Corso Base di Astronomia Daniele Gasparri Lezione 1, 15/03/2013: - Introduzione all’astronomia Il Sistema Solare Oltre il Sistema Solare www.astrofilimaffei.org info@astrofilimaffei.org www.danielegasparri.com © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 1 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009 1

Corso Base di Astronomia Che cosa è l’astronomia L’astronomia è la scienza che studia l’Universo e tutti i corpi celesti in esso contenuti. A seconda della disciplina si parla di: Astrofisica Cosmologia Data la vastità e la complessità degli argomenti, l’astronomo professionista moderno deve specializzarsi in una branca all’interno di queste due discipline © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 2 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Chi è e cosa fa un astronomo? L’astronomo è un investigatore del cielo; egli utilizza i dati raccolti dagli oggetti per capire come funzionano e come si evolvono. A cosa serve l’astronomia? Oltre alla personale conoscenza dell’uomo e delle sue origini, vi sono risvolti più “pratici” nell’osservazione del cielo: Sviluppo di computer Camere digitali Internet Satelliti di navigazione, telecomunicazioni, previsioni meteo Impianti energetici (fotovoltaico, fusione nucleare) © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 3 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Chi è e cosa fa un astrofilo? L’astrofilo è un osservatore del cielo a livello non professionale. Un astrofilo può studiare l’Universo come un astronomo oppure limitarsi alla sua contemplazione attraverso strumentazione amatoriale. Per diventare un astrofilo non servono lauree o conoscenze particolari, solamente curiosità e voglia di conoscere l’Universo sopra la nostra testa © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 4 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia L’Universo: che cosa è Dire cosa è l’Universo è semplice: tutto ciò che esiste. Più difficile capire come funziona Nell’Universo esistono: Pianeti Stelle Nebulose Ammassi stellari Galassie Ammassi di galassie © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 5 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia L’Universo: come si può immaginare L’Universo non è un ambiente statico e immobile. Tutta la materia contenuta è in perenne evoluzione: non esiste la quiete assoluta L’universo può quindi essere pensato come un’entità in perenne movimento, con delle energie oltre ogni possibile immaginazione Per imparare ad osservare l’Universo è necessario essere consapevoli di quello che si sta osservando, di ciò che si manifesta quando poniamo l’occhio in un telescopio. © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 6 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Alcune grandezze dell’Universo: Dimensioni © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 7 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Alcune grandezze dell’Universo: Distanze L’anno luce: un’unità di misura che sentiremo spesso! © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 8 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Alcune grandezze dell’Universo: Tempi Tutto nell’Universo è in movimento ed evoluzione, ma su tempi molto diversi da quelli “umani” © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 9 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Uno sguardo al sistema solare © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 10 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Il Sole Stella di taglia media. Raggio di circa 700000 km, massa 333000 masse terrestri Quale la sua densità? Cosa rende possibile l’esistenza del sole? Immensa centrale a fusione nucleare Macchie solari e ciclo solare Quanto tempo può vivere il Sole? Che importanza ha per il sistema solare? © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 11 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Pianeti rocciosi Mercurio, Venere, Terra e Marte. Pianeti che possiedono una superficie solida. Mercurio è il più piccolo e vicino al Sole Venere è simile alla Terra quanto a dimensioni, ma è il più caldo del sistema solare a causa dell’effetto serra prodotto dall’atmosfera Marte è pianeta esterno, metà la Terra ed il più simile. © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 12 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Luna Costola della Terra, formatasi circa 4,5 miliardi di anni fa da un catastrofico impatto Corpo celeste più vicino: distanza media 385000 km Unico corpo celeste sul quale ha messo piede l’uomo La Luna ci mostra sempre una faccia © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 13 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Luna La Luna mostra il fenomeno delle fasi lunari: mese lunare pari a 29 giorni e 12 ore La sua superficie è solcata da macchie più scure, chiamate mari e da grandi crateri da impatto, segno del bombardamento subito circa 3,5 miliardi di anni fa. © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 14 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Asteroidi Tra l’orbita di Marte e quella di Giove esiste una fascia contenente milioni di corpi rocciosi perlopiù di piccole dimensioni, chiamati asteroidi. Gli asteroidi sono residui fossili della formazione del sistema solare: rocce antiche circa 4,5 miliardi di anni. Primo asteroide scoperto: Cerere, Giuseppe Piazzi, 1 Gennaio 1801 Molti sono di forma irregolare, privi di atmosfera e di composizione ferrosa © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 15 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: pianeti gassosi Giove, Saturno, Urano e Nettuno Pianeti molto più grandi di quelli rocciosi, composti quasi interamente di gas. Giove è il più grande, ben 11 volte la Terra Saturno è così leggero che potrebbe galleggiare nell’acqua e possiede un magnifico sistema di anelli Urano e Nettuno si trovano a miliardi di km e sono mondi estremamente freddi e calmi, contrariamente a Giove, il più attivo del Sistema Solare. © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 16 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Gli anelli nel sistema solare Non solo Saturno, ma tutti i pianeti gassosi possiedono un sistema di anelli più o meno complesso. Quale può esserne l’origine? © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 17 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia I satelliti nel sistema solare La Terra possiede un satellite naturale, la Luna, ma cosa possiamo dire degli altri pianeti? Marte: 2 satelliti piccoli, presumibilmente asteroidi. Phobos e Deimos Giove: 63 satelliti, di cui 4 principali, detti medicei. Io, Europa, Ganimede, Callisto Saturno: almeno 62 satelliti, il maggiore è Titano Urano: 27 lune, le maggiori sono Umbriel, Titania, Oberon, Ariel Nettuno: 13, di cui il maggiore è Tritone Plutone: 4, il maggiore è Caronte © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 18 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Plutone e i pianeti nani Pianeti nani: corpi celesti dalla forma sferica o regolare, di cospicue dimensioni. Secondo questa definizione, Cerere, l’asteroide più grande, è stato classificato pianeta nano Oltre l’orbita di Nettuno, Plutone è il capostipite di una classe di oggetti, detti oggetti di Kuiper o della fascia di Kuiper, i cui componenti maggiori sono classificati come pianeti nani e sono di dimensioni simili alla Luna © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 19 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Oltre plutone La fascia di Kuiper è una zona simile alla fascia principale degli asteroidi, contenente corpi principalmente ghiacciati, alcuni di cospicue dimensioni © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 20 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Oltre plutone Oltre la fascia di Kuiper, dalla quale provengono alcune comete periodiche, si trova la nube di Oort, un immenso serbatorio di piccoli corpi ghiacciati, detriti della formazione del sistema solare. L’estensione della nube di Oort è enorme, tanto che si pensa che le propaggini più esterne si possano trovare a metà strada con la stella più vicina, Proxima Centauri (distante 4,3 anni luce) © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 21 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Il sistema solare: Le comete Corpi celesti di ridotte dimensioni, composti quasi completamente di ghiaccio, che evaporano letteralmente quando, per qualsiasi motivo, si avvicinano al Sole Le comete provengono tutte da oltre l’orbita di Giove, principalmente dalla fascia di Kuiper o dalla nube di Oort. Cosa spinge questi oggetti verso le regioni interne del sistema solare? © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 22 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Che cosa c’è al di fuori del sistema solare Il Sistema Solare fa parte della Via Lattea, o Galassia, un’immensa isola contenente 200 miliardi di stelle e distese sterminate di gas e polveri che danno vita alle nebulose. Al di fuori del nostro Sistema Solare si aprono le porte del vero Universo © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 23 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Le stelle: che cosa sono Ricordate il Sole? E’ una delle 200 miliardi di stelle della Galassia Una stella è un’immensa sfera di gas incandescente in perenne lotta contro la sua stessa forza di gravità Composizione chimica: idrogeno ed elio, gli elementi più abbondanti dell’Universo © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 24 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Le stelle: la fusione nucleare Tutte le stelle brillano e quindi vivono grazie alla fusione nucleare Nelle parti interne ci sono temperature di milioni di gradi e pressioni di miliardi di atm Il gas si trova nello stato di plasma: protoni ed elettroni Gli urti tra le particelle sono così violenti che esse si fondono invece di respingersi, generando nuovi nuclei atomici (elio) ed un’immensa quantità di energia © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 25 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Alcune curiosità sulla fusione nucleare Senza la fusione nucleare non esisterebbe alcuna stella L’energia deriva dall’equazione E=mc2: la massa si trasforma in energia Nel Sole ogni secondo 5 milioni di tonnellate di idrogeno si trasformano in energia Le reazioni formano una catena, detta protone- protone. Il tempo per la prima reazione, la trasformazione di un nucleo di idrogeno in deuterio richiede 10 milioni di anni! Per fortuna, altrimenti il Sole sarebbe diventata un’immensa bomba nucleare! Un grammo di idrogeno = 11 tonnellate di carbone! © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 26 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Classificazione delle Stelle Osservate ad occhio nudo le stelle hanno colori diversi: Perché? Perché hanno temperature diverse! Il colore di ogni stella dipende dalla temperatura dell’ultimo strato gassoso. Stelle azzurre sono molto calde (30000°C); stelle rosse sono fredde (2000°C) © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 27 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Quanto vive una stella? Le grandi e brillanti stelle blu vivono a mala pena per 10 milioni di anni Il Sole, una stella media, vive per circa 10 miliardi di anni Le stelle rosse, quindi fredde e di classe spettrale M vivono oltre 50 miliardi di anni! Di fatto, l’Universo è troppo giovane per rendere possibile la morte di una di queste piccole ma longeve stelle © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 28 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Evoluzione stellare: nascita di una stella Prima di parlare della morte di una stella, bisogna capire come nasce. Tutte le stelle nascono da immense distese di gas molto freddo, che comincia a contrarsi per effetto della forza di gravità. Quando la temperatura del nucleo sale oltre i 10 milioni di gradi la stella si accende e comincia la sua vita Da queste nubi fredde, dette anche nebulose oscure o nubi molecolari, nascono decine di stelle, a volte centinaia. Il processo di nascita di una stella è abbastanza rapido: qualche milione di anni © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 29 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Evoluzione stellare: morte di una stella, vita nell’Universo Tutti gli elementi di cui è composta la Terra e tutte le forme di vita provengono dall’interno delle stelle. Ogni atomo di cui siamo costituiti è stato fabbricato nel nucleo di qualche stella, in chissà quale angolo della Galassia, miliardi di anni prima della formazione del Sole e del Sistema Solare Siamo figli delle stelle! © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 30 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Prima e dopo le stelle: le nebulose Le nebulose rappresentano l’inizio e la fine delle stelle. Dalle nebulose nascono tutte le stelle, e tutte le stelle diventano nebulose al termine delle loro vita. Le nebulose sono immense distese di gas, estremamente rarefatto. © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 31 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Classificazione delle nebulose Nebulose oscure: nubi di gas e polveri, molto fredde ed invisibili. Possono essere estese decine di anni luce. Da esse nascono le stelle Nebulose ad emissione: quando nascono le stelle, non consumano tutto il gas della nebulosa oscura. Se le stelle sono blu, di tipo spettrale O e B, esse accendono la nebulosa che brilla di luce propria con una tenue colorazione rosata Nebulose a riflessione: se le stelle nate dalle nebulose oscure non sono molto calde, non accendono il gas, ma lo rendono visibile per diffusione, proprio come dei fari nella nebbia © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 32 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Classificazione delle nebulose Dalla morte delle stelle si generano altre nebulose, più piccole Nebulose planetarie: sono gli strati di gas espulsi da stelle simili al Sole al termine della loro vita e resi luminosi dalla luce della nana bianca centrale Resti di supernova: sono letteralmente i pezzi di stelle molto massicce scagliati nello spazio a velocità di migliaia di km/s dall’esplosione delle supernovae © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 33 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Gruppi di stelle: gli ammassi stellari Le stelle tendono a nascere sempre in gruppi e a seconda della densità e della posizione nella galassia si hanno: Ammassi aperti: giovani, con poche stelle (meno di 1000), all’interno del disco della galassia Ammassi globulari: antichissimi (nuclei di condensazione prima delle galassie?), composti da centinaia di migliaia di stelle strettamente raccolte © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 34 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Le galassie Mattoni dell’Universo: immensi agglomerati di gas e stelle che ruotano attorno al centro con velocità di circa 200 km/s Le Galassie contengono oltre il 90% della materia dell’Universo Giganteschi agglomerati di stelle e gas in rotazione attorno al centro Dimensioni tipiche di decine o centinaia di migliaia di anni luce Le galassie sono distribuite uniformemente in tutto l’Universo © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 35 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009

Corso Base di Astronomia Quante galassie? Nell’Universo esistono circa 300 miliardi di galassie secondo le ultime ipotesi Ogni galassia contiene circa 100 miliardi di stelle: Quante stelle? © Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010 36 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009