata. Nella parte interna della nube si è formato il protosole, che grazie alle fusioni termonucleari ha cominciato a brillare. I pianeti sono stati formati da alcuni aggregati, chiamati planetesimi. Secondo gli scienziati la prima nebulosa era costituita all’esterno per lo più da gas, e ha dato origine ai pianeti gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno), ai nanopianeti e alle comete. Invece all’interno c’era del materiale solido che ha dato origine ai pianeti rocciosi. Tra Marte e Giove sono rimasti alcuni pezzi di nebulosa che hanno dato origine alla fascia degli asteroidi. 28

FINE GRAZIE PER L’ATTENZIONE 29